Контроль атомных часов глобальной системы определения местоположения (gps) или глобальной навигационной спутниковой системы (gnss) на основе множества уровней, и/или множества пределов, и/или множества устойчивостей

Контроль атомных часов глобальной системы определения местоположения (gps) или глобальной навигационной спутниковой системы (gnss) на основе множества уровней, и/или множества пределов, и/или множества устойчивостей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится в целом к глобальным системам определения местоположения (GPS) и глобальным навигационным спутниковым системам (GNSS), а еще точнее к контролю атомных часов глобальных систем определения местоположения (GPS) или глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) с использованием анализа множества уровней, множества пределов и множества устойчивостей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Глобальная система определения местоположения (GPS) из США представляет собой такой тип глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), в которой содержится совокупность космических аппаратов (например, спутников), которые вращаются вокруг Земли, для выдачи на GPS/GNSS приемники или навигационные устройства навигационных сигналов и сигналов для определения местоположения. Общественными и правительственными организациями используются миллионы GPS/GNSS приемников или навигационных устройств, выполненных с возможностью приема и использования GPS/GNSS сигналов.

GPS/GNSS приемник рассчитывает свое положение путем точной синхронизации сигналов, отправляемых космическими аппаратами глобальной системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS). Каждый космический аппарат непрерывно передает навигационные сообщения, содержащие (1) момент времени, в который сообщение было передано, и (2) положение космического аппарата в момент передачи сообщения. Приемник анализирует навигационные сообщения, принятые минимум от четырех космических аппаратов глобальной системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS). Приемник определяет время прохождения каждого навигационного сообщения и вычисляет соответствующие расстояния до каждого космического аппарата с использованием скорости света. Зная расстояние от приемника до каждого космического аппарата и соответствующее положение каждого космического аппарата, приемник определяет свое положение в трех абсолютных пространственных координатах и в одной абсолютной временной координате.

Точная синхронизация в системах типа GPS/GNSS очень важна для высокоточного отслеживания пути и осуществления навигации. По этой причине космические аппараты системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) используют для синхронизации высокоточные атомные эталоны частоты (AFS), такие как рубидиевые атомные часы. Атомные эталоны частоты (AFS) могут проявлять различные аномалии тактового сигнала, которые могут приводить к существенным ошибкам в навигации и отслеживании перемещения посредством системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), если они остаются необнаруженными.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Иллюстративный способ, раскрытый в настоящей заявке, включает установление разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством. Способ также включает моделирование модели оцененной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством и вычисление остаточного сигнала на основании измеренной разности и модели оцененной разности. Кроме того, способ включает анализ, посредством первого датчика, остаточного сигнала во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела до индикации одного или большего количества из следующего: фазовый скачок, частотный скачок и погрешность вследствие ускорения. Кроме того, способ включает анализ, посредством второго датчика, параметра модели оцененной разности во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела отклонения до индикации отклонения.

Иллюстративное устройство, раскрытое в настоящей заявке, содержит измерительное устройство, оценочное устройство, анализирующее устройство, первый датчик и второй датчик. Измерительное устройство предназначено для измерения разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством. Оценочное устройство предназначено для моделирования оцененной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством. Анализирующее устройство предназначено для вычисления остаточного сигнала на основании измеренной разности и оцененной разности. Первый датчик предназначен для анализа остаточного сигнала во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела до индикации одного или большего количества из следующего: фазовый скачок, частотный скачок и погрешность вследствие ускорения. Второй датчик предназначен для анализа параметра оцененной разности во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела отклонения до индикации отклонения.

Другой иллюстративный способ включает установление измеренной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством и моделирование модели оцененной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством. Иллюстративный способ также включает обнаружение, посредством датчика, отклонения, если параметр модели оцененной разности превышает предел при соответствующей устойчивости, задающей количество превышений предела отклонения до индикации отклонения.

