[發明專利]一種基于二階數字鎖相環的時間信號性能優化方法和裝置

在審

• 申請號: 202210584176.0
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN115051703A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 朱祥維;沈丹;鄭澤昊;劉陽;歐陽明俊;郭俊彬;陳正坤;劉九龍;冉承新;孫仕海
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 陳志明

本發明公開了一種基于二階數字鎖相環的時間信號性能優化方法和裝置，包括：獲取輸入頻率源的第一單邊帶相位噪聲曲線和第一頻率穩定度曲線、以及本地晶振的第二單邊帶相位噪聲曲線和第二頻率穩定度曲線，基于第一單邊帶相位噪聲曲線和第二單邊帶相位噪聲曲線確定二階數字鎖相環的第一環路增益；根據第一環路增益、第一頻率穩定度曲線和第二頻率穩定度曲線，確定二階數字鎖相環的第一時間常數和第一比例系數；根據第一環路增益、第一時間常數和第一比例系數，對二階數字鎖相環進行調整，完成對時間信號性能的優化。本發明通過調整二階數字鎖相環的環路增益、時間常數和比例系數，使時間信號能夠兼顧兩頻率源的長期穩定度特性和短期穩定度特性。

技術領域

本發明涉及頻率源輸出信號性能優化技術領域，尤其涉及一種基于二階數字鎖相環的時間信號性能優化方法和裝置。

背景技術

隨著社會經濟與科學技術的發展，電力、通信、交通、金融等國家基礎設施均需要高精度時間基準才能支撐廣域、大系統實現精準同步。如今，衛星導航定位授時技術廣泛應用于國計民生的各行各業，北斗三號衛星導航授時技術官方授時精度達到10ns。但是，由于高精度授時的需要，我們需要獲取的時間頻率信號既要準確度高，又要穩定度高。對于授時準確度，接入授時精度較高的頻率源滿足相應要求即可；對于頻率源輸出的時間頻率信號需要兼顧長期穩定度和短期穩定度這一要求，單一頻率源則不能滿足。然而，當融合多個頻率源時，各頻率源所輸出的信號在頻率和相位上容易出現誤差。為了實現各頻率源輸出的信號在頻率和相位上的同步，目前引入了數字鎖相環(Digital Phase Locked Loop，DPLL)來駕馭本地晶振。其中，DPLL的跟蹤鎖定性能(跟蹤鎖定誤差、頻率穩定度)與其環路參數密切相關，因此，在優化頻率源輸出的時間頻率信號的性能的過程中，DPLL環路參數的選取至關重要。

現有的基于的頻率源輸出信號的性能優化方法中，通常是對DPLL的觀測噪聲方差和環路增益進行調整優化，得到最優的環路參數組合，進而實現對輸出信號性能的優化。然而，上述優化方式雖然通過利用DPLL的特性，結合輸入頻率源和本地晶振的穩定度特性，滿足了時間頻率信號需要兼顧長期穩定度和短期穩定度的要求，但是相比于原始的輸入頻率源和本地晶振，最終輸出的時間頻率信號的長期穩定度和短期穩定度仍存在較大程度的惡化。

發明內容

本發明提供了一種基于二階數字鎖相環的時間信號性能優化方法和裝置，通過根據輸入頻率源和本地晶振的單邊帶相位噪聲曲線對比，確定二階數字鎖相環的環路增益，以優化時間信號的單邊帶相位噪聲，然后在此基礎上調整時間常數和比例系數，進一步提升二階數字鎖相環的跟蹤鎖定性能，并優化被駕馭本地晶振所輸出的時間信號的長期穩定度和短期穩定度。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種基于二階數字鎖相環的時間信號性能優化方法，包括：

獲取輸入頻率源的第一單邊帶相位噪聲曲線和第一頻率穩定度曲線、以及本地晶振的第二單邊帶相位噪聲曲線和第二頻率穩定度曲線，并基于所述第一單邊帶相位噪聲曲線和所述第二單邊帶相位噪聲曲線確定二階數字鎖相環的第一環路增益；

基于預設的參數選取條件，根據所述第一環路增益、所述第一頻率穩定度曲線和所述第二頻率穩定度曲線，確定所述二階數字鎖相環的第一時間常數，并結合所述第一環路增益、所述第一時間常數、所述第一頻率穩定度曲線和所述第二頻率穩定度曲線，確定所述二階數字鎖相環的第一比例系數；

根據所述第一環路增益、所述第一時間常數和所述第一比例系數，對所述二階數字鎖相環的最終環路參數進行調整，完成對時間信號的性能的優化，其中，所述時間信號是由所述本地晶振被基于所述二階數字鎖相環的所述輸入頻率源駕馭后而輸出的。