技术领域
[0001] 本
发明涉及船用通信技术领域，尤其是一种船用分布式光纤授时系统。
背景技术
[0002] 随着我国国民经济、国防建设的发展，越来越多的行业对时间
频率的
精度提出了很高的要求。所谓时统设备就是能够为系统提供标准时频
信号的一种高精密
电子设备，它使系统内所有设备都在统一的时间基准下工作。现有船用时频装备存在种类繁多、
接口兼容性差、缺乏统一监测管理等各种问题。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有船用时频装备存在种类繁多、接口兼容性差、缺乏统一监测管理等各种问题，提供一种船用分布式光纤授时系统。
[0004] 本发明采用的技术方案如下：
[0005] 一种船用分布式光纤授时系统，包括：时频主机和若干时频分机；
[0006] 所述时频主机包括电源模
块，时频控
制模块，以及与时频
控制模块连接的断电守时模块、多参考源处理模块、时间频率生成模块、显控模块和光纤模块；
[0007] 所述时频分机包括电源模块，时频控制模块，以及与时频控制模块连接的时间频率生成模块和光纤模块；
[0008] 所述时频主机和若干时频分机通过各自的光纤模块采用两路光纤线缆连接形成一个时频级联环路；所述时频主机用于输出时频信号并通过所述时频级联环路传递给时频分机，所述时频分机恢复时频主机输出的时频信号并作为时频分机的时频参考，使得所有时频主机和时频分机的时频参考均为同源时钟。
[0009] 进一步地，所述多参考源处理模块包括依次连接的参考源输入模块、时频解析模块和参考源选择模块；
[0010] 所述参考源输入模块，用于接收多种参考源；
[0011] 所述时频解析模块，用于解析接收的多种参考源的时间信息；
[0012] 所述参考源选择模块，用于通过比较接收的多种参考源的时间信息与本地时钟的鉴相值，从接收的多种参考源中选择信号
质量最优的参考源作为当前参考源。
[0013] 进一步地，所述电源模块包括：用于连接220V交流电源的AC/DC转换模块、用于连接48V直流电源的DC/DC转换模块、电源合路模块、
电压转换模块、
备用电池和电源切换模块；所述电源模块实现对所述时频主机和时频分机中其他模块进行供电，以及对断电守时模块中的双铷钟进行外部电源供电或备用电池供电：
[0014] (1)其他模块供电：AC/DC转换模块和DC/DC转换模块的输出端连接电压转换模块，经电压转换模块转换成所述时频主机和时频分机中其他模块所需电压后进行供电；
[0015] (2)双铷钟外部电源供电：AC/DC转换模块和DC/DC转换模块的输出端经电源合路模块连接至电源切换模块；
[0016] (3)双铷钟备用电池供电：备用电池连接至电源切换模块；
[0017] 所述电源切换模块的输出端连接断电守时模块中的双铷钟，通过控制电源切换模块对断电守时模块中的双铷钟进行外部电源供电或备用电池供电。
[0018] 进一步地，所述断电守时模块包括双铷钟、鉴相器、CPU和
存储器，CPU连接至电源模块的电源切换模块；所述鉴相器对参考源1PPS和双铷钟输出的2路铷钟1PPS进行实时鉴相，并将鉴相值保存至存储器；当所述时频主机断电时，由CPU控制电源切换模块将双铷钟的外部电源供电切换至备用电池供电，同时依靠双铷钟的保持特性维持输出的参考源1PPS的
相位；当所述时频主机重新上电时，由CPU控制电源切换模块将双铷钟的备用电池供电切换至外部电源供电，同时CPU根据断电前保存至存储器的参考源1PPS和2路铷钟1PPS的鉴相值对输出的参考源1PPS的相位进行补偿。
[0019] 进一步地，所述时频控制模块包括：
[0020] 铷钟控制模块，用于对双铷钟断电守时模块中的双铷钟进行并行控制，并对双铷钟输出的2路铷钟1PPS进行调频、调相和互
锁；
[0021] 核心时间处理模块，用于以本地时钟生成一个本地时间作为核心时间，当个外部的参考源有效时，以参考源为基准实现核心时间的校准和相位调整，以及输出小数秒；
[0022] 电池管理模块，用于监测电源模块中的备用电池的
温度和电量，并在电量低于
阈值时，控制充电
电路对备用电池进行充电；
[0023] 通信模块，用于实现时频控制模块与断电守时模块、多参考源处理模块、时间频率生成模块、显控模块和光纤模块之间的数据交互。
[0024] 进一步地，所述时间频率生成模块包括：
