本发明涉及一种分布式高精度时间频率实时综合系统，属于时间频率技术领域。
背景技术：
目前的高精度时间频率输出装置，是利用原子钟的原子、分子能级差为基准信号，来校准晶体振荡器，以使其输出标准频率信号。它利用原子能级跃迁产生的信号，通过光电转化、信号处理后获得用来修正晶振的负反馈纠偏信号，使其输出稳恒振荡频率，用来精确计算时间。
由于不同的原子钟的频率稳定度和准确度均有微小偏差，此种偏差影响时间频率输出的精度。
因为上述原因,目前各地的时间频率输出装置输出的时间不能完全同步,彼此之间输出的时间具有一定的差异性。
随时科学技术的发展，高精度的时间频率信号应用领域越来越广，需要超大范围(全国)准确一致的时间频率信号，同时为保证可靠性和抗毁伤，需要多个守时原子钟组分布在各地。如何根据分布式的各个守时原子钟组，产生出全网统一协调一致的时间频率信号进行实时输出应用是非常重要急迫的问题。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过对多台原子钟频率的远程实时比对、比对结果交换、综合运用计算，进而控制晶振单元，输出全网统一、更加稳定、准确的频率和秒脉冲信号，从而完成了本发明。
一方面，本发明提供了一种分布式高精度时间频率实时综合系统，
包括至少两个高精度时间频率实时装置、通讯网和原子钟信号传递光纤。
所述高精度时间频率实时装置各自独立地处于不同的地理位置，
所述通讯网为采用光纤进行通讯的网络设备。
所述高精度时间频率实时装置包括双混频时差测量单元、数据通讯交换单元、处理单元、控制单元、晶振单元和秒脉冲比对处理生成单元。
所述高精度时间频率实时装置与原子钟(组)相连。
所述双混频时差测量单元接收原子钟(组)频率信号，并对原子钟(组)频率信号进行测量，所述原子钟(组)频率信号至少两个以上，包含本地原子钟(组)频率信号和至少一个异地原子钟(组)频率信号，
所述异地原子钟频率信号由位于其它地理位置的高精度时间频率实时装置中的原子钟(组)提供，
所述双混频时差测量单元测量晶振单元的频率信号输出，
所述数据通信交换单元接收双混频时差测量单元输出的包含相对频率偏差的本地频率相位比对数据信息，并将该本地频率相位比对数据信息通过通讯网传送到异地高精度时间频率实时装置中的数据通讯交换单元，同时接收异地高精度时间频率实时装置中数据通讯交换单元传送来的异地频率相位比对数据信息，并将本地频率相位比对数据信息和异地频率相位比对数据信息传送至处理单元，
所述控制单元通过改变晶振电压的方式对晶振单元进行调整。
所述数据通讯交换单元还获取秒脉冲比对处理生成单元生成的秒脉冲一致性比对信息，并通过通讯网将该秒脉冲一致性比对信息与异地高精度时间频率实时装置的数据通讯交换单元进行交换。
所述处理单元获取数据通讯交换单元中的频率相位比对数据信息以及异地频率相位比对数据信息，并进行综合处理，包括综合本地频率相位比对数据信息和异地频率相位比对数据信息，得到相对更为准确的相对频率偏差和相位偏差数据信息。
所述综合处理还包括综合本地原子钟(组)与异地原子钟(组)的频率稳定度和/或频率准确度，得到与晶振之间的更加稳定、准确的相对频率偏差和相位偏差。
所述秒脉冲比对处理生成单元，生成输出外部秒脉冲信号与本地秒脉冲信号一致性信息。
所述秒脉冲比对处理生成单元，对本地秒脉冲信号与异地秒脉冲信号进行一致性检查，并根据数据通信交换单元获取的秒脉冲一致性信息，得出多个粗同步秒脉冲信号位置，以此生成秒脉冲信号的参考信号，从晶振单元输出频率信号的过零点位置作为秒脉冲的上升沿，生成多个脉冲信号，从多个脉冲信号中选出与所述参考信号最接近的脉冲信号作为秒脉冲信号输出。
另一方面，本发明提供了一种分布式高精度时间频率实时综合的方法，包括以下步骤：
s1、获取本地原子钟(组)的频率信号和异地原子钟(组)的频率信号；
s2、对晶振以及本地原子钟(组)和异地原子钟(组)的频率信号进行测量；
s3、将测量结果与异地高精度时间频率实时装置通过网络进行交换；
s4、综合本地测量结果和异地测量结果，得出最优结果；
s5、对晶振进行控制，使晶振输出的正弦波信号的频率和相位准确、稳定、全网统一协调一致，
