高精度时间对准系统研究

（ ）由主 时 统 模块 发 送秒 脉 冲信 号 ， 从 时统 １ 对 模 块秒 以下 时统 清零 ；
（ ）主时 统模 块 产 生 秒 脉 冲信 号 的 同时 ， 生 ２ 产
中断读 取秒 以上 时 间 ， 发送 给从 时统模 块 ， 从时 统模 块 收到 后更 新秒 以上 时统 信息 。
０ 引 言
在很 多复 杂系统 中 ， 了保 证各 分 系统 （ 备 ） 为 设 信息 的实 时性 和准 确性 ， 需要 有 一 个 时 间对 准 系 统 来实 现系统 的时间 同步 。不论是 采用 原子钟 还是 基
较大 差异 。
１ １ 互联 网 时间对 准 系统［ｌ ． １
时 同步技 术 的授时精 度较 高 （ 长波 为 Ｉｓ ， 波 为 ｒ级 短 ｉ
“ 级， ｓ 超短波 可 达 １ ｓ级 ） 它需 要 分 系 统 （ 备 ） ０ｎ ， 设 具有 无线 电波接 收模 块 。
无 线 电 波 授 时 同 步 技 术 至 今 已经 有 至 少 ８ Ｏ年
３ 高 精度 时 间对准 系 统
的高 精度 频率 源 和时 统 电路 ， 以 它们 的频 率偏 差 所
和 时间漂 移带来 的累积误 差是 相 同的 。时统模 块 中
的计 时模 块 主要 分 为可 精 确 到 秒 级 的 时 钟 Ａ 和精
确到 纳秒 级 的时钟 Ｂ， 间 同步 主 要 是 指 时钟 Ｂ的 时
同步 。
时 间 同步 的误 差 主要 有 ２个来 源 ： １种 是频 第 率源 的频偏 和长 时 间 工作 造 成 的累 积偏 差 ； ２种 第
实现 ， 由于 网络数 据传 输 的不确定性 及不 稳定 性 ， 但
其 同步 精度 不高 ， 限制 了其 在 时 间 同步 精度 要 求 较
收 稿 日期 ：２ １ —０ ２ ０ ２ ４— ６
第 ３期 高场 合 的应用 。
１ ２ 无 线 电 波 授 时 系统 ．
张坡等 ： 高精 度 时间对 准 系统研 究
１ ４ Ｉ Ｇ— 码 ． ＲＩ Ｂ
图 １ 用 主从 时统 结 构 ， 采 主从 时 统模 块 采 用相
同的高精 度频 率 源 和时 统 电 路 ， 时统 系 统 采 用 清 该
零 对 时 法 和 自适 应 测 距 校 正 法 来 完 成 分 布 式 多 站 时
间 同步 。主时 统模块 和从 时统 模块 中由于采用 相 同
ＮＴＰ协议 ， 使得分 系统 （ 设备 ） 在任 何 地点 既 能连 接
上 Ｉ ｔｒ ｅ 与 世 界 标 准 时 间 服 务 器 进 行 时 间 同 步 校 ｎ 定 度 的恒 温 晶振 来 实 现 系统
内的时 间 同步 。
准， 也可 以连 接到局 域 网上 的 时 间服 务 器进 行 时间 同步校 准 。它不需要 分 系统 （ 备 ） 对时 间 同步问 设 针
现 在 解 决 分 系 统 （ 备 ） 的 时 间 同 步 问 题 最 直 设 间
接、 最简单 的方 法就是 通过互 联 网进行 时 间比对 ， 它 仅仅 需要 为分 系统 （ 备 ） 供标 准 的授 时 软件 ， 设 提 并 且 提供与 时 间服务器 的接 口， 系统 （ 分 设备 ） 能通 就 过授 时软 件访 问时 间服务器 ， 而保证 时 间同步 ， 从 精 度 通常 可 以达 到 ｍｓ 。互联 网时 问对 准 系统 采 用 级
用性 、 易 失性 和 即用 性 。在 主 时统 模 块 中 Ｃ Ｉ 非 Ｐ Ｄ
主要 实现 逻辑 控 制 、 时器 、 计 产生 秒 脉 冲 等 功 能 ， 在
从 时统模 块 中 Ｃ Ｌ 主 要 实 现 逻 辑 控 制 、 时 、 Ｐ Ｄ 计 接 收秒脉 冲清零 、 量延 时误 差等功 能 。 测
２１ 年 ６ ０２ 月
