余學(xué)鋒，楊 標(biāo)，張開維

(63870部隊(duì)， 陜西 華陰 714200)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

靶場(chǎng)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法與分析

余學(xué)鋒，楊 標(biāo)，張開維

(63870部隊(duì)， 陜西 華陰 714200)

針對(duì)靶場(chǎng)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差校準(zhǔn)過(guò)程中無(wú)法實(shí)時(shí)獲取校準(zhǔn)結(jié)果的問(wèn)題，提出了基于精密時(shí)鐘協(xié)議(PTP)的時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)校準(zhǔn)新方法，對(duì)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)的不確定度進(jìn)行了分析；實(shí)驗(yàn)與分析結(jié)果表明：新方法可對(duì)同步誤差為1 μs的時(shí)統(tǒng)裝置開展實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，為事后的數(shù)據(jù)處理提供時(shí)間修正，也可滿足靶場(chǎng)裝備信息化管理需要。

時(shí)統(tǒng)裝置；實(shí)時(shí)校準(zhǔn)；同步誤差

時(shí)統(tǒng)裝置是構(gòu)建靶場(chǎng)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)和頻率基準(zhǔn)，確保測(cè)量控制設(shè)備同步精確工作的重要保證，也是武器鑒定試驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備之一。在鑒定試驗(yàn)中，通過(guò)該裝置可向參試設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)和頻率信號(hào)。由于測(cè)量控制點(diǎn)位多，綿延幾十公里，各分散測(cè)控點(diǎn)位之間的時(shí)間同步非常重要。因此，時(shí)統(tǒng)裝置的時(shí)間同步誤差就成為最主要也是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)[1]。目前，對(duì)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差的校準(zhǔn)，是將各時(shí)統(tǒng)分站搬運(yùn)到校準(zhǔn)中心進(jìn)行。在實(shí)際操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)方法存在不足：一是無(wú)法滿足實(shí)時(shí)性，不能獲得使用過(guò)程中的同步誤差漂移數(shù)值。由于需要把各測(cè)控點(diǎn)的時(shí)統(tǒng)裝置拆下，搬運(yùn)到校準(zhǔn)試驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，時(shí)統(tǒng)裝置有效工作時(shí)間變短。各時(shí)統(tǒng)主分站搬運(yùn)到試驗(yàn)室校準(zhǔn)，得到的只是在試驗(yàn)室期間各分站與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘間的同步誤差，只能作為評(píng)價(jià)設(shè)備性能的參考，不能真實(shí)反映在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)各分站工作時(shí)的時(shí)間同步狀態(tài)。二是不能滿足裝備信息化管理需要。由于對(duì)裝置的關(guān)鍵參數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，因此不能通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)設(shè)備技術(shù)性能。另外，如果由于某種原因，各站點(diǎn)測(cè)試設(shè)備間的時(shí)間出現(xiàn)異步，只能在試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，無(wú)法進(jìn)行修正。

關(guān)于時(shí)間同步誤差校準(zhǔn)問(wèn)題，文獻(xiàn)[2]提出了采用SOPC技術(shù)和GPS授時(shí)相結(jié)合，通過(guò)GPS接收機(jī)輸出1 ppm脈沖信號(hào)作為測(cè)站的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。文獻(xiàn)[3]提出先用短波或電視信號(hào)進(jìn)行一次校時(shí)，再用交叉定位精度高的區(qū)域進(jìn)行二次校時(shí)的時(shí)間校準(zhǔn)。文獻(xiàn)[4]提出了以GPS秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)CPLD獲得時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)秒脈沖與基準(zhǔn)秒脈沖之間的時(shí)間差值的方式進(jìn)行同步誤差校準(zhǔn)。這些方法都沒(méi)有解決靶場(chǎng)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的問(wèn)題。本文提出了一種新的技術(shù)方法，就是依托靶場(chǎng)現(xiàn)有的測(cè)試控制網(wǎng)絡(luò)，建立基于IEEE1588精密時(shí)鐘協(xié)議的同步誤差遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

1 實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法

1.1 同步誤差校準(zhǔn)原理結(jié)構(gòu)

同步誤差遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 同步誤差遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法