Настоящее изобретение может включать способ, который может включать установление измеренной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством, моделирование модели оцененной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством, вычисление остаточного сигнала на основании измеренной разности и модели оцененной разности, анализ, посредством первого датчика, остаточного сигнала во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела до индикации одного или большего количества из следующего: фазовый скачок, частотный скачок и погрешность вследствие ускорения, и анализ, посредством второго датчика, параметра модели оцененной разности во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела отклонения до индикации отклонения. Способ может также включать определение, посредством структуры для голосования, источника скачка или источника отклонения для улучшения технических характеристик. Параметр может представлять собой сдвиг частоты для улучшения эффективности. Контролирующее устройство может представлять собой независимые часы. Независимые часы могут представлять собой управляемый напряжением генератор или генератор с числовым управлением. Независимые часы могут представлять собой кварцевый генератор и управляемый напряжением генератор или генератор с числовым управлением. Независимые часы могут представлять собой кварцевый генератор. Контролирующее устройство может представлять собой тактовый сигнал с задержкой атомного эталона частоты (AFS). Тактовый сигнал с задержкой создается с использованием механизма задержки на основе генератора. Создаваемый тактовый сигнал с задержкой может использовать линию задержки для улучшения эффективности.

Настоящее изобретение может включать устройство, которое может содержать измерительное устройство для измерения разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством, оценочное устройство для моделирования оцененной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством, анализирующее устройство для вычисления остаточного сигнала на основании измеренной разности и оцененной разности, первый датчик для анализа остаточного сигнала во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела до индикации одного или большего количества из следующего: фазовый скачок, частотный скачок и погрешность вследствие ускорения, и второй датчик для анализа параметра оцененной разности во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела отклонения до индикации отклонения. Устройство может также содержать структуру для голосования для определения источника скачка или источника отклонения. Параметр может представлять собой сдвиг частоты. Контролирующее устройство может представлять собой независимые часы. Контролирующее устройство может представлять собой тактовый сигнал с задержкой атомного эталона частоты (AFS).

Настоящее изобретение может представлять собой способ, который может включать установление измеренной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством, моделирование модели оцененной разности между атомным эталоном частоты (AFS) и контролирующим устройством, и обнаружение, посредством датчика, отклонения, если параметр модели оцененной разности превышает предел при соответствующей устойчивости, задающей количество превышений предела отклонения до индикации отклонения. Способ может также включать анализ, посредством датчика, параметра модели оцененной разности во множестве пределов, каждый из которых имеет соответствующую устойчивость, задающую количество превышений предела отклонения до индикации отклонения. Параметр может представлять собой сдвиг частоты. Контролирующее устройство может представлять собой независимые часы. Контролирующее устройство может представлять собой тактовый сигнал с задержкой атомного эталона частоты (AFS). Каждый из этих вариантов может улучшать технические возможности и точность настоящего изобретения.

Особенности, функции и преимущества, которые были описаны, могут быть достигнуты независимо друг от друга в различных примерах или могут быть объединены еще в одних примерах, дополнительные сведения о которых можно увидеть по ссылке на приведенные далее раздел «Осуществление изобретения» и чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показана структурная схема иллюстративной системы для контроля атомных часов.

На фиг. 2 показана структурная схема второй иллюстративной системы для контроля атомных часов.

На фиг. 3 показана иллюстративная система для контроля атомных часов, имеющая подход к контролю на основе независимых часов.

На фиг. 4 показана иллюстративная система для контроля атомных часов, имеющая подход на основе задержки.

На фиг. 5 показана иллюстративная система на основе независимых часов, которая использует управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO) или кварцевый генератор с числовым управлением (NCO).

На фиг. 6 показана иллюстративная система на основе независимых часов, которая использует высококачественный кварцевый генератор (СХО) вместе с относительно недорогим управляемым напряжением кварцевым генератором (VCXO) или кварцевым генератором с числовым управлением (NCO) для формирования схемы фазовой подстройки частоты.