s6、以粗同步秒脉冲信号为参考，晶振输出正弦波信号的过零点位置作为秒脉冲的上升沿，生成全网统一协调一致的秒脉冲信号。
根据本发明提供的一种分布式高精度时间频率实时综合系统，具有以下有益效果：
(1)实时输出时间频率信号精确度高；
(2)实时输出时间频率信号稳定度好；
(3)系统可靠性高，装置置于不同的位置，单个装置出现异常基本不影响到全网时间频率信号的精度和稳定性；
(4)输出的时间频率信号全网统一协调一致。
附图说明
图1示出一种优选实施方式的分布式高精度时间频率实时综合系统示意图；
图2示出一种优选实施方式的高精度时间频率实时装置示意图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些示例性说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
由于不同的原子钟输出的频率会有微小偏差，有的原子钟输出频率的稳定性更好，有的原子钟输出频率的准确度更好，当综合多个原子钟，并采用合适的算法，能够得到稳定性和准确度都更为优异的输出频率，进而对晶振进行修正，从而达到使晶振输出更为精准的时间频率信号的效果。
一方面，本发明提供了一种分布式高精度时间频率实时综合系统，如图1所示，包括至少两个高精度时间频率实时装置、通讯网和原子钟信号传递光纤。
所述高精度时间频率实时装置各自独立地处于不同的地理位置。
所述原子钟信号传递光纤，用于将不同地理位置的高精度时间频率实时装置的原子钟频率信号和秒脉冲信号彼此传递交换。
所述通讯网用于将不同地理位置的高精度时间频率实时装置产生的秒脉冲一致性信息、频率差信息彼此传递交换，其可以是任何能够通讯连接的设备，优选采用光纤进行通讯的网络设备，以提高信息交换速率。
所述高精度时间频率实时装置包括双混频时差测量单元、数据通讯交换单元、处理单元、控制单元、晶振单元和秒脉冲比对处理生成单元，
所述高精度时间频率实时装置与原子钟(组)相连，如图2所示。
具体地，所述双混频时差测量单元能够接收原子钟(组)频率信号，并对原子钟(组)频率信号进行测量。
进一步地，所述原子钟(组)频率信号至少两个以上，包含本地原子钟(组)频率信号和至少一个异地原子钟(组)频率信号，以综合得出晶振单元与原子钟(组)之间更为准确的频率偏差，
根据本发明，所述异地原子钟(组)频率信号由位于其它地理位置的高精度时间频率实时装置中的原子钟(组)提供，并通过光纤传输到本地的双混频时差测量单元中。
所述原子钟(组)频率信号以正弦波的形式输入到双混频时差测量单元，双混频时差测量单元利用双混频时差测量技术，对输入的多个频率信号(正弦波相位)进行准确测量，得到多台原子钟频率信号相互之间的相位差,相位差的变化量与测量时间间隔的比值即为相对频率偏差。
所述双混频时差测量单元对原子钟频率信号进行测量时，可以选用1mhz～200mhz中的一个或多个频点进行测量,
根据本发明，测量时频点的选择由双混频时差测量单元和晶振单元的性能确定，所述双混频时差测量单元的性能是指其噪声系数的高低，所述晶振单元的性能是指晶振的频率稳定度，具体的：
当双混频时差测量单元噪声系数大时，采用低频点进行测量，以尽量减少双混频时差测量单元的噪声对分析结果的影响；
当双混频时差测量单元噪声系数小时，采用高频点进行测量，以增加对晶振的控制频率，使得晶振输出的频率信号更为精确；
当晶振单元的性能较好时，可以适当降低对其控制频率，即可以适当降低双混频时差测量单元的测量频率；
当晶振单元的性能较差时，为提高晶振输出的频率信号的精确程度，通过提高双混频时差测量单元的测量频率，以增加对晶振的控制频率。
优选采用5mhz、10mhz和/或100mhz中的一个或多个频点进行测量，确定多台原子钟之间的相位差，上述频点为国内外原子钟输出标称频率，沿用此频率能够兼容现有的原子钟设备，能够确定各原子钟之间的相位差。
进一步地，依据所述双混频时差测量单元测量的各原子钟及受控晶振之间的相位偏差，可确定受控晶振与各原子钟之间的相对频率偏差。
所述双混频时差测量单元还具有混频器和ad芯片，
所述ad芯片用于将测量的相对频率偏差，转换为数字信号，得到频率相位比对数据信息，并输出到数据采集存储单元，
