具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明的具体实施方式进行进一步阐述。

实施例一：

本发明提供了一种时间校正系统，如图1所示，主要实现远距离的时间频率比对与传递、原子钟校准等功能。时间校正系统主要由参考端、Web服务端和客户端组成。系统利用双频多通道接收机进行共视比对，结合因特网完成时间频率的传递，完成客户端到参考端的溯源过程，达到对时间频率标准源校准的目的。GNSS时间频率传递装置，通过外接UTC(BIRM，北京无线电计量测试研究所)提供时间和频率信号，作为时间频率基准参考端。时间频率传递装置通过将产生的单站时差数据(即时差参考数据)，上传至FTP服务器存储。处于客户端PMTI(上海精密计量测试研究所)的GNSS时间频率传递装置，外接时间频率参考源(待校准)输出的时间、频率信号。驯服控制系统通过网络下载FTP服务器上保存的时差参考数据，与PMTI的GNSS时间频率传递装置生成的单站时差数据按照校准算法进行相应处理后，获取调整量，通过串口对相位微调器进行相位、频率调整，使时间频率源的时间与参考端的UTC(BIRM)时差缩短至可接受范围内，即完成驯服。按照一定的时间间隔不断会有新的时差数据产生，包括参考站与客户端的时差数据，因此，上述过程也在按照一定的周期持续进行，通过对客户端长时间的驾驭，保证其时间、频率输出的稳定性，最终PMTI利用该网络获取了BIRM的单站时差文件。

驯服控制系统如图2所示，包括时间间隔测量模块、FPGA、数模转换模块和单片机；时间间隔模块接收时差参考数据和单站时差数据，进行比对后送到FPGA，在FPGA里面完成数据接收和处理，而后单片机从FPGA获取调整量，经过数模转换模块后送到相位微调器。

驯服控制系统的硬件设计需考虑测试方案修改是否方便，故采用FPGA+单片机的方式。单片机主要实现对数据的算法处理，流程控制以及满足日后硬件扩展的需求。利用FPGA高密度、高速度和现场可编程的特点，以方便调试。整个系统包括电源模块、数据处理部分、频率控制部分和接口部分，主要采用的器件包括单片机、FPGA、D/A(数模转换模块)以及压控晶振，数模转换模块采用16位数模转换器AD5063。

驯服控制系统的电源模块如图3所示，用于给FPGA和单片机供电，FPGA选用Xinlinx 7系列FPGA，单片机采用AT89S51单片机；所述电源模块采用TPS54310芯片，TPS54310是德州仪器生产的一款开关电源调节芯片，它能够实现低电压输入和高电流输出(输入电压范围为3V-6V，输出电压根据需要可以在0.9V-3.3V之间调节，输出电流为3A)。内部有电压误差放大器，能够提高瞬态响应条件下的工作性能。可以分别从内部或外部设置慢启动方式。其良好的电压输出特性可用于处理器/逻辑复位、故障信号检测和连续电源。

在驯服控制系统的电源模块中，解耦电容C1、C3电容一端并联接地，另一端与TPS54310芯片VIN口连接；电阻R1一端与TPS54310芯片RT口连接，另一端接地，用于设置模块的开关转换频率；电感L1一端与TPS54310芯片PH口连接，另一端与电容C2连接后接地，用于对输出电压进行滤波；电容C4一端与TPS54310芯片VBIAS口连接，另一端接地；电容C6一端与TPS54310芯片SS/ENA口连接，另一端接地；电容C5接在TPS54310芯片PH口和BOOT口之间；电阻R2、R3、R5，电容C7、C8、C9组成环路补偿电路，其中电容C8与电阻R5、电容C9并联，接在TPS54310芯片VSENSE口和COMP口之间，电阻R2与电容C7、电阻R3并联，接在TPS54310芯片VSENSE口和PH口之间；电阻R4和电阻R2作为分压电阻，控制电源模块的输出电压，具体如下：