На фиг. 7 показана иллюстративная система на основе независимых часов, которая использует высококачественный кварцевый генератор (СХО) без применения корректировок.

На фиг. 8 показана иллюстративная высокоуровневая структура для голосования.

На фиг. 9 показана блок-схема, показывающеая иллюстративный способ реализации системы для контроля часов.

На фиг. 10 показан график исходной остаточной разности частот.

На фиг. 11 показан график исходной остаточной разности частот, содержащий корректировки на скачок.

На фиг. 12 показан график оцененного сдвига часов.

На фиг. 13 показан график оцененного сдвига часов, содержащий корректировки на скачок.

На фиг. 14 показан график остаточной разности частот.

На фиг. 15 показаны результаты отдатчика уровня 2.

На фиг. 16 показана структурная схема иллюстративной платформы для обработки данных, выполненной с возможностью выполнения машиночитаемых инструкций для реализации инструкций по фиг. 9.

Там, где это уместно, одни и те же ссылочные номера будут использованы на чертеже или на всех чертежах и в разделе «Осуществление изобретения» для обращения к одним и тем же или схожим частям.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В глобальных системах определения местоположения (GPS) и глобальных навигационных спутниковых системах (GNSS) применяются атомные эталоны частоты (AFS), такие как рубидиевые атомные часы, для поддержания точной синхронизации. Атомные эталоны частоты (AFS), такие как рубидиевые атомные часы, подвержены различным аномалиям, включающим скачки частоты, скачки фаз, скачки в значении частоты и ненормальные отклонения частоты. Не обнаруженные и не обработанные надлежащим образом такие аномалии, как указанные выше, могут вызывать существенные погрешности при определении конечным пользователем своего положения, скорости и времени.

Контроль, обнаружение и реагирование на аномалии тактового сигнала могут быть выполнены в приемнике конечного пользователя системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), в наземном управляющем сегменте глобальной системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) или в космическом аппарате системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) (например спутнике) с различными техническими характеристиками, связанными с каждым местом.

Иллюстративные способы и устройство, раскрытые в настоящей заявке, обеспечивают возможность контроля, обнаружения и реагирования на аномалии тактового сигнала атомных часов системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) на борту космического аппарата. Бортовой контроль часов обеспечивает наиболее эффективное время выдачи сигнала тревоги, доступность и бесперебойность услуг. При идентификации аномалий тактового сигнала на борту, где генерируются тактовые сигналы, аномалии могут быть быстро обнаружены, и могут быть переданы незамедлительно сигналы тревоги. В некоторых примерах аномалии тактового сигнала могут быть откорректированы до передачи ошибочных сигналов от космического аппарата, что предотвращает передачу ложной информации и, таким образом, улучшает доступность и/или бесперебойность услуг.

Иллюстративные способы и устройство, раскрытые в настоящей заявке, содержат различные контролирующие структуры для контроля часов. В некоторых примерах существующие компоненты используют для выполнения контроля часов без необходимости в дополнительном аппаратном обеспечении. Например, существующий генератор, такой как кварцевый генератор (СХО), управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO) и/или кварцевый генератор с числовым управлением (NCO), может быть использован для выполнения контроля часов в соответствии с описанными в настоящей заявке примерами. В некоторых примерах компоненты, такие как вышеуказанные, включены в систему для выполнения различных функций, таких как преобразование с повышением частоты. Дополнительные возможности могут быть реализованы с минимальными дополнительными издержками путем использования существующих компонентов для выполнения контроля часов.

Первая иллюстративная контролирующая структура для контроля часов контролирует атомный эталон частоты (AFS) путем сравнения фазового и/или частотного сигнала атомного эталона частоты (AFS) с фазой и/или частотой других часов, таких как кварцевый генератор (СХО). Вторая иллюстративная контролирующая структура для контроля часов контролирует атомный эталон частоты (AFS) путем сравнения изменения фазы и/или изменения частоты сигнала атомного эталона частоты (AFS) за фиксированный интервал задержки. Каждая из первой и второй иллюстративных контролирующих структур для контроля часов содержит множество вариантов реализации на различных уровнях технических характеристик и стоимости.

