精密时钟源的同步处理技术课件

精密时钟源的同步处理技术

项目承担单位：西安电子科技大学中国科学院国家授时中心提纲

站间

星站星间星与用户立项背景导航定位现代授时通讯精密时钟源的同步技术西方国家在高精尖技术领域对我们实行封锁和禁运，因此研究高精度、高可靠的时间同步系统具有非常重要的实用价值。近年来国内外花费大量的财力和人力所建立的不同的卫星导航定位系统的基础工作就是建立在星-地、星间以及地面站间的精密时钟源的同步。

总体思路

创新点一

基于时钟源内环路中的频率倍增效应，建立老化补偿模型，改善了时钟源的温度漂移和老化问题，提高频率准确度和稳定度约一个数量级。关键技术一1、频率源温度补偿技术本技术主要用于更高分辨率的原子钟数字补偿，铷原子频标输出的10MHz信号中有大于3个量级的倍增，具有超高分辨率的效果。频率源温度补偿实验结果铷原子钟补偿前的频率准确度在4.5×10-10左右，而通过DDS补偿后输出的10MHz信号的频率准确度在4×10-11左右，提高了一个数量级。

根据振荡器频率的历史数据，预测当前时刻的振荡器频率，产生所需的频率补偿，本项目积累了大量的振荡器的老化数据，建立了数学模型：

2、频率源老化补偿技术国外模型：频率源老化补偿处理技术实验结果将项目所建数学模型用于晶振老化漂移的补偿,使老化指标提高了6倍。

3、驯服保持技术

利用传感器组，在没有主控频标信号的情况下通过计算，获得对二级频标的压控量。在失去卫星或地面站信号后，在一定时间内二级频标仍然能够保持一定的准确度和稳定度。驯服保持技术实验结果VCOCXO的频率准确度在锁定后12小时内的变化保持期间VCOCXO频率准确度随时间的变化

驯服保持技术鉴定证书具有保持功能的产品已经过20所计量站检定和企业生产，驯服阶段准确度进入10-13量级，保持阶段准确度达到10-11量级。（频标利用的是晶体振荡器）

创新点二探索并发现周期性信号之间相位变化的规律性，揭示任意周期性信号间存在等效检相频率和相位差的量化步进现象，提出了相位群同步概念，研究出同步处理新技术，实现了群相位同步和频率的准确度、稳定度在任意频率信号间的同步传递。关键技术二

群周期和相位群同步在时钟同步中的应用利用相位群同步，进行不同频率信号的比对处理，使用10MHz原子钟来锁定10.23MHz高稳晶振达到时钟同步。创新点二主要成果：共发表SCI论文4篇、申请专利1项创新点二的先进性：在国内外我们首次提出了相位群同步的概念，测量控制分辨率达ps量级，而国外目前只有相位同步。第三方评价

创新点三提出了时-空转换的延迟游标法，研究出并行时间间隔测量技术，使微秒测量间隔下分辨率达50ps。关键技术三

高分辨率短时间间隔测量技术

长度游标法测量短时间间隔的设备方框图分层次并行时空转换

创新点四提出了多线程技术和滤波算法实现了快速高精度的时间同步，在GPS共视模式下，时间同步精度为4.68ns，在北斗共视模式下，天津监管中心与国家授时中心的时间同步精度为9.86ns。卫星共视的时间同步技术基于“共视”原理的GPS/BD卫星共视时间同步技术结构（单站）卫星共视时间比对布局结构图（多站）（虚线表示通过通信网进行数据交换）关键技术四

卫星共视的时间同步技术软件数据处理多线程组成框图共视比对数据分析结果在北斗共视模式下，天津监管中心与国家授时中心的时间同步精度为9.86ns。在GPS共视模式下，时间同步精度为4.68ns。先进性性能指标国际本项目相位群同步下，测量控制分辨率国外目前只有相位同步，还没有提出相位群同步。达ps量级温度补偿下的温度特性国外的温度补偿只是针对普通振荡器，对原子频标还没有进行温度补偿。温度特性普遍改善了1个量级补偿后的老化率目前国外未见老化补偿报道。补偿后老化率提高了6倍高精度短时间间隔测量分辨率20~100ps达50ps共视法的时间精度1~10ns1~10nsGroup1:Materials,Resonators,&ResonatorCircuitsRandyKubena,HughesResearchLaboratory,USA

DanaWeinstein,MIT,USA

AaronPartridge,SiTimeCorporation,USA

Sheng-ShianLi,NationalTsingHuaUniversity,TaiwanGroup2:Oscillators,Synthesizers,Noise,&CircuitTechniques

WeiZhou,XidianUniversity,China

VincentCros,CNRS,France

XianheHuang,ChengduUniversity,China

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