双铷钟热备份工作方法、系统、存储介质及电子装置与流程

1.本技术涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种双铷钟热备份工作方法、系统、存储介质及电子装置。


背景技术：

2.铷钟又被称为铷原子钟，铷频标是一种被动型原子频率，利用的是基态超精细能级之间的跃迁，一般主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成。铷钟源设备的应用主要给各种信息化系统提供标准、统一、可靠的时间和频率基准信号，是信息化装备正常工作的基本保障，因此其必须具备较高的可靠性。
3.铷钟是铷钟源设备的关键器件，现有技术中，一般采用单个铷钟源进行工作，其一直工作的较高的环境温度下，具有一定的老化周期，长时间工作后，性能会降低甚至损坏，影响到铷钟源设备的正常工作。而在单个铷钟出现性能问题时，往往无法第一时间发现或实现补救，从而影响用时用频设备的正常工作。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种双铷钟热备份工作方法、系统、存储介质及电子装置，以至少实现相关技术中在任意一个铷钟出现异常或故障时，可以及时切换到另一个铷钟工作，继续保持稳定、连续的时频信息输出，保证铷钟源的高可靠性和冗余备份性能。
5.在本技术的一个实施例中，提出了一种双铷钟热备份工作方法，所述方法包括：
6.对第一铷原子钟和第二铷原子钟的状态信息进行实时监测，当第一铷原子钟或第二铷原子钟的状态信息超出预设值范围时，输出切换信号，其中，所述第一铷原子钟和第二铷原子钟采用相同型号；
7.接收所述切换信号，锁定第一铷原子钟或第二铷原子钟为工作主钟，另一为备份从钟，对工作主钟和备份从钟进行频率同步和相位同步；
8.同步完成后，在关闭工作主钟信号输出的同时打开备份从钟的信号输出。
9.在本技术的一个实施例中，还提出了一种双铷钟热备份工作系统，所述系统包括：
10.相同型号的第一铷原子钟和第二铷原子钟，所述第一铷原子钟和第二铷原子钟分别配有第一铷钟电源和第二铷钟电源；
11.监测模块，配置为对第一铷原子钟和第二铷原子钟的状态信息进行实时监测，当第一铷原子钟或第二铷原子钟的状态信息超出预设值范围时，输出切换信号；
12.切换模块，配置为接收所述切换信号，锁定第一铷原子钟或第二铷原子钟为工作主钟，另一为备份从钟，对工作主钟和备份从钟进行频率同步和相位同步；
13.输出模块，配置为同步完成后，在关闭工作主钟信号输出的同时打开备份从钟的信号输出。
14.在本技术的一个实施例中，还提出了一种计算机可读的存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例
中的步骤。
15.在本技术的一个实施例中，还提出了一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
16.通过本技术实施例，采用双铷钟热备份的工作方式，实现铷钟源的高可靠性和冗余备份性能，通过该方式，可以在任意一个铷钟出现异常或故障时，可以及时切换到另一个铷钟工作，继续保持稳定、连续的时频信息输出，不影响用时用频设备的正常工作；对铷钟内部的温度、累计工作时间等状态信息进行监测，综合判断铷钟已超过可靠工作时间时，可以向用户进行铷钟更换提醒，并在铷钟更换后，对累计工作时间等参数进行清零、重置等处理，便于对铷钟寿命等进行准确估算；通过频率同步与相位同步极大减少两台铷钟之间的频率差，实现互为备份与无损切换。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
18.图1是本技术实施例的双铷钟热备份工作方法的移动终端的硬件结构框图；
19.图2是根据本技术实施例的双铷钟热备份工作方法的一种可选的流程示意图；
20.图3是根据本技术实施例的双铷钟热备份工作方法的一种可选的相位无损切换系统框图；
21.图4是根据本技术实施例的双铷钟热备份工作系统的一种可选的控制流程图；
22.图5是根据本技术实施例的双铷钟热备份工作系统的一种可选的切换控制电路图；
23.图6是根据本技术实施例的双铷钟热备份工作系统的一种可选的输出波形示意图；
24.图7是根据本技术实施例的双铷钟热备份工作系统的一种可选的系统结构框图。
具体实施方式
25.下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