Раскрытые иллюстративные способы и устройство используют инновационные технологии анализа для обеспечения возможностей всестороннего контроля атомных часов, которые выходят за рамки возможностей известных систем. На высоком уровне эти технологии содержат многоуровневое обнаружение, включая анализ множества пределов и множества устойчивостей для каждого уровня обнаружения.

Многоуровневое обнаружение обеспечивает обнаружение датчиками аномалий конкретных типов на различных уровнях. Примеры содержат датчик уровня 1 и датчик уровня 2. Датчик уровня 1 быстро обнаруживает большие аномалии, а датчик уровня 2 обнаруживает небольшие аномалии за более длительный период времени. На каждом уровне обнаружения анализ множества пределов и множества устойчивостей включает предварительно определенные пределы, основанные на измерительных значениях, с требованиями к устойчивости, связанными с каждым пределом. Устойчивость относится к количеству раз, когда измерение при конретном пределе обязательно должно быть реализовано (например, количество раз, когда результат измерения соответствует или превышает предел) до обнаружения или индикации аномалии.

Во время работы большие и явные аномалии быстро обнаруживаются и сообщаются или корректируются путем использования больших пределов с меньшей устойчивостью, что обеспечивает обнаружение и корректировку аномалий до того, как система станет засоренной. Кроме того, меньшие и менее явные аномалии обнаруживаются за более длительный период времени путем использования более узких пределов с большей устойчивостью, что обеспечивает обнаружение небольших аномалий с одновременным предотвращением ложных предупредительных сигналов, возникающих, например, из-за шума.

После обнаружения таких аномалий оценивают воздействие соответствующих аномалий на погрешность измерения удаленности пользователя (URE), что может обеспечить основу для оперативных решений и предупреждения конечного пользователя. В некоторых примерах предупреждения и прогнозы воздействия включены в навигационные сообщения. В других примерах аномалии (например, скачки или отклонения) корректируют на борту для поддержания точных технических характеристик без компрометирования доступности системы.

В отличие от известных способов корректировки аномалий тактового сигнала атомных часов, раскрытые иллюстративные способы и устройство выполнены с возможностью достижения высокоэффективного контроля атомных часов системы определения местоположения (GPS) или глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) при низкой стоимости с одновременной минимизацией вероятности ложных сигналов тревоги и утраченных результатов обнаружения. Высокоэффективный контроль часов содержит, например, возможность обнаружения очень незначительных аномальных событий (например, скачков частоты, составляющих менее 10^-12 секунд/секунду).

На фиг. 1 показана структурная схема иллюстративной системы 100 для контроля атомных часов. Система 100 содержит иллюстративный узел 102 контроля атомного эталона частоты (AFS), измерительное устройство 104, датчик 106 уровня 1, накопитель 108 поправок на скачок, оценочное устройство 110 и датчик 112 уровня 2.

Узел 102 контроля атомного эталона частоты (AFS) показанного примера содержит атомный эталон частоты (AFS) 114 и контролирующее устройство 116. Несмотря на то, что показано в виде узла, атомный эталон частоты (AFS) 114 и контролирующее устройство 116 могут быть реализованы в виде выполненных за одно целое устройств или могут представлять собой отдельные устройства. В некоторых примерах атомный эталон частоты (AFS) 114 представляет собой рубидиевые часы, а контролирующее устройство 116 представляет собой кварцевый генератор (СХО). В других примерах контролирующее устройство 116 представляет собой управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO), кварцевый генератор с числовым управлением (NCO) или сочетание из одного или большего количества кварцевых генераторов (СХО), управляемых напряжением кварцевых генераторов (VCXO) и/или кварцевых генераторов с числовым управлением (NCO). Атомный эталон частоты (AFS) 114 создает сигнал 118 атомного эталона частоты (AFS), а контролирующее устройство 116 создает сигнал 120 контролирующего устройства.