进一步地，所述相对频率偏差，包括测量的多台原子钟频率信号之间的相对频率偏差和晶振单元频率信号与本地原子钟频率信号之间的相对频率偏差。
所述混频器将原子钟频率信号和晶振单元频率信号由高频混频滤波到低频，优选地，混频后的频率为100～10khz，使得数据采集存储单元能够对其进行采集，并转换成数字信号；更优选为100hz～1khz，以降低对ad芯片的采集频率要求，降低装置制造成本。
所述数据通信交换单元接收双混频时差测量单元输出的包含相对频率偏差的本地频率相位比对数据信息，并将该本地频率相位比对数据信息通过通讯网传送到异地的高精度时间频率实时装置中的数据通讯交换单元，同时接收异地高精度时间频率实时装置中数据通讯交换单元传送来的异地频率相位比对数据信息，并将本地频率相位比对数据信息和异地频率相位比对数据信息传送至处理单元，进一步地，所述数据通信交换单元还能够接收其它地理位置的高精度时间频率实时装置传送来的其双混频时差测量单元输出的包含相对频率偏差的频率相位比对数据信息。
在本发明中，所述数据通讯交换单元还能够获取秒脉冲比对处理生成单元生成的秒脉冲一致性信息，并通过通讯网将该秒脉冲一致性信息与异地高精度时间频率实时装置中的数据通讯交换单元进行交换。
根据本发明，所述处理单元，能够获取数据通讯交换单元中的频率相位比对数据信息以及异地频率相位比对数据信息，并进行综合处理，
所述综合处理包括综合处理本地频率相位比对数据信息和异地频率相位比对数据信息，得到更为精确的数字信号。
具体的，由于原子钟(组)性能存在差异，造成不同地理位置的高精度时间频率实时装置传送来的频率偏差数据信息会有一定的不同，处理单元综合不同位置的高精度时间频率实时装置测量的相对频率偏差数据信息，得到一个相对更为准确稳定的频率信号。
在本发明中，所述综合处理本地频率偏差数据信息和异地频率偏差数据信息，是将所有的频率偏差加权平均。
根据本发明，所述综合处理还包括综合本地原子钟(组)与异地原子钟(组)的频率稳定度和/或频率准确度，得到与晶振之间的更加稳定、准确的相对频率偏差和相位偏差。
所述综合本地原子钟(组)与异地原子钟(组)的频率稳定度和/或频率准确度，是指根据多原子钟之间的相对频率偏差历史数据和准确度权重进行处理，
具体地，所述准确度权重为根据各原子钟的输出信号的准确程度得出，当原子钟输出的频率与标称值偏差越小，则其准确度a越高，
且
所述稳定度权重为根据各原子钟的输出信号的稳定程度得出，当原子钟连续输出的频率相同度越高，则其稳定性σ越高，且
由于原子钟相对标称值的相对频率偏差在历史时间内的阿伦偏差，可定义为稳定度为σi,所述历史时间可以为1小时～1个月，更优选为1天～10天，则原子钟稳定度的权重为
在一个优选的实施方式中，所述处理单元通过如下公式综合多台原子钟的频率偏差：
根据准确度权重得出的频率偏差
其中φi为晶振与第i个原子钟的频率偏差当前数据，n表示原子钟的个数，i表示第i个原子钟，
根据稳定度权重得出的频率偏差
其中φi为晶振与第i个原子钟的频率偏差当前数据，n表示原子钟的个数，i表示第i个原子钟，所述当前数据是指晶振上次调整至本次调整的时间间隔的数据，时间间隔优选为1秒～100秒。
进一步地，根据综合多台原子钟的频率稳定度权重得出的频率偏差ψσ和多台原子钟的频率准确度权重得出的频率偏差ψa可以得出一个更加稳定、精确的频率偏差：优选地，通过如下公式获得最终的频率偏差：
ψz＝αψa (1-α)ψσ，其中0≤α≤1，α代表钟组准确度度比重，此频率偏差ψz作为晶振控制电压增加量使用，通过调节晶振控制电压，使ψz尽可能为0。
在一个优选的实施方式中，为了确保调节精度，在实际控制中，将晶振的频差跟踪控制转变为相位的跟踪控制，并考虑各装置中晶振输出正弦波信号的相位对齐情况，以实现晶振输出的正弦波信号相位全网统一协调一致。该调节方式是在本领域技术人员能力范围之内，具体的调节方式可以由本领域技术人员根据实际需要选择，在此不做赘述。
一般而言，α＝0.5，使得最终的频率偏差能够同时等价兼顾稳定度和准确度。
在另一个优选的实施方式中，α取值依据具体应用，根据实际需要调节准确度与稳定度的相对比重。
