一種星間時差補償方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種星間時差補償方法，以現有的NCO數字相位補償系統為基礎，結合高精度的多路時鐘移相，通過對不同相位的時鐘進行合理選擇，依據星間時差測量結果，實現對星間時差進行補償；本發明專利技術還公開了一種星間時差補償系統，通過仿真和理論分析，分析影響時差補償精度的各種因素，在分析完成后，對仿真模型進行進一步的修正和改進，使之能夠與實際情況最為接近。

【技術實現步驟摘要】
一種星間時差補償方法和裝置
本專利技術涉及射頻通信以及數字信號處理領域，特別涉及一種星間時差補償方法和裝置。
技術介紹
在航天測控系統中，時差的測量和時間的同步占有非常重要的地位，無論是測量還是通信，都需要有較高精度的時間基準，測控系統中的時鐘同步特性好壞很大程度上影響通信效率、測量精度等。隨著航天測控技術的不斷發展，航天器的功能越來越強大，執行的任務越來越復雜，對時鐘同步提出了更加高的要求。將星間時差測量的結果進行補償，即可實現星間時間的同步。目前國內外采用的時差補償方法主要有三種，VCO補償法、NCO補償法和DCO補償法。VCO補償法是將時差測量的結果作為鑒相器的輸出，通過DA將相位差信號轉換為電平信號，經過環路濾波器和VCO后，得到補償后的信號。NCO補償法直接將時鐘相位差在數字域中進行補償。DCO是數控晶振的簡稱，廣泛的應用于ASIC設計中，用于產生可以人為控制頻率和相位的數字時鐘。采用DCO輸出的時鐘作為系統的工作時鐘，可以通過更改寄存器的值修改時鐘的頻率和相位，從而實現對時差的補償。本專利技術結合實際需要和客觀條件，選擇以NCO補償法為基礎，提出改良的、基于NCO補償的時差補償方法，在不大幅增加系統負擔的情況下提升時差補償的性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是以現有的NCO數字相位補償系統為基礎，結合高精度的多路時鐘移相，通過對不同相位的時鐘進行合理選擇，依據星間時差測量結果，實現對星間時差進行補償。一種星間時差補償方法，包括以下步驟：1)對原始輸出時鐘進行粗移相操作，得到多路不同相位的時鐘；2)將多路不同相位的時鐘輸入過零相位檢測器，根據過零相位檢測器的結果，選擇與真實時鐘最接近的一路時鐘作為輸出；3)對步驟2)中輸出的時鐘進行精移相操作，得到精移相后的多路不同相位的時鐘；4)對精移相后的多路不同相位的時鐘，重復步驟2)中的操作，得到最終的輸出時鐘。在進行粗移相操作時，移相的步進為1.8ns，可以將實際時鐘與目標時鐘的時差保持在900ps以內。在進行精移相操作時，移相的步進為300ps，可以將實際時鐘與目標時鐘的時差保持在150ps以內。經粗移相和精移相操作后，均得到6路不同相位的時鐘。本專利技術還提供了一種星間時差補償系統，包括：NCO時鐘產生模塊，用于產生原始輸出時鐘；第一級補償模塊，用于對原始輸出時鐘進行粗移相操作，并得到多路不同相位的時鐘；第一過零相位檢測器，用于確定第一級補償模塊的一路輸出時鐘；第二級補償模塊，用于對第一級補償模塊的一路輸出時鐘進行精移相操作，得到多路不同相位的時鐘；第二過零相位檢測器，用于確定第二級補償模塊的最后的輸出時鐘。所述的第一級補償模塊包括第一移相網絡模塊和第一多路選擇器；所述的第一移相網絡模塊，用于對原始輸出時鐘進行粗移相操作；所述的第一多路選擇器，用于根據第一過零相位檢測器的結果向第二級補償模塊進行時鐘輸出。所述第一移相網絡模塊上移相的步進為1.8ns，可以將實際時鐘與目標時鐘的時差保持在900ps以內。所述的第二級補償模塊包括第二移相網絡模塊和第二多路選擇器；所述的第二移相網絡模塊，用于對第一級補償模塊的輸出時鐘進行精移相操作；所述的第二多路選擇器，用于根據第二過零相位檢測器的結果輸出最后的輸出時鐘。所述的第二移相網絡模塊上的移相的步進為300ps。可以將實際時鐘與目標時鐘的時差保持在150ps以內。所述的第一多路選擇器和第二多路選擇器均為6選1數據選擇器，用于從6路不同相位的時鐘中選擇一路作為輸出。本專利技術首先對整個星間時差補償系統進行精確的建模，在建模過程中對模型中每個節點的時延進行精確的控制。模型建立之后，通過仿真和理論分析，分析影響時差補償精度的各種因素，包括時差測量結果的精度、時鐘移相精度、選擇器輸入路徑不等長造成的傳播相位差、處理時鐘的邊沿抖動等。在以控制變量法分析完每個因素的獨自影響后，針對多因素共同作用時，系統的補償精度惡化的倍增情況進行多變量分析，確定出影響補償精度的關鍵因素。在分析完成后，對仿真模型進行進一步的修正和改進，使之能夠與實際情況最為接近。本專利技術提出的時差補償系統為實時閉環負反饋系統，因此除了考慮時差補償的精度之外，還考慮了閉環系統中的實時性和穩定性。