标准时延测试仪的设计和时间同步技术的研究
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摘要
时间间隔测量技术在原子物理、定位定时、航天遥测遥控以及军事方面发挥着不可或缺的作用，对国民经济与国防建设意义重大。本文主要探讨了各种时间测量和授时方法，并研制开发了一套具有高精度、高分辨率、大测量范围、稳定可靠的标准时延测试仪。
本文共分六章：
第一章首先综述了时间测量和时间同步技术的现状和发展趋势，并根据课题背景对标准时延测试仪的要求，提出了课题的研究内容；
第二章通过对课题研究目标和相关关键技术的具体分析，详细阐述了标准时延测试仪的总体设计方案；
第三章针对测试仪精度高、测量范围大等性能指标要求，详细阐述了时延测量的实现方法，并就研制过程中遇到的一些难点以及解决方法进行了详细说明；
第四章详细介绍了标准时延测试仪的软件设计，主要包括DSP和USB代码的设计，以及用户应用平台的软件开发；
第五章详细介绍了标准时延测试仪各项功能的测试方案，并就测试数据以及结果进行了分析；
第六章对全文进行了简要总结，并提出了进一步改进的方案。
本文的创新主要有以下两点：
1)采用脉冲计数和量化时延原理相结合的方法，实现高精度、高分辨率、大测量范围的时间测量。
2)通过测量不同通道脉冲信号在电缆、器件以及电路板上传输时间之差，在软件上进行补偿从而消除脉冲信号传输延时的不对称性，大大降低了测量误差。
The technology of time interval measurement plays an indispensable role in the fields of atomic physics, localization & timing systems, spaceflight telemetry and telecontrol and military technologies. The paper mainly probes into the methods of time measurement and time service, as well as time synchronization technology. A standard time interval measuring instrument that is provided with high-precision, wide range, stable and reliable testing performance is developed.
The thesis is composed of seven chapters as following:
Chapter 1 sums up the current status and developments of the time measurement and the time synchronization technology, the objects and tasks of this paper are also put forward according to the requirements of the standard time interval measuring instrument.
Chapter 2 elaborates the integral design scheme of the standard time interval measuring instrument by strictly analyzing the research object and relative key techniques.
Chapter 3 elaborates the way to acquire high-precision and wide-range time interval measuring instrument, the difficulties we will meet and how to solve them during the realization are also discussed in detail.
Chapter 4 introduces the software development of the measuring system; mainly include the codes of DSP and USB, and the software development of the user application interface.
Chapter 5 introduces the testing solutions of the standard measuring instrument, some analyses based on the experimental data and experimental results are processed.
Chapter 6 sums up and expects for the research in the thesis.
Innovation of the paper can be summed to the aspects as following:
1) The way to achieve high-precision, high-resolution, wide-range time measuring: Integrating theory of pulse counting and qualified time interval.
2) Software compensation to the difference of the pulse transmission time in different cable, electronic components and circuit channels eliminates the non-symmetry of the transmission delay time and reduces the measuring error obviously.
本文共分六章：
第一章首先综述了时间测量和时间同步技术的现状和发展趋势，并根据课题背景对标准时延测试仪的要求，提出了课题的研究内容；
第二章通过对课题研究目标和相关关键技术的具体分析，详细阐述了标准时延测试仪的总体设计方案；
第三章针对测试仪精度高、测量范围大等性能指标要求，详细阐述了时延测量的实现方法，并就研制过程中遇到的一些难点以及解决方法进行了详细说明；
第四章详细介绍了标准时延测试仪的软件设计，主要包括DSP和USB代码的设计，以及用户应用平台的软件开发；
第五章详细介绍了标准时延测试仪各项功能的测试方案，并就测试数据以及结果进行了分析；
第六章对全文进行了简要总结，并提出了进一步改进的方案。
本文的创新主要有以下两点：
1)采用脉冲计数和量化时延原理相结合的方法，实现高精度、高分辨率、大测量范围的时间测量。
2)通过测量不同通道脉冲信号在电缆、器件以及电路板上传输时间之差，在软件上进行补偿从而消除脉冲信号传输延时的不对称性，大大降低了测量误差。
The technology of time interval measurement plays an indispensable role in the fields of atomic physics, localization & timing systems, spaceflight telemetry and telecontrol and military technologies. The paper mainly probes into the methods of time measurement and time service, as well as time synchronization technology. A standard time interval measuring instrument that is provided with high-precision, wide range, stable and reliable testing performance is developed.