由于一般的局域網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間信息傳遞時(shí)傳遞路由不確定，延時(shí)抖動(dòng)較大(幾百微秒級(jí))，而時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差的技術(shù)指標(biāo)為1 μs，按照GJB5109對(duì)計(jì)量校準(zhǔn)的有關(guān)要求，測(cè)量不確定度比應(yīng)為1∶4以上。因此，直接通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差網(wǎng)上校準(zhǔn)是不可想象的。必須在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)，采用新技術(shù)，使網(wǎng)上時(shí)間信息傳遞能夠滿足同步誤差校準(zhǔn)需要。

IEEE 1588精密時(shí)鐘同步協(xié)議(PTP)的出現(xiàn)[5]，在測(cè)量控制領(lǐng)域引起一場(chǎng)技術(shù)性革命，它使原來(lái)基于順序的收發(fā)命令式的數(shù)據(jù)采集傳輸模式，轉(zhuǎn)變成以精確時(shí)間為基準(zhǔn)的時(shí)間表模式的主動(dòng)數(shù)據(jù)采集傳輸模式，增加了測(cè)量控制系統(tǒng)的靈活性和主動(dòng)性。因此，根據(jù)IEEE 1588協(xié)議，設(shè)計(jì)出滿足時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差測(cè)試需要的校準(zhǔn)方法，將會(huì)給目前的高精度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)測(cè)量控制領(lǐng)域提供一個(gè)新的應(yīng)用實(shí)踐。

1.2 基于PTP的時(shí)間同步誤差校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)量原理

時(shí)間同步誤差校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由自行研發(fā)的時(shí)間校準(zhǔn)儀、同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x以及計(jì)算機(jī)組成。時(shí)間校準(zhǔn)儀通過(guò)局域網(wǎng)將UTC時(shí)間以高精度傳遞給同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x則實(shí)時(shí)測(cè)量各時(shí)統(tǒng)分站的B碼秒脈沖輸出與UTC的時(shí)間同步誤差。所有測(cè)量結(jié)果經(jīng)計(jì)算機(jī)專用軟件處理，給出時(shí)統(tǒng)各分站間的同步誤差。實(shí)際測(cè)量分三個(gè)過(guò)程，分別是調(diào)諧過(guò)程、偏移測(cè)量和延遲測(cè)量過(guò)程。

1) 調(diào)諧過(guò)程。時(shí)間校準(zhǔn)儀和同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x在進(jìn)行同步之前，首先需要進(jìn)行調(diào)諧，利用調(diào)諧的結(jié)果修正同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)間戳。

時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘周期性(默認(rèn)每2 s一次，可設(shè))地發(fā)送Sync報(bào)文，其發(fā)出時(shí)間為Mi(由時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘提供并經(jīng)過(guò)鏈路延遲補(bǔ)償)，接收時(shí)間為Si(由同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘提供)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，利用一系列的Mi和一系列的Si，使同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的時(shí)間變化率與時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘的時(shí)間變化率對(duì)齊，調(diào)整同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的時(shí)間變化率，這一過(guò)程稱為同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘與時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘的調(diào)諧過(guò)程。可以使用二者時(shí)鐘頻率的比值RCF，對(duì)同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的時(shí)間變化率進(jìn)行調(diào)整。RCF是以某一幀Sync報(bào)文為起點(diǎn)(時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘的時(shí)間為Mi，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的時(shí)間為Si)，到下一幀發(fā)送間隔后的Sync報(bào)文(時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘的時(shí)間為Mi+1，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的時(shí)間為Si+1)之間，二者時(shí)鐘的流逝時(shí)間的比值[6]，即：

(1)

2) 偏移測(cè)量過(guò)程。在調(diào)諧穩(wěn)定后即進(jìn)入偏移測(cè)量過(guò)程。如圖2(a)所示，時(shí)間校準(zhǔn)儀發(fā)出同步報(bào)文，采用多播形式發(fā)出，在測(cè)試網(wǎng)上的N個(gè)同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x都將收到同步報(bào)文。同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x收到同步報(bào)文后，根據(jù)同步報(bào)文的時(shí)間戳和報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的時(shí)間延時(shí)，計(jì)算出與時(shí)間校準(zhǔn)儀的時(shí)間偏差[7]。同步計(jì)算方式如下：

(2)

(3)

從端口A到端口B的延時(shí)為：

(4)

假設(shè)端口A到端口B和端口B到端口A的平均網(wǎng)路延遲時(shí)間相同，即Dms=Dsm，則端口A與端口B間的網(wǎng)路延遲時(shí)間D為：