其中V_out为输出电压。

输入电压的典型值是5V，R4取3.7KΩ，R5取3.7KΩ，计算得出FPGA的I/O电源为3.3V。单片机I/O电源也可以通过这样的方式计算得出。

TPS54310芯片转换频率可以被设定为固定的350KHz或550KHz内部振荡器频率，也可以被设定为可调的280KHz-700KHz。振荡器的设定由SYNC(同步输入)和RT(频率设置寄存器输入)引脚共同决定，当SYNC引脚与RT引脚悬空时，转换频率为350KHz。当SYNC引脚悬空，而RT引脚与地之间接入68K到180K的电阻R1时，转换频率则变化为可调的280KHz-700KHz。转换频率的计算公式为：

式中：f_SW为转换频率，R1为连接在RT引脚与地之间的电阻值。将R1的电阻值设置为71.5K欧姆，则可以计算得到电源开关转换频率为700KHz。

FPGA需要两种电源，一种是内核电源(1.4V)，另一种是I/O电源(3.3V)。由于FPGA用于嵌入式系统中，因此电源电路设计不仅要考虑电压精度、稳定度和外围电路的复杂度等问题，还要考虑低功耗问题。另外，根据设计要求，为了保证芯片正常工作，在系统上电作时，对这两种电源的上电顺序还有一定的要求，如果违反该要求，可能降低器件的性能或永久损坏器件。内核电源要比I/O电源早上电，至少不能晚于I/O电源上电。在电路设计中，通过采用在两个电源之间串联二极管的方法来解决系统上电顺序的问题，电路设计如图4所示。

二极管在正向导通时会有一个管压降，在本系统中选用的是肖特基MURS120T3二极管，它的管压降是0.4V。这样，假如是I/O电源(VCC3.3)先上电，它通过五个二极管降压后得到1.3V的电压，使得内核电源的输出引脚也能达到1.3V，这样至少可以保证内核电源和I/O电源同时上电。

优选地，所述相位微调器连接有可视化系统，如图5所示，将时间校正结果通过可视化系统显示，所述可视化系统包括数据源适配系统、数据库、时时计算框架和配置信息模板，第三方数据通过数据源适配系统将数据导入到系统里的数据库，同时生成对应的数据模型；数据导入到数据库和生成数据模型后，时时计算框架根据生成的数据模型，结合配置信息模版，自动输出对应的图表信息；所述数据库为MongoDB数据库。

实施例二：

本发明还提供了一种时间校正方法，包括以下步骤：

时间频率源将待校准时间输入通过相位微调器，相位微调器处理后形成1PPS信号，并将1PPS信号输入到本地GNSS时间频率传递装置；本地GNSS时间频率传递装置将通过第一天线接收的卫星信号和1PPS信号进行比对，生成单站时差数据，并输入到驯服控制系统；

UTC装置向参考GNSS时间频率装置提供参考时间；参考GNSS时间频率传递装置将通过第二天线接收的卫星信号和参考时间进行比对，生成时差参考数据，并上传至FTP服务器进行存储；

驯服控制系统通过网络下载FTP服务器上保存的时差参考数据，与本地GNSS时间频率传递装置生成的单站时差数据进行处理后，获取调整量，通过串口对相位微调器进行相位、频率调整，使时间频率源的待校准时间与UTC装置提供的参考时间的时差测量值达到设定值，完成时间校正；

所述驯服控制系统包括时间间隔测量模块、FPGA、数模转换模块和单片机；时间间隔模块接收时差参考数据和单站时差数据，进行比对后送到FPGA，在FPGA里面完成数据接收和处理，而后单片机从FPGA获取调整量，经过数模转换模块后送到相位微调器。

驯服控制系统对时间的驯服包括包括初始化、初调、细调和锁定4个步骤，其流程如图6所示。

在单片机内主要利用程序完成流程控制，进行压控值的计算和转换，实现秒脉冲上升沿严格对准的目标。单片机从FPGA读取时差数据时，2个脉冲间隔已经控制在几百纳秒以内。利用此时差数据，可以对晶振的压控值进行调整，使得2个1PPS上升沿进一步靠近。下面介绍一下控制流程的几个主要步骤。