The thesis is composed of seven chapters as following:
Chapter 1 sums up the current status and developments of the time measurement and the time synchronization technology, the objects and tasks of this paper are also put forward according to the requirements of the standard time interval measuring instrument.
Chapter 2 elaborates the integral design scheme of the standard time interval measuring instrument by strictly analyzing the research object and relative key techniques.
Chapter 3 elaborates the way to acquire high-precision and wide-range time interval measuring instrument, the difficulties we will meet and how to solve them during the realization are also discussed in detail.
Chapter 4 introduces the software development of the measuring system; mainly include the codes of DSP and USB, and the software development of the user application interface.
Chapter 5 introduces the testing solutions of the standard measuring instrument, some analyses based on the experimental data and experimental results are processed.
Chapter 6 sums up and expects for the research in the thesis.
Innovation of the paper can be summed to the aspects as following:
1) The way to achieve high-precision, high-resolution, wide-range time measuring: Integrating theory of pulse counting and qualified time interval.
2) Software compensation to the difference of the pulse transmission time in different cable, electronic components and circuit channels eliminates the non-symmetry of the transmission delay time and reduces the measuring error obviously.
引文
[1] 周渭、偶晓娟等编著，时频测控技术，西安电子科技大学出版社，2006
[2] 漆贯荣编著，时间科学基础，高等教育出版社，2006
[3] 伏全海，精密时间间隔测量方法及其应用的研究，西安电子科技大学硕士学位论文，2004
[4] 杨海香，高分辨率测频原理的研究，西安电子科技大学硕士学位论文，2003
[5] 上海市标准计量局编，国外时间与频率测量技术，上海科学技术文献出版社，1980
[6] 刘国福、张圮、刘波，TDC-GP1高精度时间间隔测量芯片及其应用，新器件新技术，2004．11：38-40
[7] 潘继飞、姜秋喜、毕大平，模拟内插法及其测量误差分析，电光与控制，2007．2，V14(1)：147-150
[8] 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会编，时间统一技术，国防工业出版社，2004
[9] 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会编，时间统一原理，国防工业出版社，2004
[10] 区宇辉，微型高精度数据采集系统的研究，浙江大学硕士学位论文，2005
[11] 雷武虎、刘松秋、李鹏宇、韩慧、叶沿林，一种高精度大范围时间测量电路的实现，核电子学与探测技术，2005．5，V25(3)：239-243
[12] 潘欣，时间—数字转换器在时间间隔误差测量中的应用，宇航计测技术，2004．2，V24(1)：53-56
[13] 沈国保、丁建国、刘松强，采用实时校正技术的时间数字化测量方法，核电子学与探测技术，2004．11，V24(6)：591-593
[14] 江晓山、盛华义，基于FPGA的时间测量方法的初步研究，核电子学与探测技术，2004．9，V24(5)：441-444
[15] 张延、黄佩诚，高精度时间间隔测量技术与方法，天文学进展，2006．3，V24(1)：1-15
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[21] 李华伟、闵应骅、李忠诚，同路时延测试综述
[22] 聂新义、任敏华，USB通信中数字锁相环的设计实现，计算机工程，2006．2，V32(4)：269-271
[23] 董甲东，分布式系统时间同步技术在水利水电工程中应用，天津大学硕士学位论文，2007．7
[24] http://www.time.ac.cn/Default.asp，时间科普网
[25] 张红亮，分布式系统时钟同步技术的研究与应用，国防科学技术大学硕士学位论文，2002．1
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