一种电学稳相时钟分配系统及方法

一种电学稳相时钟分配系统及方法

　　技术领域

　　本发明属于稳相传输技术领域，具体涉及一种电学稳相时钟分配系统及方法。

　　背景技术

　　在两设备间进行信号传输的过程中，外界环境因素的变化会对系统中各部分组件产生影响，会导致接收端所接收到的信号产生延迟，与发送端的信号间存在相位差。而信号同步是一项非常重要的要求，在电力系统、国防领域、无线通信等领域时钟信号的同步是必不可少、至关重要的。无论是闹钟的定时控制，还是为卫星的顺序控制，都需要系统中各部分设备接收到的时钟信号需要达到严格的同步。因此需要利用稳相传输技术，在接收端对传输延迟进行检测，以一定的方式对传输变化进行补偿，从而得到与参考端相位一致的本地时钟信号，以此来降低外界环境因素变化对信号传输产生的影响，实现高质量传输信号的目标。

　　目前所应用的信号稳相传输的方法有以下几种：1)基于微波光纤传输系统的稳相传输方法：该方法所利用的关键技术主要为相位检测、相位补偿和自适应控制技术三部分。利用相位差检测器件、鉴相器和ARM处理器完成信号相位检测；在对获得的相位差数据进行相应处理后，利用直调激光器对信号进行调制，并且信号传输稳定后，通过光电探测器进行直接的检测；自适应技术是为了保证信号处于长期的稳定状态，通过控制微波电控移相器，实现对信号相位的实时补偿。此方法中利用到了直调激光器、光电探测器和微波电控移相器等昂贵的仪器设备，使得成本过高；2)基于光纤的主动补偿稳相传输方法：该方法是针对于光纤链路中信号的相位抖动。通过对发送信号和往返传输信号鉴相，获得二者的相位误差信号并且反馈给主动补偿器件。通过控制补偿器件的某个参数，形成一个反馈的回路，从而对由于外界环境变化而导致的信号相位抖动进行补偿。但该方法中需要利用如可调谐激光器、压控振荡器、光纤拉伸器等主动补偿器件，这些光学仪器设备昂贵。同时控制主动补偿器件的相位误差信号需要通过复杂的电路来进行提取，操作复杂；3)基于光纤的相干型稳相传输的方法：该方法是通过在光域上进行相位检测，并且利用锁相环对信号相位的延迟进行补偿，从而达到信号稳相传输的目的。在光域上进行相位检测，因此需要高精度、稳定的光学仪器来保证检测的准确度。而高昂的仪器设备会大大增加成本。

　　发明内容

　　针对上述稳相时钟传输方法存在的成本高、操作复杂的技术问题，本发明提供了一种操作简单、成本低廉的电学稳相时钟分配系统及方法。

　　为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

　　一种电学稳相时钟分配系统，包括参考端、同步端、相位补偿锁相环、第一接收器、第二接收器、第一发送器、第二发送器、同轴电缆、第一分功器、第二分功器，所述参考端分别设置有第一接收器、第一发送器，所述同步端分别设置有第二接收器、第二发送器、相位补偿锁相环，所述第一接收器、第一发送器均通过第一分功器与同轴电缆连接，所述第二接收器、第二发送器、相位补偿锁相环均通过第二分功器与同轴电缆连接。

　　一种电学稳相时钟分配方法，包括下列步骤：

　　S1、初始化，设置参考端相位补偿信号值同步端相位补偿信号初始值同步端相位补偿信号初始值

　　S2、参考端发出参考频标信号，经由同轴电缆传送至同步端，称为远端频标信号，相位补偿锁相环接收该远端频标信号，依据当前相位补偿信号值合成得出同步端本地频标信号；

　　S3、参考端的第一发送器发送出一个chirp信号，依据为当前参考端相位补偿信号值经由同轴电缆传送至同步端，所述同步端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差

　　S4、同步端的第二发送器发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为经由同轴电缆传送至参考端，所述参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的参考频标信号的相位差

　　S5、参考端的第一发送器发送出一个chirp信号，以当前参考端相位补偿信号值经由同轴电缆传送至同步端，所述同步端接收 chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差

　　S6、调节同步端的相位补偿锁相环，对同步端本地频标信号进行调节，合成出同步端本地频标信号，使得

　　S7、同步端的第二发送器再次发送出一个chirp信号，且相位信号补偿值为经由同轴电缆传送至参考端，所述参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与参考端的参考频标信号的相位差

　　S8、参考端的第一发送器再次发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为所述n代表此时刻，所述n-1代表上一时刻，经由同轴电缆传送至同步端，所述同步端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差

　　S9、调节同步端的相位补偿锁相环，对同步端本地频标信号进行调节，合成出同步端本地频标信号，使得

　　S10、同步端的第二发送器再次发送出一个chirp信号，且相位信号补偿值为经由同轴电缆传送至参考端，所述参考端接收chirp 信号，通过测量获得其脉冲中心与参考端的参考频标信号的相位差为

　　S11、重复S8、S9、S10，实时反馈调节，可使得同步端的本低频标信号与参考端的参考频标信号之间的相位差逐渐逼近0，二者实现同步，逐步消除了设备间传输时钟信号时的传播延迟。

