基于矩陣開關(guān)技術(shù)的時統(tǒng)同步模式改進

張小龍

摘 要：針對現(xiàn)有時統(tǒng)外時鐘同步信號源與接收天線不對等的問題，提出在接收鏈路中引入矩陣開關(guān)，再通過選取接收信號電平的均值和均方差值作為評價其工作性能的特征參數(shù)，并設(shè)計相應(yīng)的軟件決策程序，實現(xiàn)系統(tǒng)對三臺時碼解調(diào)板信號的自動選擇。實測結(jié)果驗證了該方法具有軟件自動配置、切換時間短、系統(tǒng)整體工作性能最優(yōu)等特點。

關(guān)鍵詞：時統(tǒng);同步;方差;GPS;GLONASS;北斗

1引言

縱觀本研究方向的文獻可知，對工作指標(biāo)的選取與衡量（通常均依賴于排序模型）仍是當(dāng)下國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者研究的重點。本文在大量研究并借鑒現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合了時間序列法[3]，重點運用概率統(tǒng)計中的方差原理，構(gòu)建出基于矩陣開關(guān)技術(shù)的時統(tǒng)外時鐘同步模式工作狀態(tài)評價模型，并選取某型GPS、北斗、GLONASS時碼解調(diào)板各一臺，作為樣本進行實測分析，結(jié)果證明了本文研究的有效性。

2矩陣開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

矩陣開關(guān)就是由一系列的電子開關(guān)組成的陣列。通過軟件控制繼電器開關(guān)的通斷，可以組成具有一定拓撲結(jié)構(gòu)的開關(guān)，實現(xiàn)多路復(fù)用的功能或建立開關(guān)矩陣實現(xiàn)多路輸入與輸出。對于本系統(tǒng)而言，其輸入信號有二個，輸出信號則有三個，也就是需要使用2路射頻輸入和3路射頻輸出的2×3路矩陣開關(guān)，再通過適當(dāng)?shù)能浖幊蹋瑢崿F(xiàn)其多種輸入輸出以及自動切換功能。

3 基于方差的信號選擇

3.1 特征值的比較

鑒于信號質(zhì)量方面的考慮，考慮的要素重點有兩個：其一就是接收信號經(jīng)過相應(yīng)解碼板之后，能否對時間碼進行順利解碼，以供后續(xù)的系統(tǒng)使用，此屬于定性指標(biāo)。設(shè)解碼后信號為wi（n）=0orl，i=0，1，2.且n=0，1，2，3…為信號監(jiān)測的時間序列，其中wi（n）=0表示時碼解碼標(biāo)志位不常，而wi（n）=1表示時碼解碼標(biāo)志位正常;其二就是選擇對解碼板一級運放之后的輸出信號幅度進行監(jiān)測，并比較其平均幅值和信號的平坦度，也就是信號電平的方差值。設(shè)所監(jiān)測信號為ui（n），i=0，1，2.且n=0，1，2，3…為信號監(jiān)測的時間序列。則可得各監(jiān)測信號的數(shù)學(xué)期望值（平均幅值）為：

由于方差D衡量的是實際測量值與期望值（平均幅值）的偏離程度，因此，方差D越小，則表明該時統(tǒng)解碼板的工作狀態(tài)越優(yōu)。為了更加客觀地反映接收機的實際工作狀況，則方差D應(yīng)當(dāng)盡可能地小。

3.2 軟件選擇流程

由于輸入天線少于實際時碼解調(diào)板，因此需要在三塊解碼板之間進行相關(guān)的邏輯判斷，以確保任一時刻，均有一塊時碼解調(diào)板處于最佳工作狀態(tài)。

在系統(tǒng)上電之后，首先設(shè)置天線1連接至0號解碼板，天線2連接至1號解碼板。此后，根據(jù)判斷兩者的時碼標(biāo)志位是否正常，若是，則繼續(xù)判斷二者的信號幅值與方差值。若是1號解碼板明顯劣于0號解碼板，則將天線2切換至2號解碼板，并且重復(fù)之前的判斷。如此，則完成一個基本判斷流程。另外，鑒于系統(tǒng)工作周期的考慮，系統(tǒng)的一個數(shù)據(jù)采集周期設(shè)置為30分鐘為宜，且每隔5分鐘采集一次數(shù)據(jù)。

4 實測結(jié)果分析

為了對本文所提的方案進行驗證，特選取某站點的三種時統(tǒng)解碼板，對其工作參數(shù)進行監(jiān)測記錄，在此基礎(chǔ)之上，通過軟件編程進行計算取優(yōu)，最后對其實際工作狀態(tài)的方差進行比較，得出二者之中的優(yōu)劣。二個采集周期的實測信號特征值如表1所示：

由表2可見，在計算周期1中，由于0號時碼解調(diào)板的參數(shù)明顯優(yōu)于1號時碼解調(diào)板，故在下一個周期中，軟件自動對矩陣開關(guān)進行了切換，讓0號與2號時統(tǒng)解碼板同時工作，而在此周期之內(nèi)，仍然是0號時碼解調(diào)板優(yōu)于2號時碼解調(diào)板，故在下一個周期，系統(tǒng)仍然會切換成0號與1號時碼解調(diào)板進行同時工作比較。由此，可以得知，本文所述改進方法的正確性。

5 結(jié)論

本文重點解決了當(dāng)前時統(tǒng)解碼板與接收天線數(shù)目不匹配的優(yōu)選問題。通過在天線與時碼解調(diào)板之間接入差損較小的2×3射頻矩陣開關(guān)，同時在軟件端，對工作板的接收信號進行定性與定量的判斷比較，進而選出系統(tǒng)運行參數(shù)最佳的時碼解調(diào)板。但是，由于所選擇比較的參數(shù)項目較少，在某種程度上，系統(tǒng)所選的時碼解調(diào)板可能并非最佳。這需要在后續(xù)工作中繼續(xù)觀察與改進，但是本文所提方法仍是提供了一種參考思路。

參考文獻

[1] CarineB.Comparing GPS—only with GPS+GLONASS positioning in a regional permanent GNSS network[J].GPS Solut，2007，11（2）：97-1O6.