一种船载时间同步校准设备
技术领域
本发明涉及时间同步领域，更具体地，涉及一种船载时间同步校准设备。
背景技术
高精度的时间同步是国民生产有序进行的重要保障。时间同步分为绝对时间同步和相对时间同步，某些特定应用更关心相对时间同步，比如船队，船队出海之后，为保证一致行动，需要高精度的时间同步。
目前其主要是利用全球卫星导航系统，包括GPS、北斗等系统实现单向授时，保证各船之间的时间同步，但其无法保证船队内的时间是否同步，时间同步精度究竟达到多少。
为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出一种船载时间同步校准设备。
发明内容
本发明的第一个目的在于提出一种船载时间同步校准设备，利用卫星双向比对技术及动态误差补偿技术，设计动态时间同步校准设备，解决运动状态下船队内部相对时间同步精度的校准问题。
本发明的第二个目的在于提出一种船载时间同步校准系统。
未达上述目的，采用以下技术方案：
一种船载时间同步校准设备，包括：
时频基准模块、时间传递模块、变频模块、测距测速模块和主控模块，其中，
时频基准模块，用于为所述时间传递模块输出基准信号；
时间传递模块被配置为，对所述基准信号进行调制并输出调制信号；同时接收变频模块的下变频后输出的来自其他船只的异地信号，并计算所述调制信号与所述下变频后的异地信号的初始钟差；
变频模块被配置为，接收所述调制信号并进行上变频处理后得到射频信号，并将所述射频信号输出到所述其他船只；同时接收所述异地信号并将下变频处理后的所述异地信号输出到所述时间传递模块；
测速测距模块，用于为所述时间传递模块提供测量信息；
主控模块，用于控制和监测上述模块的工作状态，获取初始钟差以及测量信息，并对获取到的信息进行处理得到精密钟差；利用所述精密钟差对所述下变频后的所述异地信号进行校准并向所述其他船只输出校准后的异地信号。
优选地，所述测量信息包括时间戳信息，位置信息以及速度信息。
优选地，所述主控模块利用动态时延补偿算法并对采集到的信息进行修正处理得到精密钟差。
优选地，所述船载时间同步校准设备通过船载天线进行所述本地信号与所述异地信号的传输与接收。
优选地，所述时间传递模块包括：
时间传递模块第一接收端，与时频基准模块输出端连接；
时间传递模块第二接收端，与变频模块下变频输出端连接；
时间传递模块输出端，与变频模块上变频接收端连接；
时间传递模块第一数据传输端口，与主控模块第一串口连接；
时间传递模块第二数据传输端口，与测距测速模块第二串口连接。
优选地，所述变频模块包括：
上变频接收端，与所述时间传递模块输出端连接
上变频输出端，与船载天线的第一接收端连接，
下变频接收端，与船载天线输出端连接，
下变频输出端，与所述时间传递模块第二接收端连接；
变频模块数据传输端口，与主控模块第二串口连接。
优选地，所述测距测速模块包括：测距测速模块第一串口，与所述主控模块第三串口连接；和
测距测速模块第二串口，与所述时间传递模块连接。
优选地，所述主控模块包括：
主控模块第一串口，与所述时间传递模块第一数据传输端口连接；
主控模块第二串口，与变频模块数据传输端口连接；
主控模块第三串口，与所述测距测速模块第一串口连接；
主控模块第四串口，与船载天线的数据传输端口与连接。
优选地，所述船载天线包括：
船载天线的第一接收端，与所述上变频输出端连接；
船载天线的第二接收端，用于与所述其他船只进行信号交互传输；
船载天线输出端，与所述下变频接收端连接；
船载天线数据传输端口，与所述主控模块第四串口连接。
为达上述第二个目的，本发明采用以下技术方案：
一种船载时间同步校准系统，包括N个船载时间同步校准设备，所述N个设备分别为实现第一个目的任一所述的设备，分别设置在N个船只上；
以其中一个所述设备为标准设备，所述标准设备接收另外N-1个船只的所述设备的信号，并基于所述标准设备的本地信号对所述N-1个船只的所述设备的信号进行校准，从而将校准后的所述N-1个船只的所述设备的信号发送回所述N-1个船只，(N取≥2的正整数)。
本发明的有益效果如下：