27.本技术实施例中所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图1是本技术实施例的一种双铷钟热备份工作方法的移动终端的硬件结构框图。如图1所示，移动终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器mcu或可编程逻辑器件fpga等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，其中，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
28.存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本技术实施例中的双铷钟热备份工作方法与其应用的神经网络模型的训练方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
29.传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(network interface controller，简称为nic)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(radio frequency，简称为rf)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
30.如图2所示，本技术实施例提供了一种双铷钟热备份工作方法，包括:
31.s202，对第一铷原子钟和第二铷原子钟的状态信息进行实时监测，当第一铷原子钟或第二铷原子钟的状态信息超出预设值范围时，输出切换信号，其中，所述第一铷原子钟和第二铷原子钟采用相同型号；
32.s204，接收所述切换信号，锁定第一铷原子钟或第二铷原子钟为工作主钟，另一为备份从钟，对工作主钟和备份从钟进行频率同步和相位同步；
33.s206，同步完成后，在关闭工作主钟信号输出的同时打开备份从钟的信号输出。
34.需要说明的是，铷原子钟是一个锁频环路，输出频率可以通过调节环路中的参数进行高精度的调整。以本铷钟源设备选用的铷原子钟为例，其相对频率控制精度可达6.8
×
10-13
。所以，铷原子钟可以等同于一个具有高调节精度的数字受控振荡器(dco)。因此，可以采用如图3所示的双铷钟相位无扰切换系统框图，实现两个铷钟互为备份和无损切换。
35.双铷钟监测电路每100毫秒检测铷钟状态心跳信息，并进行综合决策，选择出当前主用铷钟。当其中某一台铷钟降质或故障时，立即平稳切换至另一铷钟工作，保障系统输出时频信号的稳定。
36.其中，在同步完成后，包括多种状态，铷钟驯服状态主要包括预热、自由震荡、跟踪、锁定、保持等。铷钟加电工作后，进入预热状态，此时工作电流较大，完成预热后会进入稳态模式；在没有外部参考源时，铷钟自由震荡并输出时频信息；当有外部参考源时，铷钟与参考源进行跟踪；在铷钟本地时频参数与外部参考跟踪在一定精度范围内时，完成锁定，此时铷钟输出的时频信息与参考源高精度同步；当外部参考源丢失后，铷钟本地转入保持模式，继续输出高精度时频信息，当一直处于保持模式时，随着时间的变化，铷钟因为老化、环境温度、震动的因素的影响，时频输出信息会逐步漂移。
37.在一实施例中，上述步骤s204可以通过以下方式实现：
38.s1，根据工作主钟和备份从钟输出的秒脉冲1pps信号的时间差x(t)随时间的变化情况来确定两者的频率差，在时刻t，主用铷钟与备用铷钟的时差为x(t)，经过时间τ后，变为x(t τ)，两台铷钟的相对频差y(t)有
[0039][0040]
s2，根据式1纠正备用铷钟的输出频率，使两台铷钟输出频率差趋于极小值，其中，x(t)由时间数字转换器tdc直接测量，两台铷钟输出频率差趋于极小值后，时差x(t)将近似不随时间变化，有x0＝0；
[0041]
s3，将备用铷钟频率调偏y0，经过等待时间t后还原，使x0趋于零，从而使两台铷钟输出信号相位趋于一致，使x0＝0的条件是x0＝y0×
t成立，实现工作主钟和备份从钟输出信号的频率同步与相位同步。
[0042]
需要说明的是，本实施例采用时差法实现两台铷钟之间输出频率差的测量，根据两台铷钟输出的1pps信号的时间差x(t)随时间的变化情况来确定两者的频率差。在时刻t，主用铷钟与备用铷钟的时差为x(t)，经过时间τ后，变为x(t τ)，两台铷钟的相对频差y(t)为上述式1所示。
[0043]
根据公式1纠正备用铷钟的输出频率，使两台铷钟输出频率差趋于极小值。其中，x(t)由时间数字转换器(tdc)直接测量。两台铷钟输出频率差趋于极小值后，时差x(t)将近似不随时间变化，设为x0。两台铷钟相位趋于一致时，x0为零。为使两台铷钟输出信号相位一致，将备用铷钟频率调偏y0，经过等待时间t后还原，即可使x0趋于零，从而使两台铷钟输出信号相位趋于一致。使x0＝0的条件是上述式2成立。这样就实现了工作主钟和备用从钟输出信号的频率与相位的同步。
[0044]