首先是初始化过程，即对压控值及各个参数变量进行初始赋值，使得晶振频率能够尽快调整至中心频率，即10MHz。

初始化之后进入初调过程。在FPGA内部设定1个初调判决门限，FPGA接收时差数据，当时差大于初调判决门限时，FPGA对内部计数器进行整数周期调整，使得晶振输出的秒脉冲迅速向钟源秒脉冲靠拢，实现时差数据的快速调整。由于光纤时间传递信道不同于天基信道，其抖动量一般只有几个纳秒，远远小于1个时钟周期的时间宽度，因此初调门限的设定更需从系统性能和稳定性等方面来考虑。一般初调门限设置越小则零点搜寻所需时间越短，但过小易引起在锁定状态下因个别野值而触发该门限而引起初调，因此一般设定在4个时钟周期，即400ns为宜。初调完成后即进入零点搜寻过程，通过零点搜寻，迅速改变压控值找到时差数据为零的点，进入初步锁频状态。设定这个过程的主要目的是将压差数据的变化范围进一步缩小，一般锁定在1个时钟周期宽度内，防止时差大于初调门限而再次进入初调。

初步锁频过程主要根据时差数据并利用时差数据与压控值的对应关系来改变压控值，达到频率初步锁定10MHz的目的。根据前期测试压控晶振所得到的控制模型，利用时差数据的变化量去计算得到压控值，并对晶振输出频率进行每秒调整，实现时差数据在较小的范围内抖动。由于系统噪声等影响，TIC(时间间隔测量)芯片在上报时差数据过程中会有个别不连续且相对误差较大的点，此时需要去野值，具体方法是设定标志位，并判断时差数据的变化量是否大于1个特定值，如果大于该特定值，则去除此秒时差数据并代之上一秒数据。

最后进入算法锁频过程。利用多次求平均、卡尔曼滤波等算法对时差数据进行处理，去除因光纤信道传输和机器内部噪声引起的误差，得到更趋于真实值的时差数据作为数据源。在处理时差数据时，主要利用卡尔曼滤波能实现信号实时估计的优点，从包含测量噪声以及晶振自身噪声的测量数据中得到时差变化的中长期趋势，再利用滤波后的时差值控制压控晶振。在此过程中，可以通过设定平均算法中历史数据的存储长度、时差与压控值的比例系数以及卡尔曼算法中的观测噪声协方差R和激励噪声协方差Q参数，得到不同的滤波效果，从而实现精确的频率调控。在锁定模式下，如果外部秒脉冲丢失，驯钟模块将处于失锁状态。此时锁定标志位将置低位，并且晶振压控值将按照原先设定的老化特性继续控制压控晶振。当外部参考秒脉冲恢复后，时钟驯服过程将迅速回到零点搜寻过程，并再次进入锁定过程。

实施例三：

本发明还提供了一种GNSS共视比对数据处理与分析方法，具体如下：

1)线性插值法

每天观测到的全部跟踪段时差测量值△T，用最小二乘法线性拟合计算该日UTC时00:00:00的拟合值，得到第i日零时的时差拟合值，用ΔT_i表示。若测量n天得到n个时差归算值，将n个时差序列ΔT_i按最小二乘法线性拟合，得到拟合斜率a₁(单位：ns/d)。计算公式如下：

其中，t_i为第i日时间，为n天平均时间；

为n天时差平均值；

由a₁得到两地原子钟的相对偏差为：

其中，ΔT_i为第i天的零时时差拟合值，单位ns；

为n天时差平均值；

Δf为频率偏移，f为频率标称值，τ为取样时间间隔，取τ＝86400秒。

根据n天的时差值，还可进一步得到被测原子频率标准的相对长期稳定度、漂移率等参数。

2)两天平滑

每两天的跟踪段时差测量值△T，用最小二乘法线性拟合计算第2日UTC零时的拟合值，得到第2日的时差拟合值，这样依次得到多天的UTC零时时差拟合值。再按照公式计算出相对频率准确度。这种方法能够平滑不同卫星观测带来的粗差，提高最后观测结果的精度。但因为数据平滑中应用了部分相同区域数据，因此最后的结果具有一定的相关性。

