潘玲嬌

(江蘇無線電廠有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

信息科學的快速發(fā)展及其在社會各個領(lǐng)域中的日益廣泛應(yīng)用，對現(xiàn)代化社會的發(fā)展起到了極大的推動作用，同樣也對軍事領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠的影響。作戰(zhàn)系統(tǒng)中的軍用信息網(wǎng)，建設(shè)指控系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)等多個信息系統(tǒng)，多個信息系統(tǒng)之間的時間同步，對作戰(zhàn)的正常開展和有效打擊起到了重要的作用。為保證這些系統(tǒng)協(xié)同工作，需要高精度的時間同步系統(tǒng)，將各系統(tǒng)的時間進行統(tǒng)一校準。

軍事作戰(zhàn)主要在隱蔽的山林環(huán)境中部署與活動，通常利用自然屏障進行偽裝防護，作戰(zhàn)陣地多部署在山林地區(qū)，地形植被復雜多樣，易導致時間同步系統(tǒng)的天線被遮擋，北斗接收信號受限。此外，敵人常播發(fā)欺騙干擾信號，干擾一切依賴北斗系統(tǒng)運作的武器，導致我軍武器無法正常接收或接收錯誤的北斗導航電文，從而無法保證各作戰(zhàn)系統(tǒng)的時間統(tǒng)一。因此，時間同步系統(tǒng)需要在沒有北斗作為時間頻率參考，依然能保障時間同步系統(tǒng)輸出精準的頻率、時間信號，要求時間同步系統(tǒng)在各種環(huán)境下實現(xiàn)守時功能。

1 守時原理

根據(jù)守時精度的要求，利用以FPGA為控制核心，以北斗模塊的1PPS+TOD為參考，在北斗模塊運行穩(wěn)定以后，自動與北斗模塊時間頻率校準，以保證守時模塊的1PPS+TOD保持在時頻裝置斷電前的精度[1]。溫控守時算法主要實現(xiàn)掉電守時模塊進入守時模式時，溫度傳感器可實監(jiān)控環(huán)境溫度變化情況，F(xiàn)PGA根據(jù)環(huán)境溫度及高穩(wěn)晶振的老化特性來保證守時模塊的守時精度[2]。

守時模塊配有溫度傳感器，可實時監(jiān)測外部溫度變化，根據(jù)外部溫度的變化率、溫度變化總幅度與高穩(wěn)恒溫晶振自身的溫度特性結(jié)合起來進行數(shù)學建模[3]，實時進行溫度特性的補償(見圖1)。通過FPGA作用于壓控DA進行實時壓控電壓調(diào)整，讓恒溫晶振保持在一個相對穩(wěn)定的頻率范圍內(nèi)，從而降低了溫度大范圍變化導致恒溫晶振自身頻率的變化，從而提高守時精度。

圖1 守時原理框

設(shè)備無外電時，電池組會給守時模塊供電，以保證時間和頻率的準確性。FPGA與電池組之間通過一個狀態(tài)串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

2 溫控守時算法

溫控守時算法主要實現(xiàn)守時模塊進入守時模式時，溫度傳感器可實監(jiān)控環(huán)境溫度變化情況，F(xiàn)PGA根據(jù)環(huán)境溫度及高穩(wěn)晶振的老化特性來保證守時模塊的守時精度[4]。高穩(wěn)恒溫晶振的頻率準確度會隨著時間和外界環(huán)境變化，主要體現(xiàn)為頻率的溫度穩(wěn)定度和老化特性。

為提高守時精度，需要從兩個方面進行控制：(1)頻率根據(jù)溫度變化的補償控制；(2)頻率根據(jù)時間所進行的補償控制。

高穩(wěn)恒溫晶振的準確度受一定的環(huán)境影響，在眾多環(huán)境因素中，溫度的影響尤為嚴重，本方案從溫度補償出發(fā)，通過測量晶振周圍溫度，試驗階段借助外參考來學習溫度和晶振頻偏的對應(yīng)曲線關(guān)系。在正常工作時，通過溫度和頻率的曲線關(guān)系，借助溫度貼片芯片的溫度測量，完成對頻率的補償，使工作晶振維持到高的精度和穩(wěn)定度。同理時間的補償亦是如此。

本方案采用在線的線性擬合方法進行線性擬合，可以節(jié)省人力，提高程序的自動化程度，其在線疊加的線性擬合公式如下：

Slope=

xi為當前時間或者溫度；yi為當前頻率；Slope為老化系數(shù)或者溫度系數(shù)。

3 測試結(jié)果

根據(jù)大量仿真發(fā)現(xiàn)，守時的精度隨著采樣溫度數(shù)量的增加，其精度也會逐漸精準，適合長時間計算。經(jīng)過實際測量在同一個環(huán)境下高穩(wěn)恒溫晶振的頻率隨時間和溫度變化如圖2所示。

圖2 晶振溫度偏移量

可以看出溫度對于晶振頻率有較大的影響，通過溫度參數(shù)的計算，可的剔除溫度對頻率的影響。如圖3所示。

圖3 晶振消除溫度影響后的頻率偏移量

4 結(jié)語

本文提出的溫控守時算法切實可靠，可有效抑制溫度對高穩(wěn)恒溫晶振的頻率影響，從而提高守時精度，在實際使用中有很強的應(yīng)用價值，大大提高了時間同步系統(tǒng)的守時精度。