[發(fā)明專利]探測器讀取系統(tǒng)的高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法

有效

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• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN111970077B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 段然;劉聰展;李正偉;李菂;張馨心;牛晨輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院國家天文臺
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04L7/00;G01S19/39;G01R29/08
• 代理公司: 北京云科知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 11483
• 代理人: 張飆

本發(fā)明公開了一種大規(guī)模亞毫米波探測器讀取系統(tǒng)的高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法，將GPS、頻率標準儀器和網(wǎng)絡獲取Unix時間戳三者相結(jié)合，從GPS接收器得到1?PPS信號，發(fā)送給頻率標準儀器調(diào)整脈沖，得到嚴格的脈沖上升沿；同時在FPGA上的Linux系統(tǒng)里獲取網(wǎng)絡時間，觸發(fā)板上時間戳程序，開始計時；當數(shù)據(jù)輸出時就可得到穩(wěn)定而且準確的時間戳進行打包。根據(jù)本發(fā)明的探測器讀取系統(tǒng)的高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法，可以實現(xiàn)高精度和絕對同步的系統(tǒng)時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射電天文領(lǐng)域，特別是涉及一種大規(guī)模亞毫米波探測器讀取系統(tǒng)的高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法。

背景技術(shù)

隨著射電天文學的發(fā)展，高靈敏度的大口徑射電望遠鏡成為射電觀測的重要設備。我國正在建設中的500m口徑球面射電望遠鏡(FAST)將成為世界上最大、最靈敏的單口徑射電望遠鏡，它有望在中性氫巡視、脈沖星搜索、國際VLBI網(wǎng)聯(lián)測及地外生命搜尋等重要前沿領(lǐng)域取得突破。不同于光學望遠鏡，需要鏡筒、目鏡以及物鏡，射電望遠鏡是由天線和接收系統(tǒng)組成的，天線接收面積越大，接收機的性能越好，望遠鏡的靈敏度就越高，接收機需要可靠地提取有用信息，輸出到后端，才能為天文界新的科學發(fā)現(xiàn)做出巨大的貢獻,在已有天線固定的情況下，一個高性能接收機，意味著高性能的望遠鏡，將獲取更多的新信息，提供更多的可能等待人類去發(fā)現(xiàn)和探索，接收機的指標決定著望遠鏡的指標，接收機的升級也是望遠鏡的升級，因此接收機是決定望遠鏡的重要因素之一。

許多科學目標和儀器設計需要數(shù)字化儀器之間的同步和精確的時間戳。關(guān)于接收機信號同步的方法已有較多的研究，目前最常用的方法有“相干振蕩源”法、直接同步法和間接同步法。“相干振蕩源”法指的是發(fā)送端與接收端的主振源都是由GPS產(chǎn)生的標準秒脈沖信號進行控制，所謂直接同步法指的是運用專門的同步鏈或者通信鏈傳遞信號達到信號同步。間接同步法指的是完全依靠頻率源的頻率高穩(wěn)定性和一致性維持同步。本文結(jié)合相干振蕩源和間接同步法，選用GPS和網(wǎng)絡時鐘，在GPS端校準脈沖上升沿，形成具有準確上升沿的同步時鐘信號。精確的時鐘信號的作用不僅可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的同步，還能為后續(xù)的數(shù)據(jù)打包提供可靠的時間戳，為天文數(shù)據(jù)獲取的時間提供參考，方便與望遠鏡的觀測日志對接，明確望遠鏡工作時所掃描的天區(qū)，防止丟數(shù)，亂序等現(xiàn)象，提高數(shù)據(jù)的可讀性，是對以往的數(shù)據(jù)格式的省時省力的優(yōu)化方式。

因為望遠鏡實時產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，需要較大帶寬，低抖動的傳輸接口，因此接收系統(tǒng)的信號采集和處理采用萬兆以太網(wǎng)卡實現(xiàn)，能夠達到帶寬較大，穩(wěn)定性好的要求，是一個可靠而性價比較高的選擇，目前各大望遠鏡接收系統(tǒng)均采用10Gbe以太網(wǎng)傳輸。同步對整個接收機的設計都具有重要的作用，但是檢測系統(tǒng)前后的時間是否同步，也具有重要意義，配合望遠鏡觀測模式的需要，通過界面操作，選擇脈沖星搜索模式或者中性氫掃描模式，并選擇數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控頻率范圍，獲得接收機工作最佳的配置，同時還可對比相關(guān)參數(shù)，診斷接收機工作是否正常,因此我們需要設計一個高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大規(guī)模亞毫米波探測器讀取系統(tǒng)的高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法。

根據(jù)本發(fā)明的一種大規(guī)模亞毫米波探測器讀取系統(tǒng)的高精度絕對時間和系統(tǒng)同步方法，將GPS、頻率標準儀器和網(wǎng)絡獲取Unix時間戳三者相結(jié)合，所述方法包括以下步驟：從GPS接收器得到1-PPS信號，發(fā)送給頻率標準儀器調(diào)整脈沖，得到嚴格的脈沖上升沿；同時在FPGA上的Linux系統(tǒng)里獲取網(wǎng)絡時間，觸發(fā)板上時間戳程序，開始計時；當數(shù)據(jù)輸出時就可得到穩(wěn)定而且準確的時間戳進行打包。

進一步，使用分配放大器來生成1-PPS和10MHz信號的16個副本，并將其復制到各個探測器讀取單元，使用源自GPS的1-PPS信號來確保與望遠鏡指向的時間流精確同步，并精確絕對時間，實現(xiàn)時間樣本與絕對時間基準的同步。

進一步，10MHz標準被鎖定到1-PPS信號，一個GPS產(chǎn)生的1PPS有兩個作用，通知FPGA從網(wǎng)絡上獲取Unix時間和啟動小數(shù)秒的計數(shù)器。