本專利技術在對時差補償系統模型進行優化后，進行系統的實現。系統的實現主要由軟件無線電的方式進行，在FPGA內部實現。系統實現后，在modelsim中進行仿真測試。附圖說明圖1是星間時差補償方案的框圖；圖2是星間時差補償方案各時鐘關系示意圖；圖3是星間時差補償模型示意圖；圖4是第一級補償完成后的各節點時鐘示意圖；圖5是第二級補償完成后的各節點時鐘示意圖；圖6是目標時鐘的頻譜特性示意圖；圖7是NCO產生的原始輸出時鐘頻譜特性示意圖；圖8是第一級補償后的時鐘頻譜特性示意圖；圖9是第二級補償后的時鐘頻譜特性示意圖；圖10是8.67MHz時鐘結果示意圖；圖11是15.26MHz時鐘結果示意圖；圖12是29.84MHz時鐘結果示意圖；圖13是37.72MHz時鐘結果示意圖；圖14是43.11MHz時鐘結果示意圖。具體實施方式NCO補償法由于為同步電路，輸出時鐘的上升沿與處理時鐘的上升沿對齊，并不是真正的時鐘相位過零點位置，與真正的時鐘相位過零點位置存在隨時間變化的偏差，從而導致輸出時鐘的邊沿存在抖動，影響了時鐘的特性。通過在時鐘后端接入移相網絡，產生各個相位的時鐘，然后通過過零相位檢測器的值來選擇合適的時鐘進行輸出，可以有效的降低時鐘邊沿的抖動，提高時鐘的質量。補償的方案如圖1所示星間時差補償的前半部分與NCO補償相同，先產生一個原始輸出時鐘，然后對該時鐘進行移相，得到一組不同相位的時鐘，然后由過零相位檢測器的結果選擇與真實時鐘最接近的一個時鐘相位進行輸出，從而得到邊沿抖動較小的時鐘。為了提高補償后時鐘的質量，采用兩級移相網絡的方法，第一級為粗移相網絡，移相的步進為1.8ns，可以將實際時鐘與目標時鐘的時差保持在900ps以內，第二級為精移相網絡，移相的步進為300ps，可以將實際時鐘與目標時鐘的時差保持在150ps以內。圖2為星間時差補償方案各時鐘關系示意圖。針對上節提出的時鐘補償方法進行了建模和仿真。仿真時認為環路已穩定，NCO的輸入用一個常數代替。仿真模型如圖3所示，仿真結果如圖4～圖14所示。圖3左上矩形框“Constant”內為NCO時鐘產生模塊，根據設置的頻率控制字產生對應頻率的時鐘；右上矩形框“phase_shift”和“MultiportSwitch”為第一級補償模塊，由一個移相網絡和一個多路選擇器組成；該模塊將NCO產生的時鐘進行以1.8ns為步進的移相，共產生6路不同相位的時鐘，然后根據過零檢測器的值，選擇最合適的時鐘進行輸出；頂部中間的矩形框內是兩個過零相位檢測器，通過檢測過零點之后的第一個相位值，判斷該選擇哪個移相時鐘進行輸出，兩個過零檢測器分別負責產生兩級補償模塊的時鐘選擇控制信號；右下矩形框“phase_shift1”和“MultiportSwitch1”內為第二級補償模塊，它接收第一級補償模塊的結果，并將其進行以300ps為步進的更精細的移相，產生6路不同相位的時鐘，然后根據過零檢測器的值，選擇最合適的時鐘作為最后的時鐘輸出。以110MHz系統時鐘產生40MH本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種星間時差補償方法，其特征在于，包括以下步驟：1)對原始輸出時鐘進行粗移相操作，得到多路不同相位的時鐘；2)將多路不同相位的時鐘輸入過零相位檢測器，根據過零相位檢測器的結果，選擇與真實時鐘最接近的一路時鐘作為輸出；3)對步驟2)中輸出的時鐘進行精移相操作，得到精移相后的多路不同相位的時鐘；4)對精移相后的多路不同相位的時鐘，重復步驟2)中的操作，得到最終的輸出時鐘。

【技術特征摘要】
1.一種星間時差補償方法，其特征在于，包括以下步驟：1)對原始輸出時鐘進行粗移相操作，得到多路不同相位的時鐘；在進行粗移相操作時，移相的步進為1.8ns；2)將多路不同相位的時鐘輸入過零相位檢測器，根據過零相位檢測器的結果，選擇與真實時鐘最接近的一路時鐘作為輸出；3)對步驟2)中輸出的時鐘進行精移相操作，得到精移相后的多路不同相位的時鐘；在進行精移相操作時，移相的步進為300ps；4)對精移相后的多路不同相位的時鐘，重復步驟2)中的操作，得到最終的輸出時鐘。2.如權利要求1所述的星間時差補償方法，其特征在于，經粗移相和精移相操作后，均得到6路不同相位的時鐘。3.一種星間時差補償系統，其特征在于，包括：NCO時鐘產生模塊，用于產生原始輸出時鐘；第一級補償模塊，用于對原始輸出時鐘進行粗移相操作，并得到多路不同相位的時鐘；所述的第一級補償模塊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張朝杰，婁延年，郭攀，李建宇，金仲和，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33