本技術(shù)涉及授時系統(tǒng)，特別是一種基準失鎖下本地時間脈沖信號保持方法、系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、授時卡是一種基于高精度時鐘源和時間同步協(xié)議，能夠為計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等提供準確時間同步服務(wù)的硬件設(shè)備，通常以pci、pcie、usb等接口形式與計算機相連。授時卡可接收外部高精度時間源信號，如gps衛(wèi)星信號、北斗衛(wèi)星信號、原子鐘信號等，并將這些信號轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別和處理的時間信息，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)與外部標準時間的高精度同步，精度通?？蛇_到納秒級甚至更高。

2、為了確保在外部時間源信號中斷或丟失的情況下系統(tǒng)時間的準確性，授時卡通常配備有高精度的本地時鐘源和守時電路。在正常工作時，授時卡會不斷地對本地時鐘源進行校準，使其與外部時間源保持同步。當外部時間源信號中斷時，本地時鐘源會依靠自身的高精度振蕩器繼續(xù)計時，并通過守時電路對時鐘進行微調(diào)，以盡量減少時間誤差的積累。

3、當基準信號失鎖時，如果對本地時鐘源輸出頻率不采取任何補償措施，本地時鐘源的輸出頻率則會發(fā)生嚴重漂移，這與時鐘源自身溫度特性和老化特性有關(guān)。針對這一問題，通常建立頻率-溫度預(yù)測模型和頻率-老化預(yù)測模型，這種方法比較成熟、效果明顯，但為了確定模型中相關(guān)參數(shù)的取值，這對實驗設(shè)備要求較高、實驗操作復(fù)雜且十分耗時。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提出一種基準失鎖下本地時間脈沖信號保持方法、系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有本地時鐘源輸出頻率的補償方法操作復(fù)雜且十分耗時的技術(shù)問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面提供了一種基準失鎖下本地時間脈沖信號保持方法，該方法包括：

3、建立兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的頻率控制字與漂移量關(guān)系的保持算法模型；

4、當監(jiān)測到基準源的秒脈沖信號處于失鎖狀態(tài)時，采集兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器本輪的頻率控制字和；

5、將所述頻率控制字和輸入到所述保持算法模型，得到兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器新一輪的頻率控制字fw1(i)和fw0(i)；所述保持算法模型的公式如下：

6、（1）

7、（2）

8、（3）

9、其中，f(x,y)為頻率的變化量，又叫做漂移量，f0為常數(shù)；k1為其中一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的頻率控制字所對應(yīng)的系數(shù)；k0為另一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的頻率控制字所對應(yīng)的系數(shù)。

10、進一步的，所述監(jiān)測到基準源的秒脈沖信號處于失鎖狀態(tài)具體包括：

11、無法得到所述基準源的秒脈沖信號與本地時鐘源的秒脈沖信號新一輪的時差數(shù)據(jù)和頻率數(shù)據(jù)。

12、進一步的，當監(jiān)測到基準源的秒脈沖信號處于失鎖狀態(tài)時之前，所述方法包括：

13、以所述基準源的秒脈沖信號為基準，利用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量所述基準源的秒脈沖信號和本地時鐘源的秒脈沖信號的時差數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換為頻率控制字，利用兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別輸出電壓調(diào)整量，從而調(diào)整本地時鐘源的輸出頻率。

14、進一步的，所述頻率控制字和輸入到所述保持算法模型具體包括：

15、將兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器本輪的頻率控制字和代入公式（1），得到所述漂移量f(x,y)；采用卡爾曼濾波器對所述漂移量f(x,y)進行濾波處理。

16、進一步的，所述頻率控制字和輸入到所述保持算法模型，得到兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器新一輪的頻率控制字fw1(i)和fw0(i)，具體如下：

17、當，則，；

18、當，則，；

19、當，則，；

20、重復(fù)上述計算不斷更新兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器新一輪的頻率控制字fw1(i)和fw0(i)，從而調(diào)整本地時鐘源的輸出頻率。

21、進一步的，所述采用卡爾曼濾波器對所述漂移量f(x,y)進行濾波處理包括：

22、設(shè)系統(tǒng)處于k時刻，令控制矩陣b=0，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)測模型，則k時刻的預(yù)測值為：

23、（4）

24、其中，x(k,k-1)是k時刻的預(yù)測值，x(k-1,k-1)是k-1時刻的最優(yōu)化估計值；

25、系統(tǒng)協(xié)方差表示為：

26、（5）

27、其中，p(k,k-1)是x(k,k-1)的協(xié)方差，p(k-1,k-1)是x(k-1,k-1)的協(xié)方差，at是a的轉(zhuǎn)置矩陣，q是系統(tǒng)激勵噪聲的協(xié)方差矩陣；