(5)

把式(3)和式(4)代入式(5)化簡(jiǎn)得：

(6)

利用Pdelay_Req信息包來(lái)測(cè)量平均網(wǎng)路延遲時(shí)間不需要Sync信息包，是一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量過(guò)程，可以直接使用預(yù)先測(cè)量的時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)平均網(wǎng)路延遲時(shí)間。延遲測(cè)量是不規(guī)則進(jìn)行的，其測(cè)量間隔時(shí)間為1～30 s 之間的隨機(jī)值，這樣可以使網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷不會(huì)太大。這種測(cè)量模式的引入使得在同步的執(zhí)行過(guò)程中更加精確、靈活、方便。

當(dāng)時(shí)間校準(zhǔn)儀和同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x完成時(shí)間同步后，就意味著同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x具備了時(shí)間同步測(cè)量校準(zhǔn)的條件，可以通過(guò)采集B碼時(shí)間信息實(shí)現(xiàn)對(duì)分控站同步精度的校準(zhǔn)。

(7)

偏移測(cè)量和延遲測(cè)量過(guò)程如圖2所示。時(shí)間校準(zhǔn)儀將準(zhǔn)確的發(fā)送時(shí)間通過(guò)跟隨報(bào)文Follow_Up發(fā)出，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x收到Follow_Up報(bào)文后，根據(jù)計(jì)算出與時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)間的偏差，對(duì)自身時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整，完成同步過(guò)程。

圖2 偏移測(cè)量和延遲測(cè)量示意圖

2 校準(zhǔn)系統(tǒng)同步誤差實(shí)驗(yàn)分析

為了通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x的時(shí)間同步性能，將時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘設(shè)置為接入GPS時(shí)間源的主時(shí)鐘，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘為端節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘，對(duì)時(shí)統(tǒng)終端輸出的B(DC)碼1 pps 信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘與時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘分兩種情況連接，一是用光纖直連，二是與中間有五臺(tái)交換機(jī)的局域網(wǎng)相連。與此同時(shí)，采用Agilent 53132A計(jì)數(shù)器也對(duì)時(shí)統(tǒng)終端輸出的B(DC)碼1 pps信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，Tektronix7104C數(shù)字示波器作為輔助監(jiān)測(cè)。對(duì)同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x與53132A計(jì)數(shù)器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。即用計(jì)數(shù)器測(cè)得的時(shí)間校準(zhǔn)儀1 pps輸出與時(shí)統(tǒng)終端1 pps輸出的差值作為標(biāo)稱值，與用同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x測(cè)得的時(shí)統(tǒng)終端的1 pps輸出值進(jìn)行比較，從而得到經(jīng)過(guò)網(wǎng)路傳輸后同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x與時(shí)間校準(zhǔn)儀同步誤差。測(cè)試驗(yàn)證如圖3所示。

首先，將時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x通過(guò)一根光纖網(wǎng)線直接連接，對(duì)時(shí)統(tǒng)終端輸出的B(DC)碼1 pps信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，將其測(cè)得值與用計(jì)數(shù)器測(cè)量值進(jìn)行比較。然后，將時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x之間接入5個(gè)支持IEEE-1588透明時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，待二者的IEEE1588時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)同步后，記錄同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x測(cè)得的時(shí)統(tǒng)終端的1 pps輸出值。測(cè)量過(guò)程均通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集10 000次同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x與計(jì)數(shù)器比對(duì)結(jié)果，觸發(fā)電平為1.5 V，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，當(dāng)時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x之間為光纖直連情況下，二者網(wǎng)路傳輸引起的平均誤差為59 ns。中間有五臺(tái)交換機(jī)的局域網(wǎng)相連情況下，網(wǎng)路傳輸引起的平均誤差為161 ns。由實(shí)驗(yàn)可以看到時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘之間保持了200 ns以下的時(shí)間同步精度，可以滿足對(duì)發(fā)控系統(tǒng)同步精度1 μs時(shí)的測(cè)試要求。

圖3 同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x同步性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證原理圖

圖4 時(shí)間校準(zhǔn)儀與同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x同步性能誤差分布

