基于矩阵开关技术的时统同步模式改进

张小龙

摘 要：针对现有时统外时钟同步信号源与接收天线不对等的问题，提出在接收链路中引入矩阵开关，再通过选取接收信号电平的均值和均方差值作為评价其工作性能的特征参数，并设计相应的软件决策程序，实现系统对三台时码解调板信号的自动选择。实测结果验证了该方法具有软件自动配置、切换时间短、系统整体工作性能最优等特点。

关键词：时统;同步;方差;GPS;GLONASS;北斗

1引言

纵观本研究方向的文献可知，对工作指标的选取与衡量（通常均依赖于排序模型）仍是当下国内外有关学者研究的重点。本文在大量研究并借鉴现有成果的基础上，结合了时间序列法[3]，重点运用概率统计中的方差原理，构建出基于矩阵开关技术的时统外时钟同步模式工作状态评价模型，并选取某型GPS、北斗、GLONASS时码解调板各一台，作为样本进行实测分析，结果证明了本文研究的有效性。

2矩阵开关技术的应用

矩阵开关就是由一系列的电子开关组成的阵列。通过软件控制继电器开关的通断，可以组成具有一定拓扑结构的开关，实现多路复用的功能或建立开关矩阵实现多路输入与输出。对于本系统而言，其输入信号有二个，输出信号则有三个，也就是需要使用2路射频输入和3路射频输出的2×3路矩阵开关，再通过适当的软件编程，实现其多种输入输出以及自动切换功能。

3 基于方差的信号选择

3.1 特征值的比较

鉴于信号质量方面的考虑，考虑的要素重点有两个：其一就是接收信号经过相应解码板之后，能否对时间码进行顺利解码，以供后续的系统使用，此属于定性指标。设解码后信号为wi（n）=0orl，i=0，1，2.且n=0，1，2，3…为信号监测的时间序列，其中wi（n）=0表示时码解码标志位不常，而wi（n）=1表示时码解码标志位正常;其二就是选择对解码板一级运放之后的输出信号幅度进行监测，并比较其平均幅值和信号的平坦度，也就是信号电平的方差值。设所监测信号为ui（n），i=0，1，2.且n=0，1，2，3…为信号监测的时间序列。则可得各监测信号的数学期望值（平均幅值）为：

由于方差D衡量的是实际测量值与期望值（平均幅值）的偏离程度，因此，方差D越小，则表明该时统解码板的工作状态越优。为了更加客观地反映接收机的实际工作状况，则方差D应当尽可能地小。

3.2 软件选择流程

由于输入天线少于实际时码解调板，因此需要在三块解码板之间进行相关的逻辑判断，以确保任一时刻，均有一块时码解调板处于最佳工作状态。

在系统上电之后，首先设置天线1连接至0号解码板，天线2连接至1号解码板。此后，根据判断两者的时码标志位是否正常，若是，则继续判断二者的信号幅值与方差值。若是1号解码板明显劣于0号解码板，则将天线2切换至2号解码板，并且重复之前的判断。如此，则完成一个基本判断流程。另外，鉴于系统工作周期的考虑，系统的一个数据采集周期设置为30分钟为宜，且每隔5分钟采集一次数据。

4 实测结果分析

为了对本文所提的方案进行验证，特选取某站点的三种时统解码板，对其工作参数进行监测记录，在此基础之上，通过软件编程进行计算取优，最后对其实际工作状态的方差进行比较，得出二者之中的优劣。二个采集周期的实测信号特征值如表1所示：

由表2可见，在计算周期1中，由于0号时码解调板的参数明显优于1号时码解调板，故在下一个周期中，软件自动对矩阵开关进行了切换，让0号与2号时统解码板同时工作，而在此周期之内，仍然是0号时码解调板优于2号时码解调板，故在下一个周期，系统仍然会切换成0号与1号时码解调板进行同时工作比较。由此，可以得知，本文所述改进方法的正确性。

5 结论

本文重点解决了当前时统解码板与接收天线数目不匹配的优选问题。通过在天线与时码解调板之间接入差损较小的2×3射频矩阵开关，同时在软件端，对工作板的接收信号进行定性与定量的判断比较，进而选出系统运行参数最佳的时码解调板。但是，由于所选择比较的参数项目较少，在某种程度上，系统所选的时码解调板可能并非最佳。这需要在后续工作中继续观察与改进，但是本文所提方法仍是提供了一种参考思路。

参考文献

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