在一实施例中，上述步骤s206还包括，在丢失外部时钟信号时，进入保持阶段，保持阶段包括纠正漂移累积频差，可以通过以下方式实现：
[0045]
s1，在移相时根据当前时差选择对应的y0；
[0046]
s2，在保持阶段采用固定的小频差y0微调工作主钟和备份从钟的1pps信号的时差；
[0047]
s3，当保持阶段的维持时间超过预设时长后，按照工作主钟和备份从钟频率同步精度的要求设置最小频差修正量y0/2，对备份从钟的输出频率进行微调，使工作主钟和备份从钟的频差维持在
±
y0/2以内。
[0048]
需要说明的是，如图4所示的控制程序框图，处理漂移频差的具体方法图所示，在系统中无论是第一铷原子钟或第二铷原子钟，系统自行选定先锁定者为工作主钟，另一钟为备份从钟。报警数的设置有助于避免对累积频差的误纠。两台铷钟有锁定失效信号产生后，会触发中断服务程序，重新进行同步。
[0049]
由上述式2可知，y0越小，最终控制误差就越小，但等待时间t会越长。在移相阶段需根据当前的时差来选择不同的y0，以实现相位快速同步。两台铷钟时差达到设定的同步指标后，进入保持阶段。
[0050]
在保持阶段采用固定的小频差y0微调两台铷钟1pps信号的时差，以保持双铷钟同步。但是，铷原子钟长期运行后，由于漂移而产生的累积频差使得两台铷钟时差呈现单方向变化，按照双铷钟频率同步精度的要求设置最小频差修正量y0/2，对备份从钟的输出频率进行微调，使双铷钟频差维持在
±
y0/2以内。
[0051]
在一实施例中，上述步骤s206还包括方波切换，其中，所述方法包括：
[0052]
在切换前，对工作主钟和备份从钟的信号切换为方波，在输出端滤波，无信号输出时间间隙在滤波前保持低电平。
[0053]
需要说明的是，如图5所示，7是主钟选择信号m/s；
[0054]
8是a钟的锁定指示信号lock_a：高电平锁定，低电平失锁；
[0055]
9是b钟的锁定指示信号lock_b：高电平锁定，低电平失锁；
[0056]
10是d触发器的触发时钟选择信号clk_s；
[0057]
11是二选一开关电路。
[0058]
工作主钟和备份从钟同步以后，二选一输出开关在切换信号时，应在关闭一路信号的同时打开另一路信号输出。如果关闭时刻先于打开时刻，那么输出端会存在一个无信号输出的时间间隙。切换正弦波信号时会影响输出波形，影响以后的应用。特别是，可能出现的脉冲噪声对数字通信系统危害极大，应当极力避免。在此，采用切换方波的办法，即在切换前将两台铷钟信号转换为方波，然后在输出端滤波，间接实现正弦波的切换。无信号输出的时间间隙在滤波前表现为低电平。如图6所示，为切换输出波形示意图。
[0059]
为实现正弦波的无相位干扰切换，需实现图5所示的无方波切换效果，可以由图3所示切换电路来实现。通过clk_s的控制，总是选择从钟的方波作为d触发器的触发信号。d触发器的反转延时与触发时钟延时保证了切换控制信号与的反转(即切换)是在两钟方波均为低电平时完成的。切换控制信号(与)由lock_a、lock_b控制产生，保证了切换的及时，m/s信号仅在两钟同时锁定时选择主钟。
[0060]
在一实施例中，上述步骤s202中的状态信息，包括但不限于第一铷原子钟和第二铷原子钟的工作电压、工作电流、累计工作时长、内部实时温度。
[0061]
需要说明的是，上述状态信息的界定标准可以为系统预设值或经过训练的神经网络模型计算得到。
[0062]
a)铷钟工作电压
[0063]
通过处理器内部a/d采样电路对铷钟当前工作电压进行测量，判断工作电压是否在正常范围以内波动，铷钟正常工作电压控制在24v
±
0.5v范围以内，当低于或超出范围时，需要集合其它铷钟状态信息，进行综合判断其是否正常。
[0064]
b)铷钟工作电流
[0065]
通过处理器内部a/d、电流采样、电压转换等电路对铷钟当前工作电流进行测量，判断铷钟工作电流是否在正常波动范围以内。铷钟工作时有启动电流和稳态电流两种工作电流模式，设备从冷态开机时，铷钟处于预热过程，给铷泡进行加热，此时工作电流较大，当铷钟完成预热后，铷钟工作电流相对较小且稳定。通过结合处理器对环境温度的检测、铷钟加电工作时长的统计，可以准确判断出铷钟当前处于启动电流或稳态电流，并参考铷钟以往两种工作状态电流的正常值范围，初步判断出铷钟工作的流是否异常。
[0066]
c)铷钟累积工作时间
[0067]
通过处理器对两个铷钟加电工作时间的统计，计算出每个铷钟的累计工作时间，因为铷钟属于寿命件，有着一定的工作寿命，超过时间后，铷钟工作性能和可靠性都会下降，通过累计时间的统计和判断，可以清晰的了解铷钟当前处于“青年”、“中年”、“老年”的那个阶段，可以作为铷钟工作状态的一个判断依据，并在“老年”工作阶段，给用户进行提醒，以提前对相应铷钟进行更换，降低故障的发生。
[0068]
