036]圖5是故障檢測(cè)算法流程圖；
[0037] 圖6是具有多路鑒相與選擇功能的鎖相環(huán)示意圖；
[0038] 圖7是采用負(fù)電平監(jiān)測(cè)的1PPS秒信號(hào)切換時(shí)間控制原理框圖；
[0039]圖8是無縫切換模塊的基本原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明提供的主備無縫切換系統(tǒng)中包含主用主鐘和備份主鐘、連接主鐘的相位微 調(diào)儀、連接備份主鐘的相位微調(diào)儀、比相儀、第三方原子鐘、工控機(jī)及無縫切換單元。
[0041 ]在正常情況下，主鐘輸出5/lOMHz頻率信號(hào)，接入主鐘的相位微調(diào)儀，相位微調(diào)儀 通過調(diào)整主鐘頻率，輸出更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的5/lOMHz頻率信號(hào)和1PPS秒信號(hào)。無縫切換單元 中的頻率切換模塊通過數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，將壓控振蕩器鎖定在主鐘相位微調(diào)儀的5/lOMHz 頻率信號(hào)上，并且將壓控振蕩器的5/lOMHz頻率信號(hào)作為頻率的最終輸出。無縫切換單元中 的1PPS秒信號(hào)切換模塊直接輸出主鐘相位微調(diào)儀的1PPS秒信號(hào)。
[0042] 備份主鐘輸出的5/lOMHz頻率信號(hào)，接入備份主鐘的相位微調(diào)儀。主鐘相位微調(diào)儀 輸出的頻率信號(hào)，備份主鐘相位微調(diào)儀輸出的頻率信號(hào)，第三方原子鐘輸出的頻率信號(hào)，均 接入比相儀，進(jìn)行三方鐘差的實(shí)時(shí)比對(duì)，工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口采集得到比對(duì)數(shù)據(jù)，分別是主 備鐘差、主鐘與第三方鐘鐘差、備鐘與第三方鐘鐘差。根據(jù)三方比對(duì)鐘差，判斷主鐘是否發(fā) 生故障。
[0043] 工控機(jī)根據(jù)主備鐘差數(shù)據(jù)，計(jì)算備份主鐘相位微調(diào)儀的駕馭量，通過串口將調(diào)整 量發(fā)送到備份主鐘相位微調(diào)儀，調(diào)整備份主鐘頻率，輸出與主鐘高精度同步的5/lOMHz頻率 信號(hào)和1PPS秒信號(hào)。
[0044] 如果判斷主鐘發(fā)生故障，工控機(jī)發(fā)生切換指令到無縫切換單元，將壓控振蕩器鎖 定在備份主鐘相位微調(diào)儀的5/lOMHz頻率信號(hào)上，并且將壓控振蕩器的5/lOMHz頻率信號(hào)作 為頻率的最終輸出。無縫切換單元中的1PPS秒信號(hào)切換模塊直接輸出備份主鐘相位微調(diào)儀 的1PPS秒信號(hào)。
[0045] 本發(fā)明工作時(shí)包括以下內(nèi)容：
[0046] 1主備同步方案
[0047]通過比相儀實(shí)時(shí)測(cè)量主備鐘差，計(jì)算備份主鐘駕馭量，控制備份主鐘實(shí)時(shí)鎖定在 主鐘上，從而能夠保證輸出信號(hào)切換前后的一致性。
[0048] 2故障檢測(cè)方案
[0049] 通過鐘差比對(duì)數(shù)據(jù)有無判斷信號(hào)中斷，多項(xiàng)式預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值比較的方法來判斷 相位、頻率跳變，通過滑動(dòng)窗口計(jì)算方差比較的方法來判斷性能變差。根據(jù)原子鐘異常情況 判斷方法產(chǎn)生的比較值，設(shè)定門限值作為故障判斷的依據(jù)，采用實(shí)際效果較好，工程實(shí)現(xiàn)較 為簡(jiǎn)單的最大閾值法來確定異常情況判斷的門限值。引入第三方檢測(cè)的方式來判斷故障歸 屬。
[0050] 3無縫切換方案
[00511 (1)頻率信號(hào)的無縫切換