　　本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

　　本发明利用稳相传输技术，采用本发明设计的电学稳相时钟分配系统，以本发明提出的频标同步算法，对传输变化进行补偿，从而得到与参考端相位一致的本地时钟信号，解决现有的稳相时钟传输方法存在的成本高、操作复杂的技术问题。

　　附图说明

　　图1为本发明电学稳相时钟分配系统组成示意图；

　　图2为本发明电学稳相时钟分配系统工作流程图；

　　图3为本发明频标同步算法的校正过程示意图；

　　其中：R为参考端，S为同步端，PLL为相位补偿锁相环，1为第一接收器， 2为第二接收器，3为第一发送器，4为第二发送器，5为同轴电缆，6为第一分功器，7为第二分功器。

　　具体实施方式

　　下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

　　一种电学稳相时钟分配系统，如图1所示，包括参考端R、同步端S、相位补偿锁相环PLL、第一接收器1、第二接收器2、第一发送器3、第二发送器4、同轴电缆5、第一分功器6、第二分功器7，所述参考端S分别设置有第一接收器1、第一发送器3，第一发送器3用于发出时钟信号和chirp信号，第一接收器1用于接收同步端S馈送回的chirp信号，所述同步端S分别设置有第二接收器2、第二发送器4、相位补偿锁相环PLL，第二接收器2、第二发送器4分别用于接收和发送chirp信号，相位补偿锁相环PLL用于时钟信号频率锁定及相位补偿，相位补偿锁相环PLL有两个输入，两个输入分别是参考时钟信号和相位补偿信号，相位补偿锁相环PLL输出与参考时钟信号保持相位差的时钟信号，所述第一接收器1、第一发送器3均通过第一分功器6与同轴电缆5连接，所述第二接收器2、第二发送器4、相位补偿锁相环PLL均通过第二分功器7与同轴电缆5连接。

　　一种电学稳相时钟分配方法，如图2、图3所示，包括下列步骤：

　　步骤一、对系统进行初始化，使得校正过程所需的相位补偿信号初始值为0。设置参考端相位补偿信号值同步端相位补偿信号初始值同步端相位补偿信号初始值

　　步骤二、参考端发出参考频标信号，经由同轴电缆传送至同步端，称为远端频标信号。相位补偿锁相环接收该远端频标信号。依据当前相位补偿信号值合成得出同步端本地频标信号；设定参考端发出的参考频标信号的初始相位为0，经传播延迟，同步端本地频标信号与参考端参考频标信号的相位为

　　步骤三、参考端发送出一个chirp信号，依据为当前参考端相位补偿信号值经由同轴电缆传送至同步端，同步端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差因为chirp信号与频标信号在传输过程中具有相同的延迟，所以同步端chirp信号与本地频标信号之间的相位差和参考端chirp信号与参考频标信号之间的相位差相同，所以也为0。

　　步骤四、同步端发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为零经由同轴电缆传送至参考端，参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的参考频标信号的相位差为由于信号的发送和接收均需经由同轴线缆，并存在相同的传播延迟，所以相位差的大小应为单向传播相位差的2倍，即由此过程知，信号由参考端传送至同步端相位延迟再次传送回参考端相位延迟

　　步骤五、参考端再次发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为通过在参考端发出的chirp信号引入相应的相位补偿信号值，补偿一部分传播延迟，其中等于上次传播中的单向传播延迟的相位差。经由同轴电缆传送至同步端，同步端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差为

　　步骤六、调节同步端的相位补偿锁相环，对同步端本地频标信号进行调节，合成出同步端本地频标信号

　　步骤七、同步端再次发送出一个chirp信号，且相位信号补偿值为经由同轴电缆传送至参考端，参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与参考端参考频标信号的相位差为

　　步骤八、参考端再次发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为经由同轴电缆传送至同步端，同步端接收chirp 信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差为

　　步骤九、调节同步端的相位补偿锁相环，对同步端本地频标信号进行调节，合成出同步端本地频标信号；

　　步骤十、同步端再次发送出一个chirp信号，且相位信号补偿值为经由同轴电缆传送至参考端，参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与参考端参考频标信号的相位差为

　　步骤十一、参考端再次发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为经由同轴电缆传送至同步端，同步端接收chirp 信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差为

　　步骤十二、调节同步端的相位补偿锁相环，对同步端本地频标信号进行调节，合成出同步端本地频标信号

　　步骤十三、同步端再次发送出一个chirp信号，且相位信号补偿值为经由同轴电缆传送至参考端，参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与参考端参考频标信号的相位差为

　　步骤十四、参考端再次发送出一个chirp信号，且相位补偿信号值为经由同轴电缆传送至同步端，同步端接收 chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与此时的本地频标信号的相位差为

　　步骤十五、调节同步端的PLL，对同步端本地频标信号进行调节，合成出同步端本地频标信号

　　步骤十六、同步端再次发送出一个chirp信号，且相位信号补偿值为经由同轴电缆传送至参考端，参考端接收chirp信号，通过测量获得其脉冲中心与参考端参考频标信号的相位差为

　　步骤十七、多次重复校正过程，可使得同步端本地频标信号与参考端频标信号间的相位差逐渐逼近0，发现参考端发出的chirp信号的相位补偿信号值为常数，二者实现同步，消除了设备间传输信号时的传播延迟。

　　上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。