林傳祿 劉 漩

(91388部隊94分隊 湛江 524022)

?

分布式時統(tǒng)晶振選擇思路及同步計算方法*

林傳祿 劉 漩

(91388部隊94分隊 湛江 524022)

論文闡述了已知時統(tǒng)守時精度需求，如何確定核心部件晶振選型思路，并提出了分布式時統(tǒng)最小同步時間的計算方法。最后根據(jù)思路，對某型時統(tǒng)進行了晶振指標及最小同步時間進行了計算。

分布式時統(tǒng); 晶振指標; 最小同步時間

Class Number TP311.52

1 引言

在武器試驗過程中，當飛行目標點火啟動后，測控系統(tǒng)各類裝備對目標進行實時彈道測量及監(jiān)測，這就需要各測量控制系統(tǒng)在統(tǒng)一的時間尺度下工作。通過統(tǒng)一時間尺度，使各類測控數(shù)據(jù)與時間有機統(tǒng)一。而由于試驗場地的使用限制及測量精度需求，時統(tǒng)系統(tǒng)要實現(xiàn)守時功能。而晶振準確度、漂移率對守時精度起決定作用。因此在已知時統(tǒng)系統(tǒng)守時需求的前提下，對晶振指標進行計算，根據(jù)指標選型才能確保系統(tǒng)的精度需求。

2 時統(tǒng)定義及功能

時間統(tǒng)一系統(tǒng)簡稱時統(tǒng)設(shè)備，用于武器裝備靶場試驗鑒定，主要提供試驗控制信息、標準時間信息和標準頻率信息，具體任務(wù)為對時、守時、同步、輸出信號等。

3 晶振指標選擇

3.1 晶振指標與時間的關(guān)系

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

(1)

由這個頻率源推動的鐘，當知道本地鐘和參考鐘的初始時差Ea,可得出

(2)

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

3.2 晶振指標定義

1) 頻率準確度，指實際頻率值與其頻率標稱值或者定義值的相對偏差，代表的是最小測量值。表示為

(3)

2) 漂移率

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

(4)

4 同步計算

1) 分布式時統(tǒng)

圖1

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

例如用時設(shè)備A在09:00:00用1.6s的同步信號，用時設(shè)備B在10:05:00用1.6s同步信號，沒有約定，兩臺用時設(shè)備就不同步。

Tm=tn+k×t(Tm為用時設(shè)備時間，tn為用時初始時間，t為同步周期，k≥1)

從公式分析可以看出，用時設(shè)備保證24h隨時用可以同步，那么k×t項要能整除所有同步周期，這樣秒時間邊沿才能對齊。即從00:00:00到23:59:59,通過最小k×t時間，所有時統(tǒng)終端約定強迫同步。

5 某型分布式時統(tǒng)晶振選擇及同步約定計算應(yīng)用

某型分布式時統(tǒng)指標：周期0.1s，0.2s，0.4s，0.8s，1s，1.6s，3.2s，6.4s，10ms～1s，1s～10s(步進1s)，脈寬10μs～50ms，信號前沿≤0.1μs，單臺守時精度 2小時漂移≤100μs。

5.1 晶振大小確定

本系統(tǒng)測量單位達到μs級，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 晶振指標確定

1) 準確度

頻率準確度表征的是最小測量值，根據(jù)時統(tǒng)設(shè)備的信號和守時需求。

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

2) 漂移率

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

已知守時需求，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10 ms)，1s～10s(步進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，所有時統(tǒng)設(shè)備約定強迫同步。

6 結(jié)語

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

[1] 汪洋.高精度時間同步系統(tǒng)應(yīng)用和發(fā)展[J].電力系統(tǒng)通信，2011，3(1):42-50.

[2] 劉洋.時間同步誤差對電力自動化系統(tǒng)影響的定量分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報， 2006， 43(36): 41-43.

[3] 任宏.時統(tǒng)對時精度測量設(shè)備的設(shè)計與研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009，24(9):75-77.

[4] 趙陽.時間頻率相關(guān)技術(shù)研究[J].中國科技財富,2002,3(7)：17-21.

[5] 項珺.水下便攜式時間統(tǒng)一系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計及實現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012,12(7)：41-43.

[6] 賀鵬，曾維魯.分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的時間同步及其軟件編程[J].計算機工程,2000,26(7)：66-68.

[7] 李明國,宋海娜,胡衛(wèi)東.Internet網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議原理與實現(xiàn)[J].計算機工程,2002,28(2)：275-277.

[8] 薛芳俠,閆了了,謝虹,等.分布式實時仿真系統(tǒng)高精度時間同步技術(shù)研究[J].計算機應(yīng)用,2006,26(4):989-994.

[9] 賀鵬,周久艷,李菁.分布式控制系統(tǒng)的時間同步裝置設(shè)計與應(yīng)用[J].計算機工程,2003,29(11):159-160.

[10] 安德魯.坦尼鮑姆.分布式系統(tǒng)時鐘同步的重要性[EB/OL].http://www.ntps.cn/net/net2.htm，2006-03-20.

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：時統(tǒng)技術(shù)、微波傳輸技術(shù)。

TP311.52

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.014