[0052]頻率信號(hào)的無縫切換采用具備多路鑒相與選擇功能的鎖相環(huán)電路來實(shí)現(xiàn)，鎖相環(huán) 中的壓控振蕩器根據(jù)與主鐘的鑒相值，調(diào)整壓控振蕩器鎖定在主鐘上，保持頻率與主鐘一 致，當(dāng)切換到備鐘的后，壓控振蕩器根據(jù)與備鐘的鑒相值，調(diào)整壓控振蕩器鎖定在備鐘上。 由于主備主鐘高精度時(shí)間同步，所以鑒相值不會(huì)發(fā)生跳變，壓控振蕩器不會(huì)發(fā)生失鎖情況， 從而保證了輸出頻率信號(hào)的一致性和連續(xù)性。
[0053] (2)1PPS秒信號(hào)的無縫切換
[0054] 采用高速電子切換開關(guān)進(jìn)行切換，因?yàn)槟壳暗母咚匐娮忧袚Q開關(guān)的切換速度可以 達(dá)到幾十納秒甚至幾納秒，所以在主備主鐘切換過程，只要不在秒信號(hào)的高電平區(qū)域進(jìn)行， 就不會(huì)對(duì)秒信號(hào)的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此在秒信號(hào)的切換過程中，增加了負(fù)電平檢測(cè)過程。故 障檢測(cè)模塊檢測(cè)到當(dāng)主鐘出現(xiàn)異常時(shí)，并不立刻向切換開關(guān)發(fā)送切換指令，而是參考備鐘 信號(hào)負(fù)電平檢測(cè)電路的結(jié)果。負(fù)電平檢測(cè)電路的功能是檢測(cè)備鐘1PPS秒信號(hào)處于負(fù)電平區(qū) 域時(shí)，進(jìn)行切換，從而并不影響1PPS秒信號(hào)的方波，從而保證了輸出信號(hào)的質(zhì)量。
[0055] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施 例。
[0056] -、守時(shí)系統(tǒng)主鐘信號(hào)保持系統(tǒng)構(gòu)建
[0057] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明守時(shí)系統(tǒng)主鐘信號(hào)保持系統(tǒng)與方法，主備無縫切換系統(tǒng)中包含主 用主鐘和備份主鐘、連接主鐘的相位微調(diào)儀、連接備份主鐘的相位微調(diào)儀、比相儀、第三方 原子鐘、工控機(jī)及無縫切換單元。
[0058] 在正常情況下，主鐘輸出5/lOMHz頻率信號(hào)，接入主鐘的相位微調(diào)儀，相位微調(diào)儀 通過調(diào)整主鐘頻率，輸出更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的5/lOMHz頻率信號(hào)和1PPS秒信號(hào)。無縫切換單元 中的頻率切換模塊通過數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，將壓控振蕩器鎖定在主鐘相位微調(diào)儀的5/lOMHz 頻率信號(hào)上，并且將壓控振蕩器的5/lOMHz頻率信號(hào)作為頻率的最終輸出。無縫切換單元中 的1PPS秒信號(hào)切換模塊直接輸出主鐘相位微調(diào)儀的1PPS秒信號(hào)。
[0059] 備份主鐘輸出的5/lOMHz頻率信號(hào)，接入備份主鐘的相位微調(diào)儀。主鐘相位微調(diào)儀 輸出的頻率信號(hào)，備份主鐘相位微調(diào)儀輸出的頻率信號(hào)，第三方原子鐘輸出的頻率信號(hào)，接 入比相儀，進(jìn)行三方鐘差的實(shí)時(shí)比對(duì)，工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口采集得到比對(duì)數(shù)據(jù)，分別是主備 鐘差，主鐘與第三方鐘鐘差，備鐘與第三方鐘鐘差。根據(jù)三方比對(duì)鐘差，判斷主鐘是否發(fā)生 故障。
[0060] 工控機(jī)根據(jù)主備鐘差數(shù)據(jù)，計(jì)算備份主鐘相位微調(diào)儀的駕馭量，通過串口將調(diào)整 了發(fā)送到備份主鐘相位微調(diào)儀，調(diào)整備份主鐘頻率，輸出與主鐘高精度同步的5/lOMHz頻率 信號(hào)和1PPS秒信號(hào)。
