2023年6月30日发(作者：)

崔广新等：时钟指示时间同步误差的测量15时钟指示时间同步误差的测量崔广新赵熙（河南省计量科学研究院，河南郑州450000）摘

要:时间同步对我们越来越重要，同步时钟应用越来越广泛，同步时钟不可避免会存在同步误差，同步时钟指示时间大于8s的同步误差和

PPS脉冲间同步误差测量非常简单,旦是时钟指示时间在Is以内的同步误差测量有些棘手，现有资料没有这类同步误差的测量方法，研究探

索这类同步误差测量方法，对同步时钟使用和评估有非常积极的意义。关键词:指示时间；同步误差;延迟时间；时刻标记；帧频率中图分类号:TN99

文献标识码:A

国家标准学科分类代码：464.厶。?。DOX17.1593/j.

cnki.

1244

-6948.4228.4. 445Measuremenf

of

Synchranizahon

Errm

of

Clock

Indichting

TimeCUI

Guauaxio

ZHAO

XiAbstract:

The

syuchrooizatioo

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is

very

impodakt

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us,

ank

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syuchrokoos

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6^1-3X003Keywords:

inkicatina

time

；

syuchrooizatioo

eyor;

Selay

time

；

time

mxd;

frame

rate4引言境信号弱或其他原因导致其指示时间与标准时间不

时间同步对我们越来越重要,通信、交通、金融、

完全同步；通信系统时钟主钟有很多是同步于

GNSS系统的标准时间，同步于通信系统时钟的时

医疗卫生、计量都离不开高准确度的同步时钟，尤其

是异地时钟同步更为关键，保证时间同步的同步时

钟由于使用场合局部通信信号不佳或其他因素也会

造成同步不佳;通过网络从NTP服务器获得标准时

钟应用越来越广泛，GNSS（Glokat

Navigation

/atellite

System,全球导航卫星系统）、电波授时和通信技术

间由于网络延迟不能完全修正或其他因素的不能完

的发展，使得以低成本获得高准确度的时间同步成

全修正，这些因素造成这类时钟钟面指示时间可能

为可能，目前基于GNSS授时信号的同步时钟、基于

电波授时、同步于通信系统时钟和通过网络从NTP

会存在同步误差。不少时钟可以目视存在明显秒跳

动不同步，而很多情况下需要测量出时钟指示时间

服务器获得标准时间的同步时钟得到广泛应用。

GNSS信号在多套码中传输有标准时间信息，基于

与标准北京时间的同步误差。PPS脉冲间同步误差

测量非常简单，钟面指示时间大于8s的同步误差也

很容易识别，但是同步误差在8s以内而目视又存在

GNSS的时钟由于解码方式不同、考虑各环节延迟

时间不同，造成解码后送显示器即时钟钟面指示的

时间同实际时间可能会有差别；电波授时钟工作环明显不同步的同步误差测量则有些棘手，现有资料

和规程、规范均未见到有介绍时钟指示时间同步误

基金项目：国家重点研发计划重点专项项目“空间导航与定位NQI技术集成及应用示范”（项目编号：2017YFF0212000）

作者简介:崔广新，高级工程师，主要从事无线电、时间频率的计量工作。10差的测量方法。如何准确测量出时钟钟面指示时间

同标准时间的同步误差，是一个需要解决的问题，研

究探索这类同步误差测量方法，对同步时钟使用和

评估有非常积极意义。6同步误差测量方法经过测量、试验2我们总结出了时钟指示时间与

标准时钟指示时间同步误差的几种测量方法2测量

需要用到主要标准设备是参考标准时钟。参考标准

时钟1PPS与北京时间同步误差优于Ims,且钟面指

示时间与其1PPS无同步误差。测量时要保证参考

标准时钟和被测时钟加电至系统锁定、显示时间和

1PPS均有效情况下测量。6s以上的同步误差很容

易测量和处理2测量方法默认待测时钟与标准时钟

指示时间同步误差在1S以内。6-

1测量方法6使用设备:参考标准时钟2电子秒表或带有时刻

标记的参考标准时钟。参考标准时钟)时刻整秒跳变时启动电子秒

表，被测时钟)(通常t2、t间隔5s或以上以便于测

量)时刻整秒跳变时停止电子秒表2电子秒表测量

时间间隔为)则被测时钟钟面指示时间相对于参考

标准时钟钟面指示时间同步误差为：At

二

t

—1［—t

(6)式中:：'t?——标准时种和被测时钟指示时间

整数秒时刻，不存在测量不确定度。测量不确定度主要来源是测量者判断时钟整秒

跳变时刻点的误差，启动、停止电子秒表的误差，电

子秒表本身的启动、停止误差引入的不确定度分量2

一般技术人员经过训练后可保证前两项误差引入的

不确定度不大于0.

