分布式時(shí)統(tǒng)晶振選擇思路及同步計(jì)算方法*

林傳祿 劉 漩

(91388部隊(duì)94分隊(duì) 湛江 524022)

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分布式時(shí)統(tǒng)晶振選擇思路及同步計(jì)算方法*

林傳祿 劉 漩

(91388部隊(duì)94分隊(duì) 湛江 524022)

論文闡述了已知時(shí)統(tǒng)守時(shí)精度需求，如何確定核心部件晶振選型思路，并提出了分布式時(shí)統(tǒng)最小同步時(shí)間的計(jì)算方法。最后根據(jù)思路，對(duì)某型時(shí)統(tǒng)進(jìn)行了晶振指標(biāo)及最小同步時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算。

分布式時(shí)統(tǒng); 晶振指標(biāo); 最小同步時(shí)間

Class Number TP311.52

1 引言

在武器試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)飛行目標(biāo)點(diǎn)火啟動(dòng)后，測(cè)控系統(tǒng)各類(lèi)裝備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)彈道測(cè)量及監(jiān)測(cè)，這就需要各測(cè)量控制系統(tǒng)在統(tǒng)一的時(shí)間尺度下工作。通過(guò)統(tǒng)一時(shí)間尺度，使各類(lèi)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)與時(shí)間有機(jī)統(tǒng)一。而由于試驗(yàn)場(chǎng)地的使用限制及測(cè)量精度需求，時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)守時(shí)功能。而晶振準(zhǔn)確度、漂移率對(duì)守時(shí)精度起決定作用。因此在已知時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)守時(shí)需求的前提下，對(duì)晶振指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)指標(biāo)選型才能確保系統(tǒng)的精度需求。

2 時(shí)統(tǒng)定義及功能

時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)統(tǒng)設(shè)備，用于武器裝備靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定，主要提供試驗(yàn)控制信息、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息和標(biāo)準(zhǔn)頻率信息，具體任務(wù)為對(duì)時(shí)、守時(shí)、同步、輸出信號(hào)等。

3 晶振指標(biāo)選擇

3.1 晶振指標(biāo)與時(shí)間的關(guān)系

當(dāng)?shù)弥д衲硶r(shí)的準(zhǔn)確度Aa，而瞬時(shí)頻率準(zhǔn)確度A(t)在已知漂移率k的條件下，可求得

(1)

由這個(gè)頻率源推動(dòng)的鐘，當(dāng)知道本地鐘和參考鐘的初始時(shí)差Ea,可得出

(2)

根據(jù)式(2)，在已知守時(shí)需求時(shí)，要根據(jù)頻率準(zhǔn)確度和漂移率來(lái)選擇晶振。

3.2 晶振指標(biāo)定義

1) 頻率準(zhǔn)確度，指實(shí)際頻率值與其頻率標(biāo)稱(chēng)值或者定義值的相對(duì)偏差，代表的是最小測(cè)量值。表示為

(3)

2) 漂移率

頻率值隨時(shí)間的線性變化稱(chēng)為漂移，單位時(shí)間內(nèi)的頻率相對(duì)漂移量稱(chēng)為漂移率。若時(shí)間的單位為日，稱(chēng)為日漂移率。當(dāng)振蕩器經(jīng)足夠時(shí)間預(yù)熱后，在不太長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，這種漂移可以近似為線性。其公式為：

(4)

4 同步計(jì)算

1) 分布式時(shí)統(tǒng)

圖1

2) 從圖1可以看出時(shí)統(tǒng)終端的鐘時(shí)間是一致的，即t0=t1=…=tk。時(shí)間包含兩層含義：時(shí)刻和時(shí)間間隔。時(shí)刻是某件事發(fā)生的時(shí)間t。時(shí)間間隔是時(shí)間發(fā)生持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度。從系統(tǒng)圖可以看出，每臺(tái)終端時(shí)間間隔、鐘面時(shí)間是一致的，但事件(用時(shí)設(shè)備同步)發(fā)生時(shí)間t不一致，如果沒(méi)有約定，用時(shí)設(shè)備不可能同步。