[0025] 时间信号生成模块，用于将解析的参考源1PPS进行编码，生成1PPS+TOD、DCLSD和NTP各种时间信号；
[0026] 频率信号生成模块，用于以本地时钟作为频率参考，通过PLL与高稳晶振进行锁相，同时通过DDS频率合成技术生成各个频点的频率信号。
[0027] 进一步地，所述显控模块用于连接显示器，实现实时显示状态信息和相应的操作控制；
[0028] 实时显示状态信息包括参考源状态、时间信号、频率信号、时频主机和时频分机状态；
[0029] 相应的操作控制包括时频主机和时频分机的设备运行模式、工作参数的切换操作，并记录设备的工作日志。
[0030] 进一步地，所述光纤模块包括切换
开关，以及与切换开关连接的2个上行光接口和2个下行光接口；所述时频主机和时频分机的光纤模块之间采用两路光纤线缆并通过上行光接口和下行光接口进行对接一个时频级联环路；所述切换开关用于通过监测2个上行光接口和2个下行光接口的光接口状态实现上行光接口和下行光接口的自动切换。
[0031] 进一步地，所述光纤模块还包括光纤协议处理模块；所述光纤协议处理模块包括：
[0032] 调度数据
帧处理模块，用于当时频分机接收到时频主机下发的调度指令是属于自己需要与时频主机建立通信连接时，将上行通信链路切换至连接本机，否则上行通信链路将继续转发下级时频分机的上行数据；
[0033] 同步数据帧的处理模块，用于时频分机与时频主机之间实现时间同步，时间同步
请求帧发起方为时频分机，时频主机在收到时频分机的时间同步请求帧之后实时回复时间同步应答帧；其中，当时频分机与时频主机的上行通信链路建立之后，分机首先发送时间同步请求帧，然后才开始执行别的通信；
[0034] 通信数据帧和链路数据帧处理模块，为通信数据帧和链路数据帧提供发送通道，并内置有缓存空间，用于缓存
软件填充的帧类型、净荷数据长度以及净荷数据。
[0035] 作为优选，所述时频主机包括主时频主机和备时频主机。
[0036] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0037] 1、本发明通过时频主机和时频分机形成时频级联环路提供时频同源时钟，实现了时频设备的统一接口，并统一监测管理。
[0038] 2、本发明通过断电守时模块，保证了系统输出的参考源的相位。
[0039] 3、本发明通过光纤模块，保证了单
节点故障时系统输出不中断。
附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本发明
实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0041] 图1为本发明的船用分布式光纤授时系统的结构
框图。
[0042] 图2为本发明的多参考源处理模块的结构框图。
[0043] 图3为本发明的电源模块的结构框图。
[0044] 图4为本发明的断电守时模块的结构框图
[0045] 图5为本发明的时频控制模块的结构框图。
[0046] 图6为本发明的时间频率生成模块的结构框图。
[0047] 图7为本发明的显控模块的结构框图。
[0048] 图8为本发明的光纤模块的结构框图。
具体实施方式
[0049] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的
选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 实施例1
[0051] 如图1所示，一种船用分布式光纤授时系统，包括：时频主机和若干时频分机；其中，时频主机可以采用一台设备，为了提高系统
稳定性，本实施例的所述时频主机包括主时频主机和备时频主机，在其中一台时频时频主机故障时，可以采用另一台时频主机继续工作；
[0052] 所述时频主机包括电源模块，时频控制模块，以及与时频控制模块连接的断电守时模块、多参考源处理模块、时间频率生成模块、显控模块和光纤模块；
[0053] 所述时频分机包括电源模块，时频控制模块，以及与时频控制模块连接的时间频率生成模块和光纤模块；
[0054] 所述时频主机和若干时频分机通过各自的光纤模块采用两路光纤线缆连接形成一个时频级联环路；所述时频主机用于输出时频信号并通过所述时频级联环路传递给时频分机，所述时频分机恢复时频主机输出的时频信号并作为时频分机的时频参考，使得所有时频主机和时频分机的时频参考均为同源时钟。
