一種提高時間同步系統守時精度的方法

潘玲嬌

(江蘇無線電廠有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

信息科學的快速發展及其在社會各個領域中的日益廣泛應用，對現代化社會的發展起到了極大的推動作用，同樣也對軍事領域產生了深遠的影響。作戰系統中的軍用信息網，建設指控系統、指揮調度系統等多個信息系統，多個信息系統之間的時間同步，對作戰的正常開展和有效打擊起到了重要的作用。為保證這些系統協同工作，需要高精度的時間同步系統，將各系統的時間進行統一校準。

軍事作戰主要在隱蔽的山林環境中部署與活動，通常利用自然屏障進行偽裝防護，作戰陣地多部署在山林地區，地形植被復雜多樣，易導致時間同步系統的天線被遮擋，北斗接收信號受限。此外，敵人常播發欺騙干擾信號，干擾一切依賴北斗系統運作的武器，導致我軍武器無法正常接收或接收錯誤的北斗導航電文，從而無法保證各作戰系統的時間統一。因此，時間同步系統需要在沒有北斗作為時間頻率參考，依然能保障時間同步系統輸出精準的頻率、時間信號，要求時間同步系統在各種環境下實現守時功能。

1 守時原理

根據守時精度的要求，利用以FPGA為控制核心，以北斗模塊的1PPS+TOD為參考，在北斗模塊運行穩定以后，自動與北斗模塊時間頻率校準，以保證守時模塊的1PPS+TOD保持在時頻裝置斷電前的精度[1]。溫控守時算法主要實現掉電守時模塊進入守時模式時，溫度傳感器可實監控環境溫度變化情況，FPGA根據環境溫度及高穩晶振的老化特性來保證守時模塊的守時精度[2]。

守時模塊配有溫度傳感器，可實時監測外部溫度變化，根據外部溫度的變化率、溫度變化總幅度與高穩恒溫晶振自身的溫度特性結合起來進行數學建模[3]，實時進行溫度特性的補償(見圖1)。通過FPGA作用于壓控DA進行實時壓控電壓調整，讓恒溫晶振保持在一個相對穩定的頻率范圍內，從而降低了溫度大范圍變化導致恒溫晶振自身頻率的變化，從而提高守時精度。

圖1 守時原理框

設備無外電時，電池組會給守時模塊供電，以保證時間和頻率的準確性。FPGA與電池組之間通過一個狀態串口實現數據通信。

2 溫控守時算法

溫控守時算法主要實現守時模塊進入守時模式時，溫度傳感器可實監控環境溫度變化情況，FPGA根據環境溫度及高穩晶振的老化特性來保證守時模塊的守時精度[4]。高穩恒溫晶振的頻率準確度會隨著時間和外界環境變化，主要體現為頻率的溫度穩定度和老化特性。

為提高守時精度，需要從兩個方面進行控制：(1)頻率根據溫度變化的補償控制；(2)頻率根據時間所進行的補償控制。

高穩恒溫晶振的準確度受一定的環境影響，在眾多環境因素中，溫度的影響尤為嚴重，本方案從溫度補償出發，通過測量晶振周圍溫度，試驗階段借助外參考來學習溫度和晶振頻偏的對應曲線關系。在正常工作時，通過溫度和頻率的曲線關系，借助溫度貼片芯片的溫度測量，完成對頻率的補償，使工作晶振維持到高的精度和穩定度。同理時間的補償亦是如此。

本方案采用在線的線性擬合方法進行線性擬合，可以節省人力，提高程序的自動化程度，其在線疊加的線性擬合公式如下：

Slope=

xi為當前時間或者溫度；yi為當前頻率；Slope為老化系數或者溫度系數。

3 測試結果

根據大量仿真發現，守時的精度隨著采樣溫度數量的增加，其精度也會逐漸精準，適合長時間計算。經過實際測量在同一個環境下高穩恒溫晶振的頻率隨時間和溫度變化如圖2所示。

圖2 晶振溫度偏移量

可以看出溫度對于晶振頻率有較大的影響，通過溫度參數的計算，可的剔除溫度對頻率的影響。如圖3所示。

圖3 晶振消除溫度影響后的頻率偏移量

4 結語

本文提出的溫控守時算法切實可靠，可有效抑制溫度對高穩恒溫晶振的頻率影響，從而提高守時精度，在實際使用中有很強的應用價值，大大提高了時間同步系統的守時精度。