上述測(cè)試是在校準(zhǔn)系統(tǒng)同步誤差專用測(cè)試網(wǎng)中進(jìn)行，搭載在試驗(yàn)測(cè)試網(wǎng)時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)行程序時(shí)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和流量的影響，因此還需對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)的同步性能進(jìn)行不確定度分析。

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)量不確定度分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)抖動(dòng)引起的不確定度

引起網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)抖動(dòng)的主要原因有通訊通道的不對(duì)稱性、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及通信棧延時(shí)等[9]。

從時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差校準(zhǔn)原理可以看出，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x為計(jì)算其網(wǎng)絡(luò)延遲和時(shí)鐘偏移所進(jìn)行的四次測(cè)量都是建立在一個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，即報(bào)文的傳輸延遲在傳輸方向上是相同的。但實(shí)際中局域網(wǎng)電纜在設(shè)計(jì)時(shí)采用了很小的不對(duì)稱設(shè)計(jì)，用以減小遠(yuǎn)程末端的串?dāng)_。同時(shí)，校準(zhǔn)系統(tǒng)所基于的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用了一定量的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)也會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延遲的抖動(dòng)，雖然采用了透明時(shí)鐘方法使交換機(jī)成為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)PTP節(jié)點(diǎn)，近似網(wǎng)絡(luò)中就只存在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連結(jié)，有效降低了校準(zhǔn)系統(tǒng)各時(shí)鐘之間的延遲抖動(dòng)。但實(shí)際情況交換機(jī)仍然存在一定的網(wǎng)絡(luò)延遲的抖動(dòng)，由于線路延時(shí)主要由通信棧延時(shí)和物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)难訒r(shí)組成，當(dāng)數(shù)據(jù)在一個(gè)沒(méi)有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信時(shí)，由物理網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的線路延時(shí)一般是穩(wěn)定的，而通訊棧延時(shí)則會(huì)由于外界的影響產(chǎn)生較大的抖動(dòng)。圖5是網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)示意圖。

圖5 網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)示意圖

對(duì)于一個(gè)100 Mbps的局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，電信號(hào)在銅線或光纖里的傳播速度約為光速的2/3，理論上傳輸延時(shí)抖動(dòng)大概為50 ns，且與幀長(zhǎng)無(wú)關(guān)。通過(guò)綜合對(duì)各類網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)測(cè)試以及仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并取統(tǒng)計(jì)量中的最大值，可以得到由于通訊通道的不對(duì)稱性、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及通信棧延時(shí)所引起的不確定度小于150 ns。

3.2 時(shí)鐘的穩(wěn)定性引起的不確定度

(8)

在校準(zhǔn)系統(tǒng)中各時(shí)鐘運(yùn)行速度不同將導(dǎo)致各個(gè)站點(diǎn)時(shí)鐘在同步的時(shí)隙中，偏差呈一定的斜率變化。若一個(gè)站點(diǎn)時(shí)鐘內(nèi)晶振的頻率為f，頻率穩(wěn)定度為δ，則其實(shí)際的頻率可以表示為[10-11]：F=f±f×δ，函數(shù)f(x,y)=x-y，在點(diǎn)(x0,y0)展開并忽略高次項(xiàng)有：

(9)

Δf′是變量x和y進(jìn)行運(yùn)算后的函數(shù)f(x,y)在(x0,y0)處的誤差。

時(shí)間校準(zhǔn)儀和同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x(以下簡(jiǎn)稱為主從設(shè)備時(shí)鐘)中采用的晶體振蕩器的參數(shù)：主設(shè)備晶振頻率為fM0,頻率穩(wěn)定度為δM；從設(shè)備晶振振蕩頻率為fS0，頻率穩(wěn)定度為δS。主從設(shè)備的晶振頻率可以表示為

(10)

(11)

式(10)、式(11)代入式f(x,y)=x-y中，然后將f(x,y)、fM0、fS0、δM和δS分別代入到式(9)中的f(x,y)、x0、y0、Δx和Δy。最后得到時(shí)間校準(zhǔn)儀和同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x的兩個(gè)晶振之間的頻率誤差Δf為

(12)

當(dāng)內(nèi)部晶振選擇相同的頻率值，則有fM0=fS0=f0，可以得到：

(13)