[0055] 其中，时频控制模块、时间频率生成模块、光纤模块和电源模块这个模块在时频主机和时频分机中的作用是通用的。
[0056] 以下对时频主机和时频分机中的各个功能模块进行详细说明：
[0057] (1)多参考源处理模块
[0058] 如图2所示，所述多参考源处理模块包括依次连接的参考源输入模块、时频解析模块和参考源选择模块；
[0059] 所述参考源输入模块，用于接收多种参考源；其中，所述参考源输入模块接收的多种参考源包括北斗、GPS/Glonass、短波和B码(DC)中的多种参考源。
[0060] 所述时频解析模块，用于解析接收的多种参考源的时间信息；
[0061] 所述参考源选择模块，用于通过比较接收的多种参考源的时间信息与本地时钟的鉴相值，从接收的多种参考源中选择信号质量最优的参考源作为当前参考源。
[0062] (2)电源模块
[0063] 如图3所示，所述电源模块包括：用于连接220V交流电源的AC/DC转换模块、用于连接48V直流电源的DC/DC转换模块、电源合路模块、电压转换模块、备用电池和电源切换模块；所述电源模块实现对所述时频主机和时频分机中其他模块进行供电，以及对断电守时模块中的双铷钟进行外部电源供电或备用电池供电：
[0064] (1)其他模块供电：AC/DC转换模块和DC/DC转换模块的输出端连接电压转换模块，经电压转换模块转换成所述时频主机和时频分机中其他模块所需电压后进行供电；
[0065] (2)双铷钟外部电源供电：AC/DC转换模块和DC/DC转换模块的输出端经电源合路模块连接至电源切换模块；
[0066] (3)双铷钟备用电池供电：备用电池连接至电源切换模块；
[0067] 所述电源切换模块的输出端连接断电守时模块中的双铷钟，通过控制电源切换模块对断电守时模块中的双铷钟进行外部电源供电或备用电池供电。
[0068] 也就是说，通过电源模块采用交流220V和直流48V双路输入，分别经AC/DC转换模块和DC/DC转换模块转换成24V给所述时频主机和时频分机中其他模块进行供电。
[0069] 当外部交流220V、直流48V正常输入时，优先由交流220V供电；
[0070] 当交流220V失效时，切换成直流48V供电；
[0071] 当交流220V和直流48V都失效时，由备用电池给双铷钟供电。
[0072] (3)断电守时模块
[0073] 如图4所示，所述断电守时模块包括双铷钟、鉴相器、CPU和存储器，CPU连接至电源模块的电源切换模块；所述鉴相器对参考源1PPS和双铷钟输出的2路铷钟1PPS进行实时鉴相，并将鉴相值保存至存储器；
[0074] 当所述时频主机断电时(即交流220V和直流48V都失效时)，由CPU控制电源切换模块将双铷钟的外部电源供电切换至备用电池供电，同时依靠双铷钟的保持特性维持输出的参考源1PPS的相位；
[0075] 当所述时频主机重新上电时(即外部交流220V或直流48V重新正常输入时)，由CPU控制电源切换模块将双铷钟的备用电池供电切换至外部电源供电，同时CPU根据断电前保存至存储器的参考源1PPS和2路铷钟1PPS的鉴相值对输出的参考源1PPS的相位进行补偿。
[0076] 也就是说，在时频主机断电并重新上电后，其1PPS相位是一个随机值。想要获得较为准确的相位，需要重新
跟踪参考源，时间较长。通过本系统的断电守时模块，设备正常跟踪参考源时，CPU定期记录双铷钟与参考源的鉴相值(
相位差)并予以保存；时频主机断电时，通过备用电池在设备断电时给双铷钟供电，保证双铷钟供电不间断，依靠铷钟的保持特性维持1PPS的相位；时频主机重新上电后，CPU根据断电前保存的相位差对输出1PPS相位予以补偿，可以使1PPS相位快速接近参考相位，特别适合于需快速抢通等应用场合。
[0077] (4)时频控制模块
[0078] 如图5所示，所述时频控制模块包括：
[0079] 铷钟控制模块，用于对双铷钟断电守时模块中的双铷钟进行并行控制，并对双铷钟输出的2路铷钟1PPS进行调频、调相和互锁；需要说明的是，所述双铷钟是指采用两个完全相同的铷钟，由此，铷钟控制模块采用完全相同、独立的两套铷钟控制并行处理技术对双铷钟进行并行控制，通过对双铷钟输出的2路铷钟1PPS进行调频、调相和互锁，从而实现双铷钟热备份的功能，增加系统可靠性。
