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国内首台时间比对调制解调器超国外先进水平

中国仪表网2014年06月12日 13:28人气:4449

  导读:近日,中国航天科工二院203所实现了国内首台高精度时间比对调制解调器关键技术突破和样机研制,专家指出,时间比对MODEM通过与卫星通信链路组合,不仅可用于时间频率精确量传溯源,还可用于北斗、长河等天基、陆基导航系统站间同步。
  
  近日,中国航天科工二院203所(以下简称203所)实现了国内首台高精度时间比对调制解调器(BIRMMMODEM)关键技术突破和样机研制,其最终实测技术指标,达到甚至部分超过国外先进设备水平。据悉,在完全相同的卫星链路测试环境下,该设备时间比对测量结果的标准差,与德国处于同一水平。
  
  时间比对调制解调器是卫星双向时间频率传递系统的核心设备,是实现远程实时纳秒(注:纳秒,1秒的10亿分之一)级时间同步的关键,目前国际上只有德国某公司具有类似的商业化产品。
  
  作为时间频率领域极具附加值的高科技拳头产品,时间比对调制解调器的研发背后,有哪些不为人知的管理细节?其精度、速度如何?有哪些技术优势?
  
  马拉松式的仿真测试
  
  “在时间比对调制解调器研发过程中,接收模块采样频率的选取,是决定伪码相位和时差测量精度的核心问题,要在如此宽泛的范围内,选择一个最优的采用频率,绝非易事。”这是让203所研发团队最为纠结的事。
  
  为了选择最合适的频率,设计团队需要进行大量的仿真。这是一个相对复杂的硬件系统,仿真第一步,需要把硬件翻译成软件,在软件系统上修改参数,再根据计算结果评价参数选取的优劣,反过来指导硬件设计。一次又一次,设计团队通过理论仿真发现,在这个范围内,存在几十个采样频率,都基本满足要求。到底哪个才是最优的?
  
  剩下的便是逐一测试和验证。针对每一个可能的采样频率,队员们修改信号处理程序,然后编译下载测试,再进行测试数据分析处理和评估,每一个频率的验证测试,少则两小时,多则大半天。参数分选测试是一个体力和脑力都消耗极大的过程,屏幕数据的变化,频率曲线的起伏,任何细小的节点,都逃不过他们的“火眼金睛”。一天数百次这样的实验,半个多月下来,每个人都是头晕眼花,体力透支。尽管整天面对枯燥的数字,但设计师王学运、王海峰非常谨慎。在他们的眼里,“几十个采样频率来不得半点马虎,哪怕是一点点细微的变化,都要做到清楚明白,准确无误”。因为,细节决定成败。
  
  迅速敏锐捕捉异常
  
  集成上星测试是技术攻关的最后一环。利用卫星测试试验非常繁琐,得把天线架到高高的楼顶。50公斤重的设备,由于顶层没有电梯,队员们只好齐心协力,小心翼翼地把“宝贝”抬到楼顶,进行调试。冬天室外很冷,凛冽的寒风刮在脸上,像刀割一样,然而,他们一试就是一整天。每次都要根据上一次的测试结果,改变不同的连接方式,第一轮测试完成后,设备技术指标基本满足任务书的要求,但是和理论计算值相比,还存在一定的差距,到底是哪些因素导致结果没有达到理论指标?是算法设计缺陷、硬件设计缺陷,还是电磁兼容性缺陷?抑或是其他因素?他们一起分析,逐一排查。
  
  这是一个将指标提升的过程。需要缜密的逻辑思维能力、极具针对性的实验设计与实施能力,以及敏锐的问题捕捉分析能力。新一轮马拉松式的测试分析又开始了,大量的试验无果后,在一次看似偶然的试验中,王学运发现了一个模块设计中的工艺焊接可能存在问题,重新焊接后,指标一下子飞到理论值的水平,而且多次测试都很稳定,这让他们大喜过望。
  
  指标问题解决了,可是新的问题又接踵而至。在一次长时间的连续测试过程中,时间比对数据出现周期性的数据跳变。有了之前的问题查找分析经验,整个团队这次驾轻就熟:提取原始测量数据,做可视化处理,观察数据跳变时刻、跳变周期,发散思维分析跳变产生的原因。只一天的工夫,研发团队就基本找准了跳变根源,迅速进行改进和完善,前后仅3天时间就从根本上解决了问题。
  
  建立时间同步链路仅需一两秒
  
  当今,高精度远距离时间比对技术已成为时间工作的重要组成部分。越来越多的系统,如各种雷达系统、测控系统等,由多个分布在不同位置的站(设备)组成,各站为了确保测量数据的时间一致,要求各个站(设备)之间有一个统一的时间标准。世界各国共同参考的标准时间UTC的形成,就需要分布在世界各地的时间实验室中的高精度原子钟之间进行时间比对。卫星双向时间频率传递(TWSTFT)是用通信卫星进行双向时间、频率信号传递的技术,是目前国际上精确度最高的时间频率传递方法,目前精度可达0.3~0.5纳秒,准确度可达1纳秒。
  
  时间是人类生活的四维时空中的重要一维,它与我们的生活息息相关,守时和原子钟技术发展,使人们对于时间的测量精度达到纳秒级。据介绍,与国际同类设备相比,203所自主研发的时间比对调制解调器主要优势体现在:首先是技术指标的优势。该设备采用精密伪码相位和时差测量技术,实测时间比对精度具有明显优势;其次是测量通道扩展性强,该设备采用先进的资源优化技术,可在单个接收板卡上同时实现八通道时间比对;三是建立时间比对链路的速度快,该设备采用高速并行伪码捕捉技术,建立时间同步链路仅需一两秒钟。
  
  专家指出,时间比对MODEM通过与卫星通信链路组合,不仅可用于时间频率精确量传溯源,还可用于北斗、长河等天基、陆基导航系统站间同步。通过与微波通信或光纤链路,可以使陆基雷达站、战车、舰船等系统的精确时间同步,具有广泛的应用前景和经济价值。
(本文来源:中国航天科工二院转载请注明出处
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