校準(zhǔn)系統(tǒng)在各站間設(shè)備的時(shí)鐘通常由脈沖計(jì)數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)，在時(shí)間同步過(guò)程中，時(shí)間校準(zhǔn)儀時(shí)鐘是同步的基準(zhǔn)時(shí)鐘，它不需要糾正，可假設(shè)其時(shí)鐘是絕對(duì)準(zhǔn)確的，所以同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的誤差就為Δf。它們各自時(shí)鐘的計(jì)數(shù)值表示為CM(t)=fM×t和CS(t)=fS×t，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘的時(shí)間計(jì)數(shù)偏移量為：

(14)

由前面的分析可得時(shí)間校準(zhǔn)儀和同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x設(shè)備間的晶振誤差：

(15)

每一次計(jì)數(shù)，同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x需要的時(shí)間為1/f0，所以由同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x的時(shí)間計(jì)數(shù)偏移量很容易得到其內(nèi)部時(shí)鐘的時(shí)間偏移量：

(16)

假設(shè)每次同步過(guò)程的時(shí)間間隔為T0，將其帶入式(16)，就可得到各站間設(shè)備受晶振穩(wěn)定度影響產(chǎn)生的最大的時(shí)間偏移量：

(17)

本文中時(shí)間校準(zhǔn)儀的頻率穩(wěn)定度為3×10-11/s，相比較而言其對(duì)同步誤差的影響可以忽略。主要考慮端各站點(diǎn)同步精度實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)x時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度的影響，一般為0.03 ppm，則兩個(gè)站點(diǎn)上時(shí)鐘在同步周期內(nèi)(2 s)產(chǎn)生的偏差最大可到0.03×10-6×2×2=120 ns。

3.3 時(shí)統(tǒng)設(shè)備校準(zhǔn)系統(tǒng)合成不確定度

網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)抖動(dòng)引起的不確定度：

u1=150 ns

時(shí)鐘的穩(wěn)定性引起的不確定度：

u4=120 ns

合成不確定度為

4 結(jié)論

時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)校準(zhǔn)系統(tǒng)的建立克服了現(xiàn)行校準(zhǔn)方法遂行保障能力差、實(shí)時(shí)性不好的不足，可實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，并且當(dāng)時(shí)間同步出現(xiàn)偏差時(shí)可在試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理中給予修正，滿足了裝備信息化管理需要。

通過(guò)對(duì)校準(zhǔn)系統(tǒng)的不確定度分析及評(píng)定，得到校準(zhǔn)系統(tǒng)的合成不確定度為192 ns?？梢酝瓿蓪?duì)同步誤差指標(biāo)1 μs時(shí)統(tǒng)裝置的校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)方法所提供的原位校準(zhǔn)手段，既方便了周期校準(zhǔn)溯源，又可進(jìn)行試前檢測(cè)校驗(yàn)，有效提高了時(shí)統(tǒng)裝置性能參數(shù)及時(shí)間基準(zhǔn)的可靠性。

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(責(zé)任編輯 周江川)

Analysis of Real-Time Synchronization Error Calibration Method for Range Clock Synchronization Systems

YU Xue-feng, YANG Biao, ZHANG Kai-wei

(The No. 63870thTroop of PLA, Huayin 714200, China)

Deal with the question of synchronization errors calibration for that range clock synchronization systems can not be obtained in real-time when clock synchronization systems are actually working, a method based precision clock synchronization (PTP) was proposed and the uncertainties of the new real-time calibration system for clock synchronization systems synchronization error were analyzed and calculated. The experiment and analysis results show that the new method can achieve calibration for synchronization systems index 1 μs, and it can give the corrections of real time for synchronization errors. And it can meet the requirements for equipment information management.

clock synchronization system; real-time calibration; synchronization error

2016-10-08；

2016-11-29 基金項(xiàng)目：原總裝備部電子信息基礎(chǔ)部項(xiàng)目(AJZZ1132.01)

余學(xué)鋒(1963—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事兵器試驗(yàn)與裝備測(cè)試研究。

10.11809/scbgxb2017.03.005

余學(xué)鋒，楊標(biāo)，張開維.靶場(chǎng)時(shí)統(tǒng)裝置同步誤差實(shí)時(shí)校準(zhǔn)方法與分析[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(3):22-26.

format:YU Xue-feng, YANG Biao, ZHANG Kai-wei.Analysis of Real-Time Synchronization Error Calibration Method for Range Clock Synchronization Systems[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(3):22-26.

TB939;TB206.1

A

2096-2304(2017)03-0022-05