原子鐘組設(shè)備應(yīng)用于時(shí)間發(fā)播設(shè)備的故障分析*

周汝健 金立新

（1.海軍工程大學(xué)導(dǎo)航工程系 武漢 430043）（2.92678部隊(duì) 天津 300220）（3.甘肅鐵道綜合工程勘察院有限公司 蘭州 730000）

1 引言

原子鐘組的主要原理是由多臺(tái)原子鐘組成鐘組[1]，再通過(guò)高精度計(jì)數(shù)器對(duì)各原子鐘的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)數(shù)器輸出數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，挑選出性能最穩(wěn)定的一臺(tái)原子鐘作為原子鐘組的主鐘[2]，由主鐘輸出頻率信號(hào)至高性能數(shù)字鐘，通過(guò)高性能數(shù)字鐘輸出秒信號(hào)至雙向共視比對(duì)系統(tǒng)，由雙向共視比對(duì)系統(tǒng)通過(guò)解放軍衛(wèi)星定位總站溯源軍用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，通過(guò)雙向共視數(shù)據(jù)對(duì)高性能數(shù)字鐘進(jìn)行頻率調(diào)整，調(diào)整后的高性能數(shù)字鐘顯示的時(shí)間就是紙面系統(tǒng)時(shí)間[3]。而高性能數(shù)字鐘經(jīng)頻率調(diào)整后輸出的10M信號(hào)和秒信號(hào)再經(jīng)過(guò)頻率分配放大器和脈沖分配放大器放大后輸出作為原子鐘組的頻率和脈沖信號(hào)。如圖1所示。

圖1 原子鐘組設(shè)備連接圖

2 原子鐘組信號(hào)直接接入時(shí)間發(fā)播設(shè)備的方法和意義

我國(guó)羅蘭C長(zhǎng)波發(fā)射臺(tái)現(xiàn)行的設(shè)備連接方式如圖2所示[4]。

圖2 我國(guó)羅蘭C長(zhǎng)波發(fā)射臺(tái)現(xiàn)行的設(shè)備連接方式

由原子鐘輸出的10M信號(hào)接入分頻鐘，產(chǎn)生本地時(shí)間基準(zhǔn)，再接入編碼形成設(shè)備，同時(shí)，分頻鐘與北斗定時(shí)接收機(jī)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)[5]，實(shí)現(xiàn)本地時(shí)間與系統(tǒng)溯源時(shí)間基準(zhǔn)的對(duì)齊，溯源結(jié)果同樣送至在線邊編碼形成設(shè)備，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)則起著在線邊與備用邊切換的作用[6]。如本地時(shí)間和系統(tǒng)溯源時(shí)間基準(zhǔn)之間的偏差超出控制范圍，則通過(guò)調(diào)整本地分頻鐘相位的方法進(jìn)行調(diào)整。但會(huì)導(dǎo)致發(fā)播信號(hào)產(chǎn)生跳變[7]。

其中，本地分頻鐘可以通過(guò)手動(dòng)方式對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)整，但需對(duì)比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，但計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜，導(dǎo)致發(fā)播的時(shí)間信號(hào)錯(cuò)誤，且原子鐘的頻率漂移不夠穩(wěn)定，需頻繁進(jìn)行調(diào)整。而如將原子鐘組分頻鐘輸出信號(hào)接入本地分頻鐘，如圖3所示，則能改善本地分頻鐘輸入信號(hào)穩(wěn)定度[8]，降低對(duì)本地分頻鐘的相位調(diào)整次數(shù)[9]。

圖3 變更本地分頻鐘輸入信號(hào)源

3 測(cè)試中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象

在開(kāi)始測(cè)試后，系統(tǒng)工作基本正常。選取其中1個(gè)發(fā)射臺(tái)的參數(shù)分析[10]，編碼形成設(shè)備的授時(shí)發(fā)播電文顯示，本地分頻鐘和遠(yuǎn)方時(shí)間基準(zhǔn)的偏差始終保持在258ns左右，期間1ns～2ns的跳動(dòng)為設(shè)備正常的跳變[11]。如表1所示。

表1 編碼形成設(shè)備授時(shí)電文1

但是，在開(kāi)始測(cè)試40min后，系統(tǒng)工作狀態(tài)開(kāi)始發(fā)生變化，編碼形成設(shè)備的授時(shí)發(fā)播電文顯示，本地分頻鐘和遠(yuǎn)方時(shí)間基準(zhǔn)的偏差開(kāi)始大幅度漂移。如表2所示。

表2 編碼形成設(shè)備授時(shí)電文1

4 對(duì)測(cè)試故障進(jìn)行分析

經(jīng)過(guò)分析，授時(shí)發(fā)播設(shè)備分頻鐘頻率產(chǎn)生漂移的原因應(yīng)該是原子鐘組分頻鐘輸入10MHz信號(hào)的原因，將分頻鐘信號(hào)接入示波器觀察，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)該信號(hào)頻率為9.99983MHz，較標(biāo)準(zhǔn)值偏差了0.00017MHz，且波形為不規(guī)則的鋸齒波。信號(hào)上升沿和下降沿并不一致。

圖4 原子鐘組分頻鐘10M信號(hào)波形

而從原子鐘直接接入授時(shí)發(fā)播設(shè)備分頻鐘的10MHz信號(hào)則如圖5所示，信號(hào)頻率為10MHz，波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，信號(hào)上升沿和下降沿一致。

圖5 原子鐘輸出10M信號(hào)波形

5 結(jié)語(yǔ)

本次測(cè)試的故障原因是設(shè)備輸出信號(hào)不規(guī)則所致，經(jīng)與設(shè)備廠家聯(lián)系后，得知設(shè)備在設(shè)計(jì)階段未考慮分頻鐘信號(hào)直接接入其他設(shè)備使用，需經(jīng)頻率信號(hào)放大器濾波放大后使用，在對(duì)分頻鐘進(jìn)行升級(jí)改造后，該信號(hào)已可正常接入設(shè)備使用。