В данном примере сигнал 118 атомного эталона частоты (AFS) и сигнал 120 контролирующего устройства принимаются измерительным устройством 104. Измерительное устройство 104 может представлять собой измерительное устройство для измерения фазы и/или измерительное устройство для измерения частоты, которое измеряет разность(и) фаз и/или частот между сигналом 118 атомного эталона частоты (AFS) и сигналом 120 контролирующего устройства. Измерительное устройство 104 выдает измеренную разность(и) 122 фаз и/или частот между сигналом 118 атомного эталона частоты (AFS) и сигналом 120 контролирующего устройства.

Анализирующее устройство 124 принимает измеренную разность(и) 122 фаз и/или частот от измерительного устройства 104, оцененную разность(и) 126 фаз и/или частот от оценочного устройства 110 и накопленные корректировки 128 на скачок от накопителя 108 поправок на скачок. Анализирующее устройство 124 вычитает оцененную разность(и) 126 фаз и/или частот и накопленные корректировки 128 на скачок из измеренной разности(ей) 122 фаз и/или частот для вычисления остаточной разности(ей) 130 фаз и/или частот.

Датчик 106 уровня 1 показанного примера сравнивает остаточную разность(и) 130 фаз и/или частот с пределом для обнаружения и коррекции скачков с использованием техник анализа множества пределов и множества устойчивостей, как описано выше. Например, меньшие пределы могут требовать меньшей устойчивости (например, количество раз, когда измерение при конкретном пределе обязательно должно быть реализовано до обнаружения или индикации аномалии) для надлежащей идентификации скачков с одновременным предотвращением ложных распознаваний сигнала из-за шума. Остаточная разность фаз может быть использована для обнаружения фазовых скачков (например, датчик фазы уровня 1). В примере фазовый скачок обнаружен, если остаточная разность фаз выше предварительно определенного предела (например, рТН) при устойчивости предварительно определенного количества (например, nP) итераций. В дополнительном примере частотный скачок обнаружен, если остаточная разность частот находится выше предварительно определенного предела (например, rTH) при устойчивости предварительно определенного количества (например, nR) итераций. В некоторых примерах после обнаружения скачка, датчик 106 уровня 1 вычисляет корректировку 132 на скачок. Накопитель 108 поправок на скачок накапливает корректировки 132 на скачок и выдает накопленные корректировки 128 на скачок на анализирующее устройство 124. Кроме того, датчик 106 уровня 1 выдает индикатор 134 неисправности для индикации фазового скачка или частотного скачка. В некоторых примерах, в которых неиправности не кооректируются автоматическим образом, индикатор 134 неисправности может быть включен в навигационные сообщения для выдачи на приемники предупредительного сигнала о неисправностях в тактовом сигнале или для удаления навигационных сигналов для защиты пользователей от аномальных событий. В некоторых примерах датчик 106 уровня 1 дополнительно вычисляет откорректированную остаточную разность(и) 136 фаз и/или частот для вновь обнаруженных скачков путем удаления части остаточной разности(ей) 130 фаз и/или частот, внесенной накопленными скачками 128.

Оценочное устройство 110 показанного примера моделирует оцененную разность(и) 126 фаз и/или частот между сигналом 118 атомного эталона частоты (AFS) и сигналом 120 контролирующего устройства. В некоторых примерах оценочное устройство 110 содержит фильтр Кальмана или фильтр с постоянным коэффициентом усиления. Конкретные параметры математической модели, используемой оценочным устройством 110, подробно описаны далее. Оценочное устройство 110 принимает откорректированную остаточную разность(и) 130 фаз и/или частот от датчика 106 уровня 1, которую он использует для обновления своей модели. Оцененную разность(и) фаз и/или частот 126 выдают на анализирующее устройство 124. Оценочное устройство 110 также выдает параметр 138, связанный с его моделью оцененной разности(ей) 126 фаз и/или частот, на датчик 112 уровня 2. В примере параметр 138 представляет собой оцененный сдвиг частоты.

