一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置

本发明涉及时间信息处理，特别是涉及一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置。

背景技术：

1、随着通信网络、电力系统、轨道交通、工业自动化、数据中心、金融交易以及航空航天等领域对时间同步精度和授时连续性的要求不断提高，高可靠授时装置已成为时间同步系统的重要组成部分。目前，授时装置通常采用全球卫星导航系统（global navigationsatellite system，gnss）作为标准时间源，并结合恒温晶体振荡器（ocxo）、实时时钟（realtime clock，rtc）等本地时间源，为各类设备提供统一、准确的时间信息。

2、为了提高授时系统的可靠性，现有授时装置普遍采用多时间源冗余设计。当主时间源发生异常或失效时，通过切换至备用时间源维持授时功能，从而提高系统的可用性。目前，多时间源授时系统通常采用固定优先级切换、主备切换或基于单一状态检测的切换方式，例如依据gnss锁定状态、秒脉冲输出状态、时间报文有效性等信息判断时间源是否可用，并据此完成时间源切换。

3、然而，上述时间源管理方式主要依赖于固定优先级或单一状态判断，缺乏对多个时间源运行状态、时间信号有效性及信号质量的综合评价能力。当多个时间源同时存在性能波动、信号质量下降或不同程度异常时，现有技术难以全面反映各时间源的实际可靠程度，容易出现时间源选择不合理、频繁切换或继续采用可靠性较低时间源的情况，从而影响授时系统的连续性、稳定性及可靠性。

4、此外，随着授时系统应用场景不断扩展，时间源类型逐渐由单一gnss扩展到gnss、本地高稳晶振、rtc以及网络时间源等多种异构时间源。由于不同时间源在工作方式、稳定性、精度及失效模式等方面存在差异，现有技术缺乏一种能够对不同类型时间源进行统一可靠性评价的技术机制，也缺乏基于统一评价结果对多个时间源进行动态管理的方法，难以充分发挥多时间源冗余配置的优势。

5、因此，现有技术仍需一种能够对多个时间源进行统一可靠性评价，并基于评价结果实现时间源动态选择和切换的授时装置，以提高复杂应用环境下授时系统的可靠性、连续性和稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，实现多个时间源的动态选择与自动切换，提高授时系统的可靠性、连续性及稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，包括：

4、多个时间源模块，用于提供不同来源和精度的时间源；

5、时间源可靠性决策模块，包括时间源可靠性评价模块和时源切换单元；用于根据时间源可靠性评价模块输出的可靠性评价结果，由优至劣建立并动态更新候选时间源排序表，将候选时间源排序表作为时间源可靠性决策模型，并根据时间源可靠性决策模型确定当前授时时间源；在当前授时时间源不满足预设可靠性条件时，自动选择候选时间源排序表中排序最优的时间源；

6、其中，时间源可靠性评价模块用于执行统一的时间源可靠性评价机制：综合获取各时间源的运行状态、时间信号有效性及时间信号质量参数，生成对应各时间源的可靠性评价结果；