e)铷钟与外参考相差、频差
[0069]
当有外部参考输入时，铷钟与外部参考进行高精度同步，并保持在一定范围的相差、频差以内，通过实时测量铷钟与外部参考的相差、频差，可以及时调整铷钟工作状态。
[0070]
f)铷钟内部温度
[0071]
铷钟内部工作温度与其工作状态有较大关系，温度越接近最佳工作温度，铷钟性能越好，通过测量铷钟内部工作温度，可以了解其工作性能情况。
[0072]
g)铷钟更换和维护
[0073]
当综合判断出铷钟已超过可靠工作时间时，可以向用户进行铷钟更换提醒，并在铷钟更换后，对累计工作时间等参数进行清零、重置等处理，便于对铷钟寿命等进行准确。可靠的管理。
[0074]
根据本技术实施例的又一个方面，还提供了一种应用前述方法的双铷钟热备份工作系统，如图7所示，双铷钟热备份工作系统包括：
[0075]
相同型号的第一铷原子钟和第二铷原子钟，所述第一铷原子钟和第二铷原子钟分别配有第一铷钟电源和第二铷钟电源；
[0076]
监测模块，配置为对第一铷原子钟和第二铷原子钟的状态信息进行实时监测，当第一铷原子钟或第二铷原子钟的状态信息超出预设值范围时，输出切换信号；
[0077]
切换模块，配置为接收所述切换信号，锁定第一铷原子钟或第二铷原子钟为工作主钟，另一为备份从钟，对工作主钟和备份从钟进行频率同步和相位同步；
[0078]
同步完成后，在关闭工作主钟信号输出的同时打开备份从钟的信号输出。
[0079]
需要说明的是，如图7所示，第一铷原子钟和第二铷原子钟选用相同型号的国产高性能铷原子钟；
[0080]
监测模块，可以对两个铷钟的电源电压、工作电流、温度、心跳等信息进行实时监测，可以及时有效的发现铷钟的异常，并让切换电路进行工作；
[0081]
切换模块，可以切换电路通过实时搜集双铷钟心跳信息，综合决策、选择出当前主用铷钟，并在任意一个铷钟异常时，进行无损切换。
[0082]
第一铷原子钟和第二铷原子钟分别配有供电电源处理电路，可以给对外部输入的电源进行稳压、滤波、电流监测等处理，提高与外部电源的隔离，降低外部电源波动对铷钟工作状态的影响。
[0083]
在一实施例中，上述系统的控制模块还包括纠正漂移累积频差模块，配置为：
[0084]
在移相时根据当前时差选择对应的y0；
[0085]
在保持阶段采用固定的小频差y0微调工作主钟和备份从钟的1pps信号的时差；
[0086]
当保持阶段的维持时间超过预设时长后，按照工作主钟和备份从钟频率同步精度的要求设置最小频差修正量y0/2，对备份从钟的输出频率进行微调，使工作主钟和备份从钟的频差维持在
±
y0/2以内。
[0087]
本技术的实施例还提供了一种计算机可读的存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
[0088]
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
[0089]
s1，对第一铷原子钟和第二铷原子钟的状态信息进行实时监测，当第一铷原子钟
或第二铷原子钟的状态信息超出预设值范围时，输出切换信号，其中，所述第一铷原子钟和第二铷原子钟采用相同型号；
[0090]
s2，接收所述切换信号，锁定第一铷原子钟或第二铷原子钟为工作主钟，另一为备份从钟，对工作主钟和备份从钟进行频率同步和相位同步；
[0091]
s3，同步完成后进入保持阶段，在关闭工作主钟信号输出的同时打开备份从钟的信号输出。
[0092]
可选地，存储介质还被设置为存储用于执行上述实施例中的方法中所包括的步骤的计算机程序，本实施例中对此不再赘述。
[0093]
可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取器(random access memory，ram)、磁盘或光盘等。
[0094]
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0095]
上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
[0096]
在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0097]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0098]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0099]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0100]
以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。