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨＩ ＢＯＡＲＤ ＣＴＲ０ＮＩ Ｐ ＥＩＥ Ｃ Ｃ０ＵＮＴＥ ＲＭ ＥＡＳ ＵＲＥ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．０ ２
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ３ Ｉ３ ．
第３ ５卷第 ３期
高 精度 时 间对 准 系统 研 究
张 坡 ， 张 方
（ 国 电子 科 技 集 团 公 司 ２ 中 ７所 ， 州 ４ ０ ４ ） 郑 ５ ０ ７
１ 目前存 在 的 时间对 准 系统
目前存 在 多 种 时 间对 准 系统 ， 种 又具 备不 同 每
的特点 ， 而不 同 的时 间对 准 系 统 的 时 间 同步精 度 有
题 专 门配备 时间接 收 、 测试 模块 ， 减少 软硬 件成本 。
互 联 网 时 间 对 准 系 统 不 受 地 域 限 制 ， 常 容 易 非
ＺＨ Ａ Ｎ Ｇ Ｐｏ。 ＺＨ Ａ ＮＧ ｎ Ｆａ ｇ
（ Ｔｈｅ ２ ｈ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎｓ ｉｕｔ ７ｔ ｓ ａ ｃ Ｉ ｔｔ ｅｏｆＣＥＴ Ｃ， Ｚｈｅ ｇｚ ｕ ４ ０４ Ｃｈｎａ） ｎ ｈｏ ５０ ７， ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｔ ａ ｔ Ｔｈｅ ａ ｃ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ｔｍ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｒ ｌｙ ｒ ｑｕ ｒ ｄ ｆ ｒ ｅ ｃ ｉ ｅ ｎｄ ｎ ｕｂ ｃ ｕｒ ｔ ｙ ｔ ｍ ｉ ｙｎ ｈ ｏｎ ｚ ｔｏ ｓｇｅ ｅ ａ ｌ ｅ ｉｅ ｏ ａ ｈ ｎｄ ｐｅ ｅ ｔｓ — ｆ ｃ ｉ ｎ ｍ ｏ ｌ Ｏ ｃ ｏ ｐ ｉ ｈ ｈ ｓ ｓ ｅ ｕｎ ｔｏ ｄｕ ｅ ｔ ａ ｃ ｍ ｌｓ ｔ ｅ ｙ ｔ ｍ ｆ ｎｃ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｐｌ ｘ ｙｓ ｅ ．Ｔｈ ｓ ｐ ｐｅ ｅ ｃ ｉ ｓ ｕ ｔｏｎ ｉ ｈ ｏ ｅ ｓ ｔ ｍ ｉ ａ ｒ ｄ ｓ ｒｂｅ ｓ ｖ ｒ ｌｈ ｇｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｉ ｌｇ ｅ ｅ ａ ｉ ｃ ｕ ａ ｙ ｔｍｅ ａ ｉ ｎｍｅ ｙ ｔ ｍ ｓｉ ｕ ｒ ｎ ｆｅ ｅ ｍａ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ｈｅｒ ａ ａ ａ ｎｔｓ ｓ ｅ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔｄｉｆ ｒ ｎｔｄｏ ｉ ｓ， ｎ ｌ ｚ ｓ ｔ ｉ ｄｖ ｎｔ — ｇｅ ｎｄ ｄ ｓ ｄｖ ｎ ａ ｅ ， ｎｄ ｂ ｉ ｓ ｆ ｒ ｒ ｉ ｉ ｈ ａ ｃ ａ ｙ ｔｍ ｅａ ｉ ｎｍｅ ｔ ｓ ｓ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓ ａ ｉ ａ ａ ｔ ｇ ｓ ａ ｒｎｇ ｏ ｗａ ｄ ａ ｋ ｎｄ ｏｆｈ ｇ ｃ ｕｒ ｃ ｉ ｌｇ ｎ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｃ ｍｐｌ ｘ ｐ ｏ ｒ ｍｍ ａ ｅ ｌ ｉ ｅ ｉｅ （ ｏ ｅ ｒ ｇａ ｂｌ ｏｇ ｃ ｄ ｖ ｃ ＣＰＬＤ）， ｅ ｌ ｅ ｈｅ ｈｉ ｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｉ ｅ ａｉ ｍｅ ｗｅｌ ｔ ｒ ａ ｉ ｓ ｔ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ ｔｍ ｌ ｚ ｇｎ ｎｔ ｌ ｗｉｈ
