卫星地面站钟差监控系统
1 引言
随着现代化军事战争对卫星导航定位的迫切需求和国民经济对导航定位的日趋依赖，卫星导航定位已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。20世纪中期开始，美国和苏联两大军事超级大国开始建设主要用于军事目的的GPS和GLONASS系统，系统建成后广泛应用于军事和民用领域。随着卫星导航在各个领域应用的不断深入，欧盟于2002年3月开始建设用于民用目的的GALIEO系统。为验证卫星导航理论，满足民用应用需要，我国于1994年开始建设我国卫星导航定位试验系统，目前已广泛应用于石油、水利、森林防火、海上救生等民用领域，受到国民经济各应用领域的好评[1]。
在卫星导航系统中，时间基准起着关键性作用，时间传递、时间同步、钟差监测与分析是卫星导航系统应用中的关键技术与基础。针对应用研究的需要，我们设计并研制了卫星地面站钟差监控系统，包括硬件与软件两大部分，本文侧重系统的软件部分进行探讨。
本系统是在Windows XP平台上采用Microsoft Visual Basic 6.0语言开发的，可运行在Windows 2000 以上操作系统中。通过RS232串口，每秒采集、存储一次SR620计数器测得的钟差数据，并进行相关处理与分析，对原子钟性能评估、接收机钟校准、卫星定轨等研究起着重要作用。
2 系统功能与流程
系统提供SR620初始化、数据采集、数据存储、数据显示、数据分析等功能。
2.1 SR620初始化
SR620计数器提供本机手动操控和通过接口遥控两种操作方式[2]。计数器用于时间与频率测量时，先要设置测量项、输入、输出显示三类参数，具体包括：测量模式、信号源、采样间隔、内（外）部振荡器、电平、显示项等。本系统提供初始化功能，将系统所需的多项计数器手动设置项一键完成，省去了花费至少几分钟的设置计数器时间。部分程序代码如下：
MSComm1.Output = "*RST;MODE 0;SRCE 0;ARMM 1;SIZE 1;AUTM 1;DGPH 0;DISP 0;CLCK 1;CLKF 0;LEVL 0,2.0;LEVL 1,0.8;LEVL 2,0.8……" & Chr(13) & Chr(10)
……
2.2 数据采集
系统时间采用UTC时间，通过时间同步服务器进行高精度时间同步。在连接设备前，串口线计数器端需要更改连线，将标准口改为2-3，3-2，7-7。通过RS232串口，以一秒钟为时间间隔，循环采集SR620计数器数据。部分程序代码如下：
MSComm1.Output = "XAVG?" & Chr(13) & Chr(10)
……
MSComm1.InputLen = 0
MSComm1.InputMode = comInputModeText
If MSComm1.InBufferCount Then
InString = MSComm1.Input
End If
……
2.3 存储、显示、分析数据
系统实时存储、显示、分析钟差数据，采用ASCII码以文本形式每天存储一个文件；实时显示钟差及初步分析结果；用最小二乘法、Allan方差等分析方法对数据进行分析；最后对存储文件进行压缩，便于通过通信链路（包括INTERNET、DDN专线、VSAT、PSTN、微波等）进行传输。其中，图形显示部分程序代码如下所示：
arrsecAB(0, 2) = CDbl(Mid(tempStr, 1, Len(tempStr) - 2))
……
For j = inumchart To 1 Step -1
arrsecAB(j, 1) = arrsecAB(j - 1, 1)
arrsecAB(j, 2) = arrsecAB(j - 1, 2)
Next
……
With MSChart1
.ChartData = arrsecAB
.Plot.Axis(VtChAxisIdY).ValueScale.Auto = False
.Plot.Axis(VtChAxisIdY).ValueScale.Minimum = dmin - 0.00000000001
.Plot.Axis(VtChAxisIdY).ValueScale.Maximum = dmax + 0.00000000001
……
End With
2.4 系统结构图与流程图
由原子钟输出10Mhz信号作为Leica GRX 1200 GPS接收机和SR620计数器的外频标；原子钟输出1pps秒脉冲输入计数器A端，作开门信号，GPS输出的1pps秒脉冲输入到计数器B端，作关门信号；时间同步服务器通过局域网与数据采集计算机相连，由时间同步客户端软件使计算机与标准时间同步，从而提供UTC标准时间为采集数据打上时间标记。硬件结构图（图1）与软件流程图（图2）如下所示：
随着现代化军事战争对卫星导航定位的迫切需求和国民经济对导航定位的日趋依赖，卫星导航定位已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。20世纪中期开始，美国和苏联两大军事超级大国开始建设主要用于军事目的的GPS和GLONASS系统，系统建成后广泛应用于军事和民用领域。随着卫星导航在各个领域应用的不断深入，欧盟于2002年3月开始建设用于民用目的的GALIEO系统。为验证卫星导航理论，满足民用应用需要，我国于1994年开始建设我国卫星导航定位试验系统，目前已广泛应用于石油、水利、森林防火、海上救生等民用领域，受到国民经济各应用领域的好评[1]。