例如用時(shí)設(shè)備A在09:00:00用1.6s的同步信號(hào)，用時(shí)設(shè)備B在10:05:00用1.6s同步信號(hào)，沒(méi)有約定，兩臺(tái)用時(shí)設(shè)備就不同步。

Tm=tn+k×t(Tm為用時(shí)設(shè)備時(shí)間，tn為用時(shí)初始時(shí)間，t為同步周期，k≥1)

從公式分析可以看出，用時(shí)設(shè)備保證24h隨時(shí)用可以同步，那么k×t項(xiàng)要能整除所有同步周期，這樣秒時(shí)間邊沿才能對(duì)齊。即從00:00:00到23:59:59,通過(guò)最小k×t時(shí)間，所有時(shí)統(tǒng)終端約定強(qiáng)迫同步。

5 某型分布式時(shí)統(tǒng)晶振選擇及同步約定計(jì)算應(yīng)用

某型分布式時(shí)統(tǒng)指標(biāo)：周期0.1s，0.2s，0.4s，0.8s，1s，1.6s，3.2s，6.4s，10ms～1s，1s～10s(步進(jìn)1s)，脈寬10μs～50ms，信號(hào)前沿≤0.1μs，單臺(tái)守時(shí)精度 2小時(shí)漂移≤100μs。

5.1 晶振大小確定

本系統(tǒng)測(cè)量單位達(dá)到μs級(jí)，根據(jù)t=1/f，采用頻率5/10M或者更高的恒溫晶振。系統(tǒng)選擇10M。

5.2 晶振指標(biāo)確定

1) 準(zhǔn)確度

頻率準(zhǔn)確度表征的是最小測(cè)量值，根據(jù)時(shí)統(tǒng)設(shè)備的信號(hào)和守時(shí)需求。

由此可見(jiàn)，為了保證失步情況下守時(shí)精度，應(yīng)該選擇準(zhǔn)確度為小于1×10-8的恒溫晶振。

2) 漂移率

由于時(shí)統(tǒng)設(shè)備在潛艇里使用，不能接受外部GPS或者北斗信號(hào)，只能靠?jī)?nèi)部晶振維持設(shè)備的守時(shí)。采用高精度晶振守時(shí)，在潛艇下潛時(shí)可以保證時(shí)間的高精度穩(wěn)定。

已知守時(shí)需求，根據(jù)式(2)可得出漂移率

(5)

5.3 系統(tǒng)同步最小約定計(jì)算

根據(jù)系統(tǒng)使用周期0.1s，0.2s，0.4s，0.8s，1s，1.6s，3.2s，6.4s，10ms～1s(步進(jìn)10 ms)，1s～10s(步進(jìn)1s)。

先轉(zhuǎn)化成最小整數(shù)秒 1,1,2,4,1,8,16,32，10,1,2,3,…,10，求最小公倍數(shù)，t=480s。

從00:00:00到23:59:59，每隔480s，所有時(shí)統(tǒng)設(shè)備約定強(qiáng)迫同步。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹已知守時(shí)精度條件下，根據(jù)需求如何確定選擇晶振指標(biāo)，對(duì)多種同步信號(hào)需求.提出了最短約定時(shí)間的計(jì)算。最后根據(jù)文章提供方法進(jìn)行了某型分布式時(shí)統(tǒng)晶振選擇及同步計(jì)算，為時(shí)統(tǒng)研制提供了借鑒。

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Choose of Distributedtime Time Synchronization and Crystal & Calculation Method of Synchronization

LIN Chuanlu LIU Xuan

(Unit 94, No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang 524022)

This article elaborates the requirement of time synchronization accuracy, how to choose the hard-core crystal, and puts forward calculation method of distributed synchronization minimum time. Following the method, the crystal’s index and synchronization minimum time of xx time synchronization system are calculated.

time synchronization, crystal’s index, minimum synchronization time

2016年5月17日,

2016年6月29日

林傳祿,男，助理工程師，研究方向：時(shí)統(tǒng)技術(shù)、微波傳輸技術(shù)。劉漩,女，助理工程師，研究方向：時(shí)統(tǒng)技術(shù)、微波傳輸技術(shù)。

TP311.52

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.014