摘要： 在复杂 系统 中各个独立子功能模块常常需要精确系统时间同步来完成 系统功能 ， 了 目 描述 前不 同领域 中存在
的几 种 高精 度 时 间对 准 系 统 ， 析其 中优 缺 点 ， 提 出 了 一 种 基 于 复 杂 可 编 程 逻 辑 器 件 （ Ｐ Ｄ） 高 精 度 时 间 对 准 分 并 Ｃ Ｌ 的 系统 ， 低 廉 的 成 本 ， 现 了较 高 精 度 的 时 间 对 准 。 用 实
间信 息 同本地 时钟 进 行 比较 ， 时 自动 扣 除 在 传 播 同
路径 上 的延时 以及 其 他 各种 因 素造 成 的误 差 ， 而 从 实现不 同分 系统 （ 备 ） 设 间时 间的 同步 。无 线 电波授
其 速度 快 ， 功耗 小 ， 量 大 ， 容 同时 又保 持 了原 有 的 易
ｌ Ｗ ｏｓ ． Ｏ ｃ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍｐｌ ｘ ｐ ｏ ａ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｅ ｒ ｇｒ ｍｍａ ｅ ｌ ｇ ｃ ｄｅ ｉ ｅ；ｉ ｙ ｈｒ ｎｉａ ｉ ｎ； ｉ ｌ ｂｌ ｏ ｉ ｖ ｃ ｔｍｅ ｓ ｎｃ ｏ ｚ ｔｏ ｔｍｅ ａ ｉ ｇｎｍｅ ｙ ｔ ｍ ｎｔｓ ｓ ｅ
５ ５
通用 性 ， 时可预 测 ， 定性 好 ， 计灵 活 ， 干扰性 延 稳 设 抗
强 ， 服 了硬 件 分 立 器 件 的 不 足 。 克
无线 电波 授时 系统采 用无 线 电波传 递时 间信 息
和 时间标 准 ， 然后 由无 线 电波 接 收器 对 接 收 到 的 时
本 系 统 使 用 Ａｌ ｒ ｔ ａ公 司 的 ＭＡＸ Ｉ系 列 芯 片 ｅ Ｉ Ｅ Ｍ１ ７ Ｔ １ ４５ 采用 了全 新 的 Ｃ Ｌ 体 系 结构 ， Ｐ ２ ０ Ｉ４ １ ， Ｐ Ｄ
是延 时误差 ， 当同 步通 信 线 路 造成 的延 时 误差 与 同
步精度 相 同或相 近 时 ， 需要对 其进 行校 正 。 就
对于 第 １ 误 差 可通 过 周 期校正 来 降低 误 差 。 种
主 要 采 用 ２种 手 段 ：
码 传输 距 离短 ， 授 时 同 步误 差 小 ； 但 ＡＣ码 传 输 远 ， 但 授时 同步误 差 相 对较 大 ， 同步 精 度 目前 能够 达 其 到 ｓ 。 级
高 精度 时间对 准 系统原 理示 意 图如图 １所示 。
的历 史 ， 其应用 范 围广 ， 对来 说无 论发 送还 是接 收 相 设 备 实现 简单 、 格 低 廉 。此 技 术最 大 的优 点 是 可 价 以实 时地 校准本 地 时 钟 ， 但其 应用 受 到 了发 射 台 的 地域 限制 。
于全 球定 位系 统 （ Ｓ 同步 设备 ， 量装 备 代 价 较 ＧＰ ） 批
高 ， 且 不易维 护 。 并
为 降低设 备成本 ， 化设备 的操 作和 维护 ， 简 同时
又能 满 足系统 的 时 问同 步要 求 ， 文 提 出了一 种 基 本 于 复杂 可编 程 逻 辑 器件 （ Ｐ Ｄ） 间 同 步技 术 ， Ｃ Ｌ 时 并
ＩＩ— Ｒ Ｇ Ｂ码 （ 以下简 称 Ｂ码 ） 是美 国靶 场 测 量 组 推 荐 的格式 时间 码 之一 ， 码 在 世 界 各 国 靶场 应 用 该 广 泛 。Ｂ码 又分直 流码 Ｉ Ｇ Ｂ（ ）（ ＲＩ — ＤＣ 以下简 称 Ｄ Ｃ