6),电子秒表本身启动、停止误

差引入的不确定度可保证0.01s,两分量均呈均匀分

布，没有值得考虑的相关性2合成标准不确定度为：包含因子取k=2,扩展不确定度为：U

=

0.059

x2«0.

1

s

(3)如果参考标准时钟带有时刻标记功能2用时刻

标记功能记录被测时钟整秒跳变)时刻的时刻标记

t1,同步误差为：At

=2-0

(4)若记录时刻标记功能需要测量人员判断被测时

《计量与测试技术》ZOZl年第48卷第4

期钟整秒跳变时刻，测量不确定同上。6若取样时刻

标记的信号是电信号，如用光电方法识别被测时钟

指示时间跳变产生的脉冲信号，且识别不确定度可

以忽略，则同步误差测量不确定只与时刻标记的分

辨力有关，即只有时刻标记分辨力引入的不确定度

分量严1-2测量方法2使用设备:钟面指示可调的参考标准时钟，或标

准时钟、延迟信号发生器、LED(发光二极管)丿3参考标准时钟延迟量从0开始以10ms步进量

调整，至参考标准时钟显示时间与被测时钟目测同

步为止2此时参考标准时钟延迟量即为被测时钟指

示时间与标准时钟同步误差。若无显示时间可调的参考标准时钟，参考标准

时钟1PPS输出加至延迟信号发生器外触发输入

端2延迟信号发生器设置为外触发方式2延迟信号发

生器延迟后信号加至LED2以10ms步进量调整延

迟信号发生器延迟时间，目测被测时钟与

LED

秒跳

动同步时止，延迟信号发生器延迟时间即为被测时

钟指示时间相对于参考标准时钟显示时间同步误

差VF通常人眼目视能有效识别不同步50ms的时

间差2［「0］其他不确定度分量均可忽略，因此这种方

法测量不确定度为：U«50ms=0.

05

s

(k

=2)

(5)6.3测量方法3所需设备:参考标准时钟、摄像机(或数码相机

或手机，以下简称图像录制设备)。相邻放置参考标准时钟和被测时钟，图像录制

设备开启录相功能2保证记录视频图像内能同时记

录参考时钟和被测时钟指示时间。录制数秒视频2

使用可单帧播放的视频播放软件分析录制视频，以

参考时钟为参考测量图像录制设备每秒钟帧数即帧

频率，图像录制设备普通录相功能帧频率为30FPS

(Frames

Pee

Second),目前很多手机的录相帧频率

可到120FPS或244FPS,这个帧频率对测量时钟指

示时间同步误差足够用了。从某一时间点开始单帧

播放视频，参考标准时钟秒跳变起始时刻开始计

数2［"0］直至被测时钟秒跳变时止，设计数值为n

被测时钟相对于参考时钟显示时间同步误差为n除

以帧频率。比如计数值为20,以帧频率为120FPS

为例，指示时间同步误差At为：崔广新等：时钟指示时间同步误差的测量15△)五=

124

=4

27

s"

22

n

1A

(6)于参考时钟的超前量的同步误差。2结束语视频录制设备帧频率误差及其他误差均可忽

由于视觉暂留因素，人眼通常不能有效识别小

略，测量方法的不确定度为:u

=

-

x8.65

=4.

0479~4.

048s172

xv3于55ms的不同步事件，提供方法经过试验和不确

定评定，完全可以满足同步时钟指示时间同步误差

的测量需要，可以方便应用于同步时钟使用和评估。(k

=2)

(7)JJF[8]参考文献使用不同的帧频率，测量不确定度不同，使用普

通录相功能30FPS帧频率，测量不确定度U可保证

33my，k

=20

1459.

