[发明专利]一种完全自主可控快速时间频率同步装置和方法

说明书

本发明公开了一种完全自主可控快速时间频率同步装置和方法，该装置包括时统模块、主控模块、分配模块、显示模块和电源模块；时统模块包括授时电路单元、控制电路单元、时钟电路单元和电源电路单元，授时电路单元包括GPS和北斗双模接收模块，时钟电路单元包括恒温晶振和与恒温晶振电连接的数模转换器，控制电路单元为FPGA；主控模块与上述GPS和北斗双模接收模块、恒温晶振、FPGA和显示模块电连接，输出NTP授时和串口授时，分配模块与恒温晶振电连接并输出5路标频，电源模块为同步装置内的各模块供电。本发明所公开的同步装置，为多系统、多站点、多设备时间频率同步提供了强有力的支撑，在电工技术、工业自动化及智能控制等领域有着巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于时间频率同步技术领域，特别涉及该领域中的一种完全自主可控快速时间频率同步装置和方法。

背景技术

时间同步是指时间服务器从时间源（例如GNSS）获取标准时间，并将时间信息通过时间分配链路发送到时间同步客户端，实现与时间源时间同步的过程。频率同步是通过频率比对的方式，将分布于不同地点频率源的频率值调整到一定的准确度并确保频率相位同步的过程。

目前，使用较为广泛的高精度时间同步技术有NTP网络时间协议和PTP精确时间协议等，其中NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是由RFC-1305定义的时间同步协议，用于在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步。NTP授时基于双向传输时延对等的原理，其协议中包含世界协调时（UTC）的时间戳，但由于NTP的时间戳标记在应用层，受网络流量及路由等因素的影响，NTP授时精度只有毫秒量级。PTP精确时间协议实现原理与NTP基本相同，最大的不同在于PTP的时间戳标记是在物理层，最大限度减少了时间传输误差，因此授时精度可达微秒量级。NTP授时一般由NTP时间服务器和客户端组成，而PTP授时由主时间服务器和从时间服务器以及客户端组成，由于PTP授时需要从时间服务器，因此目前PTP协议在很多客户端不能直接使用，这也是NTP协议较PTP协议应用更加广泛的主要原因。

传统的频率同步技术主要是模拟锁相环技术，如图1所示，由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分模拟电路组成，其中鉴相器用来比对输入与输出信号之间的相位差并输出电压误差；环路滤波器在滤除输出信号中的噪声和干扰后形成控制电压提供给压控振荡器；压控振荡器会根据控制电压输出调整后的频率，而调整后的频率又反馈回鉴相器端，如此反复鉴相、滤波、调整，最终当压控振荡器输出频率以固定的相位关系被牢牢锁定在输入信号的相位上时，即完成锁相。近年来，随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高，数字锁相环技术得到了广泛应用，数字锁相环技术的工作原理和锁定过程与模拟锁相环大致相同，但由于采用了数字技术，极大提高了频率同步的精度和稳定性，因此已经成为频率同步领域工程应用的首选技术途径。

随着各领域新技术和新业务的不断推陈出新以及国际政治军事局势的不断摩擦升级，时频领域对时间频率同步装置提出了更高的要求：一是完全自主可控；二是快速捕获锁定；三是高频率准确度和稳定度；四是优异的网络授时性能，大的用户容量；五是温度范围广、可靠性高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种完全自主可控快速时间频率同步装置和方法，可作为频率基准源和授时标准在军事、通信、电力、金融等领域发挥极其重要的作用。

本发明采用如下技术方案：