基于矩陣開關(guān)技術(shù)的時(shí)統(tǒng)同步模式改進(jìn)

張小龍

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有時(shí)統(tǒng)外時(shí)鐘同步信號(hào)源與接收天線不對(duì)等的問題，提出在接收鏈路中引入矩陣開關(guān)，再通過選取接收信號(hào)電平的均值和均方差值作為評(píng)價(jià)其工作性能的特征參數(shù)，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件決策程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)三臺(tái)時(shí)碼解調(diào)板信號(hào)的自動(dòng)選擇。實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了該方法具有軟件自動(dòng)配置、切換時(shí)間短、系統(tǒng)整體工作性能最優(yōu)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：時(shí)統(tǒng);同步;方差;GPS;GLONASS;北斗

1引言

縱觀本研究方向的文獻(xiàn)可知，對(duì)工作指標(biāo)的選取與衡量（通常均依賴于排序模型）仍是當(dāng)下國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者研究的重點(diǎn)。本文在大量研究并借鑒現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合了時(shí)間序列法[3]，重點(diǎn)運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)中的方差原理，構(gòu)建出基于矩陣開關(guān)技術(shù)的時(shí)統(tǒng)外時(shí)鐘同步模式工作狀態(tài)評(píng)價(jià)模型，并選取某型GPS、北斗、GLONASS時(shí)碼解調(diào)板各一臺(tái)，作為樣本進(jìn)行實(shí)測(cè)分析，結(jié)果證明了本文研究的有效性。

2矩陣開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

矩陣開關(guān)就是由一系列的電子開關(guān)組成的陣列。通過軟件控制繼電器開關(guān)的通斷，可以組成具有一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的功能或建立開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)多路輸入與輸出。對(duì)于本系統(tǒng)而言，其輸入信號(hào)有二個(gè)，輸出信號(hào)則有三個(gè)，也就是需要使用2路射頻輸入和3路射頻輸出的2×3路矩陣開關(guān)，再通過適當(dāng)?shù)能浖幊?，?shí)現(xiàn)其多種輸入輸出以及自動(dòng)切換功能。

3 基于方差的信號(hào)選擇

3.1 特征值的比較

鑒于信號(hào)質(zhì)量方面的考慮，考慮的要素重點(diǎn)有兩個(gè)：其一就是接收信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)解碼板之后，能否對(duì)時(shí)間碼進(jìn)行順利解碼，以供后續(xù)的系統(tǒng)使用，此屬于定性指標(biāo)。設(shè)解碼后信號(hào)為wi（n）=0orl，i=0，1，2.且n=0，1，2，3…為信號(hào)監(jiān)測(cè)的時(shí)間序列，其中wi（n）=0表示時(shí)碼解碼標(biāo)志位不常，而wi（n）=1表示時(shí)碼解碼標(biāo)志位正常;其二就是選擇對(duì)解碼板一級(jí)運(yùn)放之后的輸出信號(hào)幅度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并比較其平均幅值和信號(hào)的平坦度，也就是信號(hào)電平的方差值。設(shè)所監(jiān)測(cè)信號(hào)為ui（n），i=0，1，2.且n=0，1，2，3…為信號(hào)監(jiān)測(cè)的時(shí)間序列。則可得各監(jiān)測(cè)信號(hào)的數(shù)學(xué)期望值（平均幅值）為：

由于方差D衡量的是實(shí)際測(cè)量值與期望值（平均幅值）的偏離程度，因此，方差D越小，則表明該時(shí)統(tǒng)解碼板的工作狀態(tài)越優(yōu)。為了更加客觀地反映接收機(jī)的實(shí)際工作狀況，則方差D應(yīng)當(dāng)盡可能地小。

3.2 軟件選擇流程

由于輸入天線少于實(shí)際時(shí)碼解調(diào)板，因此需要在三塊解碼板之間進(jìn)行相關(guān)的邏輯判斷，以確保任一時(shí)刻，均有一塊時(shí)碼解調(diào)板處于最佳工作狀態(tài)。

在系統(tǒng)上電之后，首先設(shè)置天線1連接至0號(hào)解碼板，天線2連接至1號(hào)解碼板。此后，根據(jù)判斷兩者的時(shí)碼標(biāo)志位是否正常，若是，則繼續(xù)判斷二者的信號(hào)幅值與方差值。若是1號(hào)解碼板明顯劣于0號(hào)解碼板，則將天線2切換至2號(hào)解碼板，并且重復(fù)之前的判斷。如此，則完成一個(gè)基本判斷流程。另外，鑒于系統(tǒng)工作周期的考慮，系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)據(jù)采集周期設(shè)置為30分鐘為宜，且每隔5分鐘采集一次數(shù)據(jù)。

4 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

為了對(duì)本文所提的方案進(jìn)行驗(yàn)證，特選取某站點(diǎn)的三種時(shí)統(tǒng)解碼板，對(duì)其工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，在此基礎(chǔ)之上，通過軟件編程進(jìn)行計(jì)算取優(yōu)，最后對(duì)其實(shí)際工作狀態(tài)的方差進(jìn)行比較，得出二者之中的優(yōu)劣。二個(gè)采集周期的實(shí)測(cè)信號(hào)特征值如表1所示：

由表2可見，在計(jì)算周期1中，由于0號(hào)時(shí)碼解調(diào)板的參數(shù)明顯優(yōu)于1號(hào)時(shí)碼解調(diào)板，故在下一個(gè)周期中，軟件自動(dòng)對(duì)矩陣開關(guān)進(jìn)行了切換，讓0號(hào)與2號(hào)時(shí)統(tǒng)解碼板同時(shí)工作，而在此周期之內(nèi)，仍然是0號(hào)時(shí)碼解調(diào)板優(yōu)于2號(hào)時(shí)碼解調(diào)板，故在下一個(gè)周期，系統(tǒng)仍然會(huì)切換成0號(hào)與1號(hào)時(shí)碼解調(diào)板進(jìn)行同時(shí)工作比較。由此，可以得知，本文所述改進(jìn)方法的正確性。

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)解決了當(dāng)前時(shí)統(tǒng)解碼板與接收天線數(shù)目不匹配的優(yōu)選問題。通過在天線與時(shí)碼解調(diào)板之間接入差損較小的2×3射頻矩陣開關(guān)，同時(shí)在軟件端，對(duì)工作板的接收信號(hào)進(jìn)行定性與定量的判斷比較，進(jìn)而選出系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)最佳的時(shí)碼解調(diào)板。但是，由于所選擇比較的參數(shù)項(xiàng)目較少，在某種程度上，系統(tǒng)所選的時(shí)碼解調(diào)板可能并非最佳。這需要在后續(xù)工作中繼續(xù)觀察與改進(jìn)，但是本文所提方法仍是提供了一種參考思路。

參考文獻(xiàn)

[1] CarineB.Comparing GPS—only with GPS+GLONASS positioning in a regional permanent GNSS network[J].GPS Solut，2007，11（2）：97-1O6.