本发明利用卫星双向比对技术及动态误差补偿技术，设计动态时间同步校准设备，有效解决运动状态下船队内部相对时间同步精度的校准问题，提高时间同步精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明船载时间同步校准设备；
附图标记：时频基准模块1；时间传递模块2；变频模块3；测速测距模块4；主控模块5；船载天线6；时频基准模块输出端11；时间传递模块第一接收端21；时间传递模块第二接收端23；时间传递模块输出端22；时间传递模块第二数据传输端口24；时间传递模块第一数据传输端口25；上变频接收端31；下变频输出端32；上变频输出端33；下变频接收端34；变频模块数据传输端口35；测距测速模块第一串口41；测距测速模块第二串口42；主控模块第一串口51；主控模块第二串口52；主控模块第三串口53；主控模块第四串口54；船载天线的第一接收端61；船载天线的第二接收端62；船载天线输出端63；船载天线数据传输端口64；其他船只的异地信号7。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种船载时间同步校准设备，该设备包括：
时频基准模块1；时间传递模块2；变频模块3；测速测距模块4；主控模块5；船载天线6；
时频基准模块，用于为所述时间传递模块输出基准信号；
时间传递模块被配置为，对所述基准信号进行调制并输出调制信号；同时接收变频模块的下变频后输出的来自其他船只的异地信号，并计算所述调制信号与所述下变频后的异地信号的初始钟差；
变频模块被配置为，接收所述调制信号并进行上变频处理后得到射频信号，并将所述射频信号输出到所述其他船只；同时接收所述异地信号并将下变频处理后的所述异地信号输出到所述时间传递模块；
测速测距模块，用于为所述时间传递模块提供测量信息；
主控模块，用于控制和监测上述模块的工作状态，获取初始钟差以及测量信息，并对获取到的信息进行处理得到精密钟差；利用所述精密钟差对所述下变频后的所述异地信号进行校准并向所述其他船只输出校准后的异地信号。
船载时间同步校准设备通过船载天线进行所述本地信号与所述异地信号的传输与接收。
现以A，B两船为例，两个船载时间同步校准设备被配置在A、B船内。A，B两船在海域上以一定距离行驶，此时需保证A,B两船的时间同步精度，以确保A，B两船一致行动。为表述清楚，以安装在A船内的船载时间同步校准设备为主体，以安装在B船内的船载时间同步校准设备发出的信号作为异地信号对整个时间校准的过程做说明。
首先，工作时，船载时间同步校准设备的时频基准模块1，如船上的原子钟；为时间传递模块2提供1Pps秒脉冲信号和10MHz或5MHz的基准信号，用于作为工作参考；
时间传递模块对这个基准信号进行调制，并输出调制信号到A船变频模块3；A船的变频模块3进行上变频处理后形成射频信号，并将射频信号通过船载天线发射，利用通信卫星将信号转发到位于B船的设备。完成A船向B船信号的发射。本领域技术人员应当理解，这个初始信号就是A船本地基准信号经过上述处理后生成的射频信号。
相对地，位于B船的设备的时频基准模块也为时间传递模块提供1Pps秒脉冲信号和10MHz或5MHz的B船的基准信号，用于作为工作参考；时间传递模块对这个B船的基准信号进行调制，并输出B船的调制信号到B船的变频模块；B船的变频模块进行上变频处理后形成B船的射频信号，并将B船的射频信号通过船载天线发射，利用通信卫星将信号转发到位于A船的时间传递模块。完成B船向A船信号的发射。即完成其他船只的异地信号向A船船载时间同步校准设备的发射。
A,B两船完成向对方发射信号后，A船设备内的变频模块3接收通过船载天线6和通信卫星(图中未示出)转发的来自B船的异地射频信号，并对这个异地射频信号进行下变频处理得到中频信号，变频模块把中频信号输入到A船时间传递模块进行中频信号的解调。完成接收到异地信号后的处理与。本领域技术人员可以理解，为更清楚地解释船载时间同步校准设备与异地时间设备内信号的处理过程，最终由船载时间同步校准设备接收的异地信号，实现了B船内部的基准信号从B船内部的调制信号到B船内部的异地射频信号的过程，这是B船的时间设备内部的信号传输，经上述过程后最终输出的异地射频信号即为船载时间同步校准设备接收的异地信号7。