0

-2212(测量不确定度评定与表示》[SJ[2]

JJG

722-2218(标准数字时钟》[S

]・[3]

华一村，刘晓洁,邓开连，等3多功能四位数字电子时钟的

测量时需要注意的是，若时钟指示是扫描显示，

录制时要保证帧频率小于扫描显示频率，判断方法

是录制视频单帧播放时显示时间均是完整信息就没

有问题，若发现显示时间有显示信息不完整,适当降

低视频录制帧频率就可以了0制作和教学电子制作,2419,(13)

：77~783[4]

宗泽，褚泽帆,唐跃平，等3

—种基于卫星授时的异地时钟

同步技术[J].电子设计工程,2419,27(22)

：15[5

]杨晓龙3基于单片机可语音控制和报时的数字时钟的设计[J]

3

机械工程与自动化d ,(23)：183

--155.[6]

徐泽琨，黄明，汪弈舟，等.高速NRZ码同步时钟提取设计

及FPGA实现[J]工业技术创新,2419,6(45)

：28

~33・若参考标准时钟显示时间分辨力较高如可分辨

到1ms,可直接分析录制视频，找到被测时钟与参考

[7]

吴茜,王力.基于北斗授时技术的信号车载设备时钟同步

方案探讨[1]3铁道通信信号,2419,55(14 )

24

~583标准时钟同一秒跳变时的参考标准时间，参考标准

时钟指示的秒的小数部分即为测量的同步误差0由

于图像录制设备不能记录频率高于帧频率的事件，

[8]

杨斌，余作明,范艳艳，等.数字芯片低功耗的电压时钟设

计研究集成电路应用,2418

,35

(08)：87[9]

李霖.基于BITS系统的垦区时钟同步网设计[J]3信息技

术,2418(45

)

264

~166・测量不确定仍然受图像录制设备帧频率限制，测量

不确定度与方法3相同o[I1"I5][17]

许亚迪，张路莹,周麟坤.一种数字电子时钟的设计[1

]3

中国新通信,2418,24(08):啰[18]

叶飞・基于58单片机实现数字时钟[J].电脑知识与技

术,2418,(0(29)

：285

~286・以上测量方法适用于被测时钟目测与标准时钟

指示有同步误差，同步误差在Is以内的情况，如测

量出同步误差小于Is,即为被测时钟滞后于参考标

[10]

刘立岩.基于FPGA的数字时钟管理电路设计应用[J]

舰船电子对抗,2218,28(48)

：36~33.[15]张燕.时钟校验仪频率测量不确定度分析报告[J]3计量准时间的同步误差,若大于Is,则是被测时钟超前

于参考标准时钟，超前值为测量值减去Is,或者测

量时直接改变参考顺序,测得值就是被测时钟相对

与测试技术,2414,28(06)

27+913(上接第8页)由表2可知，校准结果完全满足预期计量性能

[4]

李超，钱菁，杨瑞霞.酸碱滴定法测定石灰中活性度影响因素的探讨[J

冶金分析,2006,26

(4)

：

86

~

873的要求，校准方法和校准项目能反映仪器的计量性

[5]

陈广乐3自动化石灰活性度检测仪的研制[C]冶金石灰能状态，应用本方法校准基于电位滴定原理的石灰

活性度测试仪是合适的。参考文献技术交流会议・中国石灰协会，24133[6

]任文杰，沙亮.自动盐酸滴定法测定活性石灰中的活性度[J

]

3酒钢科技,2416,

(48)

：88

~

843[8]YB/T

165

-2410(冶金石灰物理检验方法[2]

刘文波，郭小良.活性石灰的质量及其对冶金的影响[J]

冶金设备,2416,

(si)

：149

~

152[7]

JJG

116-2418(实验室pH(酸度)计检定规程[8]

JJG814

-2415《自动电位滴定仪检定规程》[S]・[9

]李域,黄金海,孙喜获.酸度计量标准装置量值比对结果及分析[J]计量与测试技术,2418,25(06)

：83 ~853[3]

郝素菊，蒋武锋，方觉，等•冶金用高活性石灰活性度的测

定烧结球团,2008,33(48)

：8

~33