在卫星导航系统中，时间基准起着关键性作用，时间传递、时间同步、钟差监测与分析是卫星导航系统应用中的关键技术与基础。针对应用研究的需要，我们设计并研制了卫星地面站钟差监控系统，包括硬件与软件两大部分，本文侧重系统的软件部分进行探讨。
本系统是在Windows XP平台上采用Microsoft Visual Basic 6.0语言开发的，可运行在Windows 2000 以上操作系统中。通过RS232串口，每秒采集、存储一次SR620计数器测得的钟差数据，并进行相关处理与分析，对原子钟性能评估、接收机钟校准、卫星定轨等研究起着重要作用。
2 系统功能与流程
系统提供SR620初始化、数据采集、数据存储、数据显示、数据分析等功能。
2.1 SR620初始化
SR620计数器提供本机手动操控和通过接口遥控两种操作方式[2]。计数器用于时间与频率测量时，先要设置测量项、输入、输出显示三类参数，具体包括：测量模式、信号源、采样间隔、内（外）部振荡器、电平、显示项等。本系统提供初始化功能，将系统所需的多项计数器手动设置项一键完成，省去了花费至少几分钟的设置计数器时间。部分程序代码如下：
MSComm1.Output = "*RST;MODE 0;SRCE 0;ARMM 1;SIZE 1;AUTM 1;DGPH 0;DISP 0;CLCK 1;CLKF 0;LEVL 0,2.0;LEVL 1,0.8;LEVL 2,0.8……" & Chr(13) & Chr(10)
……
2.2 数据采集
系统时间采用UTC时间，通过时间同步服务器进行高精度时间同步。在连接设备前，串口线计数器端需要更改连线，将标准口改为2-3，3-2，7-7。通过RS232串口，以一秒钟为时间间隔，循环采集SR620计数器数据。部分程序代码如下：
MSComm1.Output = "XAVG?" & Chr(13) & Chr(10)
……
MSComm1.InputLen = 0
MSComm1.InputMode = comInputModeText
If MSComm1.InBufferCount Then
InString = MSComm1.Input
End If
……
2.3 存储、显示、分析数据
系统实时存储、显示、分析钟差数据，采用ASCII码以文本形式每天存储一个文件；实时显示钟差及初步分析结果；用最小二乘法、Allan方差等分析方法对数据进行分析；最后对存储文件进行压缩，便于通过通信链路（包括INTERNET、DDN专线、VSAT、PSTN、微波等）进行传输。其中，图形显示部分程序代码如下所示：
arrsecAB(0, 2) = CDbl(Mid(tempStr, 1, Len(tempStr) - 2))
……
For j = inumchart To 1 Step -1
arrsecAB(j, 1) = arrsecAB(j - 1, 1)
arrsecAB(j, 2) = arrsecAB(j - 1, 2)
Next
……
With MSChart1
.ChartData = arrsecAB
.Plot.Axis(VtChAxisIdY).ValueScale.Auto = False
.Plot.Axis(VtChAxisIdY).ValueScale.Minimum = dmin - 0.00000000001
.Plot.Axis(VtChAxisIdY).ValueScale.Maximum = dmax + 0.00000000001
……
End With
2.4 系统结构图与流程图
由原子钟输出10Mhz信号作为Leica GRX 1200 GPS接收机和SR620计数器的外频标；原子钟输出1pps秒脉冲输入计数器A端，作开门信号，GPS输出的1pps秒脉冲输入到计数器B端，作关门信号；时间同步服务器通过局域网与数据采集计算机相连，由时间同步客户端软件使计算机与标准时间同步，从而提供UTC标准时间为采集数据打上时间标记。硬件结构图（图1）与软件流程图（图2）如下所示：
图1 硬件结构框图
图2 软件流程图
3 系统使用
系统使用简单，运行安装程序，即可完成安装。初次运行时，首先要设置保存路径，选择串口，然后保存设置，点击“SR620初始化”按钮，完成对SR620计数器的一系列设置项，再点击“开始计时”按钮，系统开始运行，显示钟差数据及其变化曲线等信息。系统运行截图如下图（图3）所示：
本系统于2008年8月在中国科学院国家授时中心临潼卫星地面站投入业务使用，运行至今，稳定、可靠、使用方便。
图3 系统运行截图
4 结论
我们针对应用研究的需要，设计和实现了卫星地面站钟差监控系统，能够实时、有效地存储、显示、分析卫星地面站钟差数据，并能对计数器进行控制。用户只需按照图1连接好设备，首次启动软件时需要设置好各项参数并保存，具有很强的易用性。该系统实时、稳定、有效地为卫星导航系统应用研究提供服务。
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