[0080] 核心时间处理模块，用于以本地时钟生成一个本地时间作为核心时间，当个外部的参考源有效时，以参考源为基准实现核心时间的校准和相位调整，以及输出小数秒；
[0081] 电池管理模块，用于监测电源模块中的备用电池的温度和电量，并在电量低于阈值时，控制充电电路对备用电池进行充电；其中，电量的阈值根据需求自行设定。
[0082] 通信模块，用于实现时频控制模块与断电守时模块、多参考源处理模块、时间频率生成模块、显控模块和光纤模块之间的数据交互。
[0083] (5)时间频率生成模块
[0084] 如图6所示，所述时间频率生成模块包括：
[0085] 时间信号生成模块，用于将解析的参考源1PPS进行编码，生成1PPS+TOD、DCLSD和NTP各种时间信号；
[0086] 频率信号生成模块，用于以本地时钟作为频率参考，通过PLL与高稳晶振进行锁相，同时通过DDS频率合成技术生成各个频点的频率信号。
[0087] (6)显控模块
[0088] 如图7所示，所述显控模块用于连接显示器，实现实时显示状态信息和相应的操作控制；也就是说，通过显控模块实现本系统的
人机交互。其中，
[0089] 实时显示状态信息包括参考源状态、时间信号、频率信号、时频主机和时频分机状态；
[0090] 相应的操作控制包括时频主机和时频分机的设备运行模式、工作参数的切换操作，并记录设备的工作日志。其中，记录的工作日志至少包括设备开关机、故障和操作记录。
[0091] 另外，还可配置显控模块的白天、黑夜、黄昏三种显示模式，实现分时段的适应性显示效果。
[0092] (7)光纤模块
[0093] 本系统形成的时频级联环路中，时频主机和时频分机作为时频级联环路的节点，将同步后的时频信号在光纤环路内共享传输。同时，主分机节点采用PTP时间戳交互机制，可通过PTP双向处理机制、以及时延补偿机制消除不对称性的影响，即可实现主分机节点间高精度的时间同步。
[0094] (7.1)如图8所示，所述光纤模块包括切换开关，以及与切换开关连接的2个上行光接口和2个下行光接口；所述时频主机和时频分机的光纤模块之间采用两路光纤线缆并通过上行光接口和下行光接口进行对接一个时频级联环路；所述切换开关用于通过监测2个上行光接口和2个下行光接口的光接口状态实现上行光接口和下行光接口的自动切换。
[0095] 其中，两路光纤线缆包括主用光纤和备用光纤，对应的2个上行光接口和2个下行光接口，使得系统中形成主用通信链路和备用通信链路。当主用光纤或者连接主用光纤节点下行光接口故障时，切换开关自动切换，改由备用光纤下行方向进行
信号传输；当主备用两路光纤或者连接主备用两路光纤节点下行光接口都故障时，则开关切换成由光纤上行方向进行信号传输。由此可保证系统中所有节点设备输出都不中断，提高整个系统的可靠性。一般地，上行使用1310ns
波长传输，下行使用1550nm波长进行传输。
[0096] (7.2)所述光纤模块还包括光纤协议处理模块；所述光纤协议处理模块包括：
[0097] 调度数据帧处理模块，用于当时频分机接收到时频主机下发的调度指令是属于自己需要与时频主机建立通信连接时，将上行通信链路切换至连接本机，否则上行通信链路将继续转发下级时频分机的上行数据；
[0098] 同步数据帧的处理模块，用于时频分机与时频主机之间实现时间同步，时间同步请求帧发起方为时频分机，时频主机在收到时频分机的时间同步请求帧之后实时回复时间同步应答帧；其中，当时频分机与时频主机的上行通信链路建立之后，分机首先发送时间同步请求帧，然后才开始执行别的通信；
[0099] 通信数据帧和链路数据帧处理模块，为通信数据帧和链路数据帧提供发送通道，并内置有缓存空间，用于缓存软件填充的帧类型、净荷数据长度以及净荷数据。其中，通信数据帧和链路数据帧均为软件自定义帧。
[0100] 通过上述内容可知，本发明具有的有益效果如下：
[0101] 1、本发明通过时频主机和时频分机形成时频级联环路提供时频同源时钟，实现了时频设备的统一接口，并统一监测管理。
[0102] 2、本发明通过断电守时模块，保证了系统输出的参考源的相位。
[0103] 3、本发明通过光纤模块，保证了单节点故障时系统输出不中断。
[0104] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
