原子钟组设备应用于时间发播设备的故障分析*

周汝健 金立新

（1.海军工程大学导航工程系 武汉 430043）（2.92678部队 天津 300220）（3.甘肃铁道综合工程勘察院有限公司 兰州 730000）

1 引言

原子钟组的主要原理是由多台原子钟组成钟组[1]，再通过高精度计数器对各原子钟的信号进行比对，计数器输出数据至计算机，通过软件对数据进行比对，挑选出性能最稳定的一台原子钟作为原子钟组的主钟[2]，由主钟输出频率信号至高性能数字钟，通过高性能数字钟输出秒信号至双向共视比对系统，由双向共视比对系统通过解放军卫星定位总站溯源军用标准时间，通过双向共视数据对高性能数字钟进行频率调整，调整后的高性能数字钟显示的时间就是纸面系统时间[3]。而高性能数字钟经频率调整后输出的10M信号和秒信号再经过频率分配放大器和脉冲分配放大器放大后输出作为原子钟组的频率和脉冲信号。如图1所示。

图1 原子钟组设备连接图

2 原子钟组信号直接接入时间发播设备的方法和意义

我国罗兰C长波发射台现行的设备连接方式如图2所示[4]。

图2 我国罗兰C长波发射台现行的设备连接方式

由原子钟输出的10M信号接入分频钟，产生本地时间基准，再接入编码形成设备，同时，分频钟与北斗定时接收机的信号进行比对[5]，实现本地时间与系统溯源时间基准的对齐，溯源结果同样送至在线边编码形成设备，转换开关则起着在线边与备用边切换的作用[6]。如本地时间和系统溯源时间基准之间的偏差超出控制范围，则通过调整本地分频钟相位的方法进行调整。但会导致发播信号产生跳变[7]。

其中，本地分频钟可以通过手动方式对频率进行调整，但需对比对数据进行计算，但计算过程较复杂，导致发播的时间信号错误，且原子钟的频率漂移不够稳定，需频繁进行调整。而如将原子钟组分频钟输出信号接入本地分频钟，如图3所示，则能改善本地分频钟输入信号稳定度[8]，降低对本地分频钟的相位调整次数[9]。

图3 变更本地分频钟输入信号源

3 测试中出现的故障现象

在开始测试后，系统工作基本正常。选取其中1个发射台的参数分析[10]，编码形成设备的授时发播电文显示，本地分频钟和远方时间基准的偏差始终保持在258ns左右，期间1ns～2ns的跳动为设备正常的跳变[11]。如表1所示。

表1 编码形成设备授时电文1

但是，在开始测试40min后，系统工作状态开始发生变化，编码形成设备的授时发播电文显示，本地分频钟和远方时间基准的偏差开始大幅度漂移。如表2所示。

表2 编码形成设备授时电文1

4 对测试故障进行分析

经过分析，授时发播设备分频钟频率产生漂移的原因应该是原子钟组分频钟输入10MHz信号的原因，将分频钟信号接入示波器观察，如图4所示，发现该信号频率为9.99983MHz，较标准值偏差了0.00017MHz，且波形为不规则的锯齿波。信号上升沿和下降沿并不一致。

图4 原子钟组分频钟10M信号波形

而从原子钟直接接入授时发播设备分频钟的10MHz信号则如图5所示，信号频率为10MHz，波形为标准正弦波，信号上升沿和下降沿一致。

图5 原子钟输出10M信号波形

5 结语

本次测试的故障原因是设备输出信号不规则所致，经与设备厂家联系后，得知设备在设计阶段未考虑分频钟信号直接接入其他设备使用，需经频率信号放大器滤波放大后使用，在对分频钟进行升级改造后，该信号已可正常接入设备使用。