3)卡尔曼滤波

一般振荡器的输出信号可以用如下模型描述：

其中，a是初始相位，b为频率偏移，c是频率老化系数，v(t)是原子钟的噪声。在GPS时差比对数据中，含有GPS信号在传输过程中的大气噪声和其他测量噪声的影响，采用卡尔曼滤波(Kalman Filter)技术，可以滤除部分噪声，明显改善GPS信号的短期稳定性能。卡尔曼滤波方法是一种线性无偏最小方差估计方法，是解决动态跟踪问题的一种最常用而且非常有效的方法，它采用由状态方程和观测方程组成的线性随机系统的状态空间模型来描述滤波器，递推对该滤波器的状态变量作最佳估计，具有较高的鲁棒性和滤波精度。

采用卡尔曼滤波方法建模，可以只考虑a、b两个状态量建立常速运动模型，也可以考虑a、b、c三个状态量建立常加速度运动模型，或假定机动加速度的概率密度近似服从均匀分布，用输入为白噪声的一阶时间相关模型来表示而建立辛格(Singer)运动模型。针对原子钟差的运动特性，我们采用了机动加速度的非零均值和修正瑞利分布的时间相关模型即机动目标“当前”统计模型代替常规的滤波模型，设

其中，a(t)为关于时间t的加速度值，α为预设常数，为当前加速度的均值，w(t)为时间t的噪声函数，在滤波中用加速度的当前预测值代替，k为当前状态，k+1为下一状态，则得到状态方程：

其中x为状态预测值；

离散化得到离散状态方程为：

其中X(k+1)为下一状态预测值，X(k)为当前状态预测值，Φ(k+1,k)为状态转移矩阵，U(k)为输入矩阵，W(k)为噪声矩阵；

把用代替推导得到

X(k+1)＝Φ₁(k+1,k)X(k)+W(k)

其中T为输出值；

当相关常数α取小值时，系统过程噪声W(k)的协方差阵Q(k)简化为：

其中其中a_max为最大加速度，为加速度估计值。

采用“当前”统计模型建立的滤波器其实是一种实时辨识自适应滤波算法，采用修正瑞利分布来描述机动加速度的统计特性，使状态噪声协方差阵Q(k)随当前加速度偏离最大加速度(在此为漂移率)的程度而变化，从而使自适应滤波能力大大提高。滤波器以所有的时差序列为观测量，因此得到观测矩阵H(k)＝[1,0,0]，观测噪声根据经验值设定，根据线性插值方法得到的钟差、钟速、钟速率结果作为状态量初始值，对所有跟踪数据进行滤波平滑。然后再采用线性插值方法得到每天的UTC零时拟合时差，并进而得到各项参数。

实施例四：

本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如下步骤：

时间频率源将待校准时间输入通过相位微调器，相位微调器处理后形成1PPS信号，并将1PPS信号输入到本地GNSS时间频率传递装置；本地GNSS时间频率传递装置将通过第一天线接收的卫星信号和1PPS信号进行比对，生成单站时差数据，并输入到驯服控制系统；

UTC装置向参考GNSS时间频率装置提供参考时间；参考GNSS时间频率传递装置将通过第二天线接收的卫星信号和参考时间进行比对，生成时差参考数据，并上传至FTP服务器进行存储；

驯服控制系统通过网络下载FTP服务器上保存的时差参考数据，与本地GNSS时间频率传递装置生成的单站时差数据进行处理后，获取调整量，通过串口对相位微调器进行相位、频率调整，使时间频率源的待校准时间与UTC装置提供的参考时间的时差测量值达到设定值，完成时间校正；

所述驯服控制系统包括时间间隔测量模块、FPGA、数模转换模块和单片机；时间间隔模块接收时差参考数据和单站时差数据，进行比对后送到FPGA，在FPGA里面完成数据接收和处理，而后单片机从FPGA获取调整量，经过数模转换模块后送到相位微调器。

需要说明的是，上文只是对本发明进行示意性说明和阐述，本领域的技术人员应当明白，对本发明的任意修改和替换都属于本发明的保护范围。