28、結(jié)合預(yù)測值和觀測值得到k時刻的最優(yōu)估計值x(k,k)：

29、（6）

30、（7）

31、（8）

32、其中，z(k)是觀測值，h為觀測矩陣，kg為卡爾曼增益，e為單位矩陣；

33、令狀態(tài)矩陣a=1，觀測矩陣h=1，忽略過程噪聲以及觀測噪聲，則上述公式進一步優(yōu)化為：

34、（9）

35、（10）

36、（11）

37、（12）

38、（13）

39、其中，q和r為常數(shù)，分別是預(yù)測和觀測狀態(tài)協(xié)方差矩陣；

40、從而，確定q和r的值以及給定初始狀態(tài)估計值x(0,0)和初始協(xié)方差p(0,0)的值，得到時差數(shù)據(jù)的預(yù)測值x(k,k-1)和最優(yōu)估計值x(k,k)。

41、進一步的，所述采用卡爾曼濾波器對所述漂移量f(x,y)進行濾波處理之前，所述方法包括：

42、所述基準源的秒脈沖信號處于失鎖狀態(tài)之前，利用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量所述基準源的秒脈沖信號和本地時鐘源的秒脈沖信號的時差數(shù)據(jù)；設(shè)z(k,k)為k時刻的觀測值，獲得初始狀態(tài)估計值x(0,0)和初始協(xié)方差p(0,0)的值：

43、（39）

44、（40）

45、同時，確定r和q的比值設(shè)為1000-10000。

46、進一步的，所述基準源的秒脈沖信號處于失鎖狀態(tài)之前，利用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量所述基準源的秒脈沖信號和本地時鐘源的秒脈沖信號的時差數(shù)據(jù)之后，還包括：

47、對所述時差數(shù)據(jù)采用拉伊達法則和滑動均值濾波進行預(yù)處理。

48、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明第二方面提供了一種基準失鎖下本地時間脈沖信號保持系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

49、補償算法模塊，用于建立兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器的頻率控制字與漂移量關(guān)系的保持算法模型；當監(jiān)測到基準源的秒脈沖信號處于失鎖狀態(tài)時，采集兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器本輪的頻率控制字fw1和fw0；將所述頻率控制字fw1和fw0輸入到所述保持算法模型，得到兩個所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器新一輪的頻率控制字fw1(i)和fw0(i)；

50、頻率控制量生成模塊，用于建立頻差與頻率控制字之間的關(guān)系模型，從而調(diào)節(jié)本地時鐘源的秒脈沖信號的輸出頻率；

51、相位控制量生成模塊，用于建立相位差與相位控制字之間的關(guān)系模型，從而調(diào)節(jié)本地時鐘源的秒脈沖信號的相位；

52、數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化模塊，用于將頻率控制字轉(zhuǎn)化為電壓調(diào)整量，從而調(diào)整本地時鐘源的輸出頻率；

53、分頻器模塊，用于根據(jù)所述相位控制量生成模塊輸出的相位控制字，將系統(tǒng)時鐘分頻得到相應(yīng)的秒脈沖信號；

54、選擇器模塊，用于選擇控制輸出2位有效的選通信號。

55、進一步的，所述系統(tǒng)還包括：

56、gps接收機模塊，用于通過gps接收機的天線接收gps衛(wèi)星信號，并對gps衛(wèi)星信號進行解碼處理，并輸出電文信息、10mhz信號和秒脈沖信號；

57、監(jiān)測模塊，用于對所述gps接收機模塊輸出的10mhz和秒脈沖信號進行監(jiān)測；

58、本地時鐘源模塊，用于為保持系統(tǒng)的硬件提供10mhz的頻率信號；

59、時間間隔測量模塊，用于測量所述基準源的秒脈沖信號和本地時鐘源的秒脈沖信號的時差數(shù)據(jù)；

60、濾波器模塊，用于對所述時間間隔測量模塊輸出的時差數(shù)據(jù)進行濾波處理；從而去除時差數(shù)據(jù)野值和降低時差數(shù)據(jù)抖動。

61、本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果：

62、本發(fā)明實施例的基準失鎖下本地時間脈沖信號保持方法、系統(tǒng)，當基準信號失鎖時，無法得到基準源的秒脈沖信號與本地時鐘源的秒脈沖信號之間新一輪的時差數(shù)據(jù)和頻率數(shù)據(jù)，系統(tǒng)處于保持模式下，采用卡爾曼濾波法降低數(shù)據(jù)抖動，通過分析本地時鐘源的頻漂特性，建立了雙數(shù)模轉(zhuǎn)換器的頻率控制字與頻率漂移量的關(guān)系模型、頻率的補償模型，通過對本地時鐘源的輸出頻率進行補償，改善了本地時鐘源由于溫度和老化等因素造成的頻率漂移，使得系統(tǒng)在一定時間內(nèi)仍能維持較高的頻率輸出精度。