[发明专利]守时系统主备主钟无缝切换系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于时间频率技术领域，尤其是用于守时系统主钟时间频率信号的驾驭与 保持，为精密时间用户提供连续、一致的高精度时间频率信号。

背景技术

精密时间是国家重要的战略资源，精密时间/频率信号在战略武器实验、星箭发射、 导航定位等现代国防、国民经济建设，以及科技领域得到越来越广泛的应用，而守时 系统的建立与保持是时间工作的基础与核心。

守时系统通常由具有一定规模的钟组建立和维持，而其实时的标准时间频率物理 信号由主钟系统提供。主钟系统由主钟和相位微调仪组成，通过相位微调仪对主钟的 输出信号进行驾驭，提供实时的、高精度的时间频率信号。传统上，对主钟进行频率 驾驭的参考是守时系统的时间尺度，具有一定的滞后性，因此对于主钟信号异常的判 断也会有所延迟；当主钟出现异常情况，通过手动切换的方式更换一台主钟，传统方 法对于关注标准时间频率信号准确度和中长期稳定度的守时要求几乎没有影响。然而 随着科学技术的发展，日益众多的行业对守时系统提供的时间/频率信号提出了越来越 高的要求，尤其是现代高技术领域和国防建设，如卫星导航定位(GNSS)系统、现代 军事通信系统、航空航天系统等，主钟系统必须保持高精度实时输出信号的连续性和 一致性，传统的方法由于其滞后性，已经不能满足新的需求。

主钟信号保持的关键是建立与主钟联系更加紧密的备份主钟系统，在主钟异常时 可以迅速替代。美国海军天文台(USNO)为保证GPS的用时安全，在内部建立 UTC(USNOMC#1)和UTC(USNOMC#2)互为备份，还在位于科罗拉多州的施里弗空 军基建立异地备份系统USNOAMC。GALILEO导航系统的主钟系统是由一主一备两 台氢钟HM1和HM2组成的。GLONASS导航系统的守时系统也有类似的设计。以 GALILEO的主钟系统为例，备份主钟系统与主钟系统之间实时同步，检测主钟故障， 并通过切换开关切换，从而达到主钟信号保持效果，具体方法未在公开资料中批露， 无法获得直接的可行性方案。

为了满足空间技术研究等多个行业对守时系统时间频率信号的连续性和一致性需 求，需要设计主钟的信号保持系统，此系统的运行融入守时系统的时间尺度算法和频 率驾驭技术，实现守时系统的主钟时间频率信号的保持功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种守时系统主备主钟无缝切换系统，建 立与主钟实时同步的备份主钟系统，实时检测主钟的运行状态，在主钟故障时切换到 备钟，经过无缝切换单元保证高精度的时间频率信号的连续输出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种守时系统主备主钟无缝切换系 统，包括主用主钟、备份主钟、主用主钟相位微调仪、备份主钟相位微调仪、比相仪、 第三方原子钟、工控机及无缝切换单元。

所述的主用主钟的输出通过主用主钟相位微调仪调整，输出稳定的5/10MHz频率 信号和1PPS秒信号；无缝切换单元通过数字锁相环，将压控振荡器锁定在主用主钟 相位微调仪的5/10MHz频率信号上，并且将压控振荡器的5/10MHz频率信号作为最 终输出；无缝切换单元直接输出主用主钟相位微调仪的1PPS秒信号；

所述的备份主钟的输出通过备用主钟相位微调仪调整，输出稳定的5/10MHz频率 信号和1PPS秒信号；主用主钟相位微调仪输出的频率信号、备份主钟相位微调仪输 出的频率信号和第三方原子钟输出的频率信号均接入比相仪，进行实时比对，得到主 备钟差、主用主钟与第三方原子钟钟差、备份主钟与第三方原子钟钟差，判断主用主 钟是否发生故障；

所述的工控机根据主备钟差计算备份主钟相位微调仪的驾驭量，调整备份主钟相 位微调仪的频率，输出与主用主钟同步的5/10MHz频率信号和1PPS秒信号；

如果主用主钟发生故障，工控机发生切换指令到无缝切换单元，将压控振荡器锁 定在备份主钟相位微调仪的5/10MHz频率信号上，并且将压控振荡器的5/10MHz频 率信号作为频率的最终输出；无缝切换单元直接输出备份主钟相位微调仪的1PPS秒 信号。

本发明还提供一种守时系统主备主钟无缝切换方法，包括以下步骤：