Датчик 112 уровня 2 принимает параметр 138 (например, оцененный сдвиг частоты), который анализируют для обнаружения более медленного, более незаметного аномального отклонения. В примере аномалию уровня 2 обнаруживают, если изменение в оценке смещения частоты за интервал времени (например, dt) выше предварительно определенного предела (drTH) при устойчивости предварительно определенного количества (например, nDR) итераций. Кроме того, датчик 112 уровня 2 выдает индикатор 140 неисправности для указания на анормальное отклонение параметра 138 (например, оцененного смещения частоты). В некоторых примерах, в которых неиправности не корректируются автоматически, индикатор 140 неисправности может быть включен в навигационные сообщения для выдачи на приемники предупредительного сигнала о неисправностях в тактовом сигнале или о других действиях, включая удаление навигационного сигнала, например может быть принят для защиты пользователя от аномального сигнала или аномальных сигналов.

На фиг. 2 показана структурная схема еще одной иллюстративной системы 200 для контроля атомных часов. Система 200 представляет собой альтернативную конфигурацию системы 100 по фиг. 1. Система 200 по фиг. 2 иллюстрирует конфигурацию аппаратного обеспечения с обратной связью, причем система 100 по фиг. 1 использует конфигурацию программного обеспечения с обратной связью.

Система 200 по фиг. 2 содержит иллюстративный узел 202 контроля атомного эталона частоты (AFS), измерительное устройство 204, датчик 206 уровня 1 и накопитель 208 поправок на скачок, оценочное устройство 210 и датчик 212 уровня 2.

Узел 202 контроля атомного эталона частоты (AFS) содержит атомный эталон частоты (AFS) 214 и контролирующее устройство 216. В некоторых примерах атомный эталон частоты (AFS) 214 представляет собой рубидиевые часы, контролирующее устройство 216 представляет собой кварцевый генератор (СХО). В других примерах контролирующее устройство 216 представляет собой управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO), кварцевый генератор с числовым управлением (NCO) или сочетание из одного или большего количества кварцевых генераторов (СХО), управляемых напряжением кварцевых генераторов (VCXO) и/или кварцевых генераторов с числовым управлением (NCO). Атомный эталон частоты (AFS) 214 создает сигнал 218 атомного эталона частоты (AFS).

Узел 202 контроля атомного эталона частоты (AFS) показанного примера принимает оцененную разность(и) 220 фаз и/или частот от оценочного устройства 210. Данная конфигурация отлична от конфигурации системы 100 по фиг. 1, в которой оцененная разность(и) 126 фаз и/или частот принимается анализирующим устройством 124. Контролирующее устройство 216 из узла 202 контролирующих устройств для контроля атомного эталона частоты (AFS) принимает оцененную разность(и) 220 фаз и/или частот. Контролирующее устройство 216 создает отслеженный сигнал 222 атомного эталона частоты (AFS) на основании оцененной разности(ей) 220 фаз и/или частот.

Измерительное устройство 204 принимает сигнал 218 атомного эталона частоты (AFS), отслеженный сигнал 222 атомного эталона частоты (AFS) и накопленные корректировки 224 на скачок. Измерительное устройство 204 может представлять собой измерительное устройство для измерения фазы и/или измерительное устройство для измерения частоты, которое измеряет разности между сигналом 218 атомного эталона частоты (AFS) и отслеженным сигналом 222 атомного эталона частоты (AFS), включая накопленные корректировки 224 на скачок в отношении фазы и/или частоты. Результат данного измерения представляет собой остаточную разность(и) 226 фаз и/или частот.

Остальная структура системы 200 по фиг. 2 схожа с структурой системы 100 по фиг. 1. Таким образом, система 200 по фиг. 2 иллюстрирует альтернативную конфигурацию системы 100 по фиг. 1, которая использует аппаратную управляющую систему с обратной связью в отличие от программной управляющей системы с обратной связью для достижения таких же или схожих функциональных возможностей.