由于A，B两船一直在运动，因此A船的测速测距模块4，为时间传递模块2提供测量信息，用于为时间传递模块2进行时间延迟测量提供时标，比如时间戳信息，位置信息以及速度信息，能更有效地提高同步精度，降低由于船只运动引起的同步误差。时间传递模块2根据这些信息计算A船与B船的初始钟差。同样地，B船也一直在运动，因此，B船的测速测距模块也同样为B船的时间传递模块进行时间延迟测量提供时标。测速测距模块可选择比如GPS/BDS接收模块。
主控模块5，用于控制和监测上述模块的工作状态，获取初始钟差以及测量信息，并对获取到的信息进行处理得到精密钟差，利用所述精密钟差对异地中频信号进行校准生成并输出校准后的异地信号，把校准后的异地信号通过船载天线6由A船发送到B船，从而完成A、B两船时间校准。
主控模块5是设备工作的控制和数据处理中心，主控模块5控制和监测时间传递模块2、变频模块3、测速测距模块4和船载天线6的工作状态，并实时获取时间传递模块2测量的两条船之间的初始钟差信息以及测速测距模块4的速度信号和位置信息。对上述信息进行获取后，主控模块5利用动态时延补偿算法计算两条船之间的精密钟差，从而实现运动状态下A船B船之间的时间同步精度的校准。
本设备内各个模块连接如下：
时间传递模块第一接收端21，与时频基准模块输出端11连接；
时间传递模块第二接收端23，与变频模块下变频输出端32连接；
时间传递模块输出端22，与变频模块上变频接收端31连接；
时间传递模块第一数据传输端口25，与主控模块第一串口51连接；
时间传递模块第二数据传输端口24，与测距测速模块第二串口42连接；
上变频接收端31，与所述时间传递模块输出端22连接
上变频输出端33，与船载天线的第一接收端61连接，
下变频接收端34，与船载天线输出端63连接，
下变频输出端32，与所述时间传递模块第二接收端23连接；
变频模块数据传输端口35，与主控模块第二串口52连接；
测距测速模块第一串口41，与所述主控模块第三串口连接53；和
测距测速模块第二串口42，时间传递模块第二数据传输端口24连接；
主控模块第一串口51，与所述时间传递模块第一数据传输端口25连接；
主控模块第二串口52，与变频模块数据传输端口35连接；
主控模块第三串口53，与所述测距测速模块第一串口41连接
主控模块第四串口54，与船载天线的数据传输端口64连接；
船载天线的第一接收端61，与所述上变频输出端33连接；
船载天线的第二接收端62，用于与所述其他船只进行信号7交互传输；
船载天线输出端63，与所述下变频接收端连接34；
船载天线数据传输端口64，与所述主控模块第四串口54连接；
通过上述连接构成了本发明所述的种高精度船载时间同步校准设备，有效解决运动状态下船队内部的相对时间同步精度的校准。当然，本领域技术人员应当理解，本发明中的连接并不仅仅是简单的机械结构上的连接，还是数据、信号的无线连接与数据传输。
当然，本领域人员应该理解，本实施例所述的两条船仅仅是一个例子，本发明不限于两条船只，也同样适用于多船的时间同步精度的校准问题，因此，本发明的第二个实施例，一种船载时间同步校准系统，包括N个船载时间同步校准设备，所述N个设备分别为上述的设备，分别设置在N个船只上；
以其中一个所述设备为标准设备，所述标准设备接收另外N-1个船只的所述设备的信号，并基于所述标准设备的本地信号对所述N-1个船只的所述设备的信号进行校准，从而将校准后的所述N-1个船只的所述设备的信号发送回所述N-1个船只，(N取≥2的正整数)。
当多个船只在海上运动时，需要对这些船只内部的时间进行校准时，随机选择安装在一个船只上的时间同步校准设备为标准设备，由标准设备发出的本地信号为标准信号，同时，其他船只向这个标准设备发出其他船只本身的异地信号，其他船只发出异地信号的过程参见上述B船发射异地信号的过程。而标准设备基于标准设备的本地信号对其他船只的设备的异地信号进行校准，从而将校准后的其他船只的异地信号发送回其他的船只，从而实现多个船只之间的校准。
本方法利用利用卫星双向比对技术及动态误差补偿技术，设计动态时间同步校准设备，有效解决运动状态下船队内部相对时间同步精度的校准问题，提高同步精度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