在本发明中，所述控制单元能够获取处理单元中的ψz和晶振单元的相对频率偏差数值，并根据数值对晶振单元进行调整，以对晶振输出的频率信号进行校正，使得其更加稳定、准确。
在本发明中，所述控制单元可以通过改变晶振电压的方式对晶振单元进行调整。
具体的，所述控制单元具有da模块，da模块的输出端连接在晶振的压控电压控制端，控制单元根据从处理单元获取的相对频率偏差数值调整da模块输出电压，使得最终频率偏差ψz尽可能为0，从而完成对晶振单元输出频率的调整。
所述秒脉冲比对处理生成单元，获取晶振单元输出的频率信号并能够生成并输出秒脉冲信号，输出的秒脉冲信号通过光纤传递给其它地理位置的高精度时间频率实时装置中的秒脉冲比对处理生成单元，
进一步地，所述秒脉冲比对处理生成单元，还能够对本地生成的秒脉冲信号与通过光纤远程得到的秒脉冲信号进行一致性检查，即比对各秒脉冲上升沿位置的偏差，偏差不超过2.5ns的认为是一致的，超过2.5ns的认为是不一致。
更进一步地，所述秒脉冲比对处理生成单元，能够将一致性检查结果传递到数据通讯交换单元，由数据通讯交换单元与其异地的高精度时间频率实时装置进行数据交换，
所述秒脉冲比对处理生成单元根据数据通讯交换单元得到的秒脉冲一致性检查结果，得出粗同步秒脉冲信号位置，以此生成秒脉冲信号的参考信号，在秒脉冲信号都一致时，很容易得出秒脉冲的参考信号，在秒脉冲信号出现不一致时，以少数服从多数的原则进行调整，例如三个秒脉冲信号中前两个一致，第三个秒脉冲信号与前两个秒脉冲信号一不致，将前两个一致的秒脉冲信号作为参考信号，调整第三个装置的秒脉冲，直到三个装置秒脉冲一致为止。
所述秒脉冲比对处理生成单元能够从晶振单元输出的频率信号的过零点位置作为秒脉冲的上升沿，生成多个脉冲信号，
进一步地，所述秒脉冲比对处理生成单元还能够从生成的多个脉冲信号中选出与参考信号最接近的一个作为秒脉冲输出信号。此信号可通过光纤输出，作为异地高精度时间频率实时装置中秒脉冲比对处理生成单元一致性检查的对比信号。
另一方面，本发明还提供了一种分布式高精度时间频率实时综合的方法，包括以下步骤：
s1、获取本地原子钟的频率信号和远程原子钟的频率信号；
s2、对晶振以及本地原子钟(组)和异地原子钟(组)的频率信号进行测量；
s3、将测量结果与异地高精度时间频率实时装置通过网络进行交换；
s4、综合本地测量结果和异地测量结果，得出最优结果；
s5、对晶振进行控制，使得晶振输出的正弦波信号的频率和相位准确、稳定、全网统一协调一致；s6、以粗同步秒脉冲信号为参考，晶振输出正弦波信号的过零点位置作为秒脉冲的上升沿，生成全网统一协调一致的秒脉冲信号。
其中，步骤s2中，还包括以下子步骤：
s21、对多台原子钟的频率测量，得到多台原子钟频率信号相互之间的相位差；
具体的，采用双混频时差测量技术进行测量。
优选地，选用选用1mhz～200mhz中的一个或多个频点进行测量，更优选采用5mhz、10mhz和/或100mhz中的一个或多个频点进行测量。
s22、对晶振的频率信号进行测量，与多台原子钟的频率进行比对，得到相对频率偏差。
在一个优选的实施方式中，在步骤s21和步骤s22中，将原子钟频率信号和晶振单元频率信号由高频混频滤波到低频，以方便采集存储。
在步骤s4中，对步骤s2中采集存储的测量结果和步骤s3中得到的测量结果进行计算，综合得到准确、稳定的频率，并将此频率与晶振输出频率对比，得到相对频率偏差。
优选地，包括以下步骤：
s41、确定最优的相对频率偏差数据信号
s42、确定多台原子钟信号准确性和/或稳定性权重；
s43、根据准确性和/或稳定性权重，以及相对频率偏差，综合得到最优频率。
s44、将最优频率与晶振输出频率对比，得到相对频率偏差。
在步骤s6中，包括以下步骤：
s61、将远程秒脉冲信号与本地秒脉冲信号进行一致性检查；
s62、通过网络获取不同位置的高精度时间频率实时装置秒脉冲一致性；
s63、确定粗同步秒脉冲信号位置，生成秒脉冲信号的参考信号；
s64、以晶振单元输出频率信号过零点作为秒脉冲的上升沿，生成多个秒脉冲信号；
s65、从多个秒脉冲信号中选出与参考信号最接近的一个作为输出信号。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