На фиг. 3 и 4 показаны иллюстративные конфигурации узла 102 и 202 контроля атомного эталона частоты (AFS) по фиг. 1 и 2, которые обеспечивают различные подходы к контролю часов. На фиг. 3 показан контроль часов с использованием конфигурации 300 на основе задержки, а на фиг. 4 показан контроль часов с использованием контролирующей конфигурации 400 на основе независимых часов.

Каждая из конфигурации на основе независимых часов и конфигурации на основе задержки выполнена с возможностью обнаружения и коррекции фазового скачка, возможностью обнаружения и коррекции частотного скачка сверх предварительно определенного предела и с возможностью проверки оцененного смещения частоты с течением времени вопреки ожиданиям. Однако некоторые конфигурации лучше подходят для конкретных применений. Например, различные конфигурации 300 на основе задержки и контролирующие конфигурации 400 на основе часов характеризуются различными техническими характеристиками в отношении краткосрочной и долгосрочной стабильности, издержек и возможности замены аппаратного обеспечения, возможности использовать существующее аппаратное обеспечения, а также в отношении механизмов погрешностей и/или неисправностей аппаратного обеспечения (например, необходимы ли схемы голосования).

На фиг. 3 показан контроль часов с использованием конфигурации 300 на основе задержки. Конфигурация 300 на основе задержки содержит иллюстративный узел 302 контроля атомного эталона частоты (AFS), содержащий атомный эталон частоты (AFS) 304 (например, рубидиевые часы) и задержанный сигнал 306 атомного эталона частоты (AFS) 304. По существу, данная конфигурация облегчает сравнение изменения фазы и частоты часов за период задержки в зависимости от задержки, которые по существу функционируют в виде краткосрочных часов. Разность фаз и частот, компенсированная известными значениями (например, значением задержки), используют для обнаружения неисправностей. Разность фаз является по существу проверкой частоты. Скачки фазы возникают в виде скачкообразных всплесков, а скачки частоты возникают в виде ступеней.

В некоторых примерах фильтр Кальмана или фильтр с постоянным коэффициентом усиления используют для оценки смещения частоты атомного эталона частоты (AFS) по отношению к точности задержки и/или погрешности атомного эталона частоты (AFS) вследствие ускорения по отношению к точности задержки. В некоторых примерах стабильность задержки может быть определена количественно, что обеспечивает возможность улучшения точности оцененного смещения частоты атомного эталона частоты (AFS).

Различные конфигурации могут быть использованы для подхода на основе задержки по фиг. 3. Первая конфигурация использует механизм задержки на основе генератора. Вторая конфигурация содержит линию задержки.

На фиг. 4 показан контроль часов с использованием контролирующей конфигурации 400 на основе независимых часов. Контролирующая конфигурация 400 на основе независимых часов содержит иллюстративный узел 402 контроля атомного эталона частоты (AFS), содержащий атомный эталон частоты (AFS) 404, такой как рубидиевые часы, и независимые часы 406, такие как кварцевый генератор (СХО). В других примерах независимые часы 406 представляет собой управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO), кварцевый генератор с числовым управлением (NCO) или сочетание из одного или большего количества кварцевых генераторов (СХО), управляемых напряжением кварцевых генераторов (VCXO) и/или кварцевых генераторов с числовым управлением (NCO).

Различные конфигурации могут быть использованы для подхода на основе независимых часов по фиг. 4, таких как часы, которые показаны и описаны согласно фиг. 5-7.

На фиг. 5 показана иллюстративная система 500 на основе независимых часов, которая использует управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO) или кварцевый генератор с числовым управлением (NCO). В данной конфигурации с управляемым напряжением кварцевым генератором (VCXO) или кварцевым генератором с числовым управлением (NCO) существующие часы или структура генерирования сигналов могут быть использованы для выполнения обнаружения неисправностей, изолирования неисправностей и реагирования на неисправности. Данная конфигурация обеспечивает экономию затрат по сравнению с альтернативными конфигурациями путем использования существующих компонентов.