[0061] 如果判斷主鐘發(fā)生故障，工控機(jī)發(fā)生切換指令到無縫切換單元，將壓控振蕩器鎖 定在備份主鐘相位微調(diào)儀的5/lOMHz頻率信號(hào)上，并且將壓控振蕩器的5/lOMHz頻率信號(hào)作 為頻率的最終輸出。無縫切換單元中的1PPS秒信號(hào)切換模塊直接輸出備份主鐘相位微調(diào)儀 的1PPS秒信號(hào)。由于主備主鐘采用時(shí)間同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高精度的時(shí)間同步，所以切換前后 不會(huì)發(fā)生相位跳變，可見主備時(shí)間同步時(shí)無縫切換單元正常運(yùn)行的前提條件。
[0062] 綜上所述，守時(shí)主備主鐘無縫切換系統(tǒng)包括主鐘及其相位微調(diào)儀對(duì)主鐘進(jìn)行控 制;備份主鐘、第三方原子鐘通過比相儀與主鐘進(jìn)行鐘差比對(duì);工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與預(yù) 處理、故障檢測(cè)、切換控制;工控機(jī)根據(jù)主備鐘差數(shù)據(jù)，控制備份主鐘的相位微調(diào)儀，實(shí)現(xiàn)主 備時(shí)間同步;無縫切換單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸出連續(xù)與一致性。以上所有部分中，利用三方原子 鐘循環(huán)比對(duì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障檢測(cè)的技術(shù)，駕馭備份主鐘實(shí)現(xiàn)主備同步的技術(shù)，以及無縫切換 技術(shù)都是本項(xiàng)目的創(chuàng)新之處，其他部分已經(jīng)具備成熟的設(shè)備和方法。
[0063] 二、主備時(shí)間同步
[0064] 主備時(shí)間同步的運(yùn)行流程如圖2給所示。功能上分為兩個(gè)部分:初同步模塊、相位/ 頻率同步模塊。
[0065] 1.系統(tǒng)初同步
[0066] 初同步是系統(tǒng)平臺(tái)搭建完成后首要進(jìn)行的工作，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)僅運(yùn)行一次，具體 流程如圖3所示。
[0067] 設(shè)置完相位微調(diào)儀、計(jì)數(shù)器的各項(xiàng)參數(shù)以后，連續(xù)采集150個(gè)數(shù)據(jù)，采用最小二乘 法進(jìn)行線性擬合，計(jì)算斜率a，即備鐘相對(duì)于主鐘的頻率偏差為a。給備鐘設(shè)置-a的頻率偏差 調(diào)整，指令格式為："FFOF-a"，能夠完成初同步中的頻率同步。
[0068]頻率同步后，向備鐘的相位微調(diào)儀發(fā)送"SYNC"指令，可以實(shí)現(xiàn)備鐘與主鐘的1PPS 秒信號(hào)小于200ns的粗同步。外接信號(hào)采用主鐘(銫原子鐘)輸出的1PPS秒信號(hào)，除去電纜延 遲帶入的誤差，相位微調(diào)儀輸出的1PPS秒信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)與主鐘1PPS秒信號(hào)小于200ns的同 步。
[0069] 2.備鐘與主鐘時(shí)間同步
[0070] 如圖4所示，備份主鐘系統(tǒng)持續(xù)鎖定在主鐘上，保持與主鐘的時(shí)間同步。備鐘駕馭 算法實(shí)現(xiàn)的主備同步功能類似于一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)，將備鐘的相位持續(xù)鎖定在主鐘上。如果 主備鐘差數(shù)據(jù)正常，則利用合適的頻率駕馭算法，計(jì)算出對(duì)備鐘設(shè)置的頻率補(bǔ)償量，通過相 位微調(diào)儀對(duì)備鐘進(jìn)行駕馭控制。備鐘駕馭算法是對(duì)工控機(jī)采集的主備鐘差數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波， 計(jì)算備鐘頻率駕馭量，定期發(fā)送給備鐘相位微調(diào)儀，實(shí)現(xiàn)主備時(shí)間同步。
[0071] 1 )Vondrak濾波降噪方法
[0072] Von