7、时源切换单元在当前授时时间源不满足预设可靠性条件时，自动选择候选时间源排序表中排序最优的时间源；

8、主控模块，与时间源可靠性决策模块连接，用于依据当前授时时间源生成并输出授时时间。

9、优选的，时间源可靠性评价机制对时间信号有效性的检测包括对秒脉冲信号进行到达窗口检测，以及对时间报文的校验和、字段合法性、定位有效标志及可见卫星数量进行校验；

10、时间源可靠性评价机制对时间信号质量的检测包括以高稳时钟为基准测量相邻秒脉冲间隔的偏差与离散程度以评估抖动，以及通过多时间源相互计数比对以评估频率偏差。

11、优选的，时间源可靠性评价模块生成的可靠性评价结果包括可靠性等级、可靠性评分及可靠性优先级中的一种或多种组合。

12、优选的，多个时间源模块至少包括：

13、gnss导航模块，用于提供标准时间基准的gnss导航时间源；

14、恒温晶振模块，用于提供高稳定度时间基准的恒温晶振时间源；

15、rtc晶振模块，用于在外部时间源不可用时提供低功耗本地时间基准的rtc时间源；

16、网络授时模块，通过ntp或ptp协议获取网络时间源；所有时间源均输入并参与时间源可靠性评价机制。

17、优选的，gnss导航时间源与恒温晶振时间源分别由相互独立的隔离电源单元供电；

18、gnss导航时间源与恒温晶振时间源输出的时间信号经由光信号隔离模块传输至主控模块及时间源可靠性评价模块。

19、优选的，时间源可靠性决策模块在切换时间源时采用滞回区间策略，即设定不同的判劣门限与恢复门限；当高优先级时间源从失效或劣化状态恢复时，保持有效状态达到预设的确认时长后，切换回该高优先级时间源；

20、在切换过程中，主控模块以受限速率对本地时间进行渐进牵引，确保输出时间连续且无阶跃跳变。

21、优选的，主控模块内置互差表决机制；当多个时间源同时处于有效状态时，主控模块比较各时间源输出时刻的相互偏差，将偏差超出预设阈值的异常时间源剔除出候选队列，再基于剩余时间源的可靠性评价结果进行选择。

22、优选的，该装置还包括晶振驯服单元，设置于主控模块内；晶振驯服单元以gnss导航时间源输出的标准时间信号为参考，通过数字锁相环对恒温晶振时间源进行频率校准；

23、在gnss导航时间源失锁时，晶振驯服单元保持最近一次的压控量，并依据预存的恒温晶振老化速率与温度敏感系数模型对压控量进行外推修正，以维持恒温晶振时间源的守时精度。

24、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

25、（1）本发明提出了一种时间源可靠性评价机制，实现了对多个异构时间源的统一可靠性评价，为时间源管理提供了统一的评价依据，有效克服了现有技术依赖固定优先级或单一状态检测进行时间源切换的不足；本发明基于时间源可靠性评价结果构建时间源可靠性决策模型，实现多个时间源的动态选择与自动切换，当时间源性能下降或发生异常时能够快速完成时间源切换，提高授时系统的连续性和可靠性。

26、（2）本发明通过采用gnss导航时间源、恒温晶振时间源、rtc时间源及网络时间源等多种时间源构建多源冗余授时体系，提高了复杂应用环境下授时系统的容错能力和可用性；通过独立隔离供电及光隔离设计，有效降低电源噪声和电磁干扰对时间信号质量的影响，提高了时间源可靠性评价结果的准确性及授时系统的稳定性。本发明能够广泛应用于电力系统、通信网络、轨道交通、工业控制、数据中心、金融交易、航空航天、北斗高精度授时以及其他对时间同步可靠性要求较高的应用场景，具有良好的工程应用价值和推广前景。

1.一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述时间源可靠性评价机制对时间信号有效性的检测包括对秒脉冲信号进行到达窗口检测，以及对时间报文的校验和、字段合法性、定位有效标志及可见卫星数量进行校验；

3.根据权利要求1所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述时间源可靠性评价模块生成的可靠性评价结果包括可靠性等级、可靠性评分及可靠性优先级中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述多个时间源模块至少包括：

5.根据权利要求4所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述gnss导航时间源与恒温晶振时间源分别由相互独立的隔离电源单元供电；

6.根据权利要求1所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述时间源可靠性决策模块在切换时间源时采用滞回区间策略，即设定不同的判劣门限与恢复门限；当高优先级时间源从失效或劣化状态恢复时，保持有效状态达到预设的确认时长后，切换回该高优先级时间源；

7.根据权利要求1所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述主控模块内置互差表决机制；当多个时间源同时处于有效状态时，所述主控模块比较各时间源输出时刻的相互偏差，将偏差超出预设阈值的异常时间源剔除出候选队列，再基于剩余时间源的可靠性评价结果进行选择。

8.根据权利要求1所述的一种采用时间源可靠性评价机制的授时装置，其特征在于，所述装置还包括晶振驯服单元，设置于所述主控模块内；所述晶振驯服单元以gnss导航时间源输出的标准时间信号为参考，通过数字锁相环对恒温晶振时间源进行频率校准；