Иллюстративная система 500 содержит атомный эталон частоты (AFS) 502, измерительное устройство 501 для измерения фазы и/или частоты, датчик и оценочное устройство 506, независимые часы 508 и накопитель 510 поправок на скачок. Атомный эталон частоты (AFS) 502 создает сигнал 512 атомного эталона частоты (AFS), который принимается измерительным устройством 504 для измерения фазы и/или частоты. Измерительное устройство 504 для измерения фазы и/или частоты также принимает скорректированный отслеженный сигнал 514 атомного эталона частоты (AFS) от независимых часов 508 и накопленные корректировки 516 на скачок от накопителя 510 поправок на скачок.

Датчик и оценочное устройство 506 моделирует оцененную разность(и) фаз и/или частот между атомным эталоном частоты (AFS) 502 и независимыми часами 508. Датчик и оценочное устройство 506 принимает остаточную разность(и) 518 фаз и/или частот от измерительного устройства 504 для измерения фазы и/или частоты, которую он использует для обновления своей модели. Датчик и оценочное устройство 506 выдает оцененную разность(и) 520 фаз и/или частот на независимые часы 508. Датчик и оценочное устройство 506 обнаруживает фазовые и/или частотные скачки на основании остаточной разности(ей) 518 фаз и/или частот, принятой от измерительного устройства 504 для измерения фазы и/или частоты. Обнаруженные фазовые и/или частотные скачки 522 выдают на накопитель 510 поправок на скачок.

Независимые часы 508 создают тактовый сигнал, который отслеживает тактовый сигнал 512 отомного эталона частоты (AFS). Независимые часы 508 затем регулируют свой тактовый сигнал (например, отслеженный сигнал атомного эталона частоты (AFS)) на основании оцененной разности(ей) 520 фаз и/или частот, принятой от датчика и оценочного устройства 506). Таким образом, независимые часы 508 выдают скорректированный отслеженный сигнал 514 атомного эталона частоты (AFS) на измерительное устройство 504 для измерения фазы и/или частоты.

Измерительное устройство 504 принимает сигнал 512 атомного эталона частоты (AFS), скорректированный отслеженный сигнал 514 атомного эталона частоты (AFS) и накопленные корректировки 516 на скачок. Измерительное устройство 504 может представлять собой измерительное устройство для измерения фазы и/или измерительное устройство для измерения частоты, которое измеряет разность между сигналом 512 атомного эталона частоты (AFS) и скорректированным отслеженным сигналом 514 атомного эталона частоты (AFS), включая накопленные корректировки 516 на скачок, в отношении фазы и/или частоты. Результат данного измерения представляет собой остаточную разность(и) 518 фаз и/или частот. На фиг. 6 показана иллюстративная система 600 на основе независимых часов, которая использует высококачественный кварцевый генератор (СХО) вместе с относительно недорогим управляемым напряжением кварцевым генератором (VCXO) или кварцевым генератором с числовым управлением (NCO) для формирования схемы фазовой подстройки частоты. Иллюстративная система 600 содержит атомный эталон частоты (AFS) 602, кварцевый генератор (СХО) 604, который функционирует в качестве независимых часов, измерительное устройство 606 для измерения фазы и/или частоты, датчик и оценочное устройство 608 и схему 610 фазовой подстройки частоты. Схема 610 фазовой подстройки частоты содержит измерительное устройство 612 для измерения фазы и/или измерительное устройство 612 для измерения частоты, фильтр 614 (например, фильтр Кальмана или фильтр с постоянным коэффициентом усиления) и управляемый напряжением кварцевый генератор (VCXO) или кварцевый генератор с числовым управлением (NCO) 616.

Аналогично вышеописанным системам, датчик и оценочное устройство 608 выд