西安电子科技大学,西安电子科技大学,西安电子科技大学,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,精密时钟源的同步处理技术 项目承担,提 纲,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。,星与用户立项背景导航定位精密时钟源的同步技术西方国家在,总体思路,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,。,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,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。,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,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4.510,-10,左右，而通过DDS补偿后输出的10MHz信号的频率准确度在410,-11,左右，,提高了一个数量级,。,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4.51,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：,根据振荡器频率的历史数据，预测当前时刻的振荡器频率,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,。,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,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。,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,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,驯服保持技术实验结果VCOCXO的频率准确度在锁定后12小时,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）,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,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,。,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,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。,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,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,创新点二主要成果：共发表SCI论文4篇、申请专利1项,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。,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,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,关键技术三 高分辨率短时间间隔测量技术 长,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,。,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,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基于“共视”原理的GPS/BD卫星共视,卫星共视的时间同步技术,软件数据处理多线程组成框图,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,。,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,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,20100ps,达50ps,共视法的时间精度,110ns,110ns,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,精密时钟源的同步处理技术课件,Group 1:Materials,Resonators,&Resonator Circuits,Randy Kubena,Hughes Research Laboratory,USADana Weinstein,MIT,USAAaron Partridge,SiTime Corporation,USASheng-Shian Li,National Tsing Hua University,Taiwan,Group 2:Oscillators,Synthesizers,Noise,&Circuit Techniques,Wei Zhou,Xidian University,China,Vincent Cros,CNRS,France,Xianhe Huang,Chengdu University,China,Maxim Goryachev,University of Western Australia,Australia,Group 1:Materials,Resonators,推广应用情况,时间频率基础处理,导航定位,电力故障定位,通讯,空间技术,交通运输,军事应用,推广应用情况时间频率基础处理导航定位电力故障定位通讯空间技术,敬请各位专家批评指正,谢谢,敬请各位专家批评指正 谢谢,