本发明属于通信信号处理技术领域，涉及一种卫星通信终端数字时钟同步方法及装置。
背景技术：
随着市场需求的扩大，卫星通信产业正在飞速发展，用户日益增多。为充分利用通信卫星上的转发器带宽资源，TDMA制式被多个主流卫星通信协议所采用。TDMA制式的核心则是各个终端与主站的时钟同步。时钟同步的优劣在很大程度上影响着系统的带宽利用率。时钟同步包含两个方面——时钟频率同步和时间同步。
由于卫星通信终端分布范围广，温度、经纬度和气压变化大，导致各个终端晶振初始频率差交大，导致终端运行过程中，温度变化范围较大，导致时钟抖动较大。若不进行时钟同步，则为避免由于时钟抖动导致的频谱重叠，可采用较大的保护间隔，主站将终端发送包到达时刻与期望时刻的偏差，反馈给终端，终端根据反馈信息进行补偿的方法来实现时钟同步。这样大大的浪费了珍贵的卫星带宽资源，且稳定性不高，特别在终端初次登录时，由于主站并未获得任何时刻偏差，需要较大的保护间隔和调整时间。或者在硬件上采用高精度晶振或GPS时钟同步模块，为终端提供高精度时钟，但这样又加大了终端成本。
技术实现要素：
发明所要解决的课题是，如何利用较少的卫星带宽资源快速地实现在卫星通信中终端和主站之间时钟同步，及提高收敛速度、精度和鲁棒性。
用于解决课题的技术手段是，提出一种卫星通信终端数字时钟同步方法及装置，采用全数字模式，达到主站时钟与本地时钟同步的目的。
本发明提出的一种卫星通信终端数字时钟同步方法，包括如下步骤：
根据主站在设定时间间隔内连续发送的时间信息，计算出主站时钟和终端数字时钟的频率差，及根据频率差利用频率调整算法计算出一频率调整值，并根据频率调整值控制终端数字时钟输出频率，以实现与主站时钟的频率同步；
实现与主站时钟的频率同步后，将获取最新的主站时钟与设定的链路延时相加得到主站时间，并将此时间加载至本地时间，实现本地时间与主站时钟的时间同步。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中对频率同步持续调整，且时间同步仅进行一次。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中频率调整算法包括二分法和比例积分控制算法，其中所述二分法控制模块用于控制终端数字时钟输出频率使频率偏差收敛，在达到设定的二分法调整次数后切换为比例积分控制模块控制终端数字时钟输出频率使频率差保持在设定的矫正范围内。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，其特征在于，所述方法中主站设定的时间间隔为30至64ms。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中设定的矫正范围为主站时钟的1ppm范围内。
本发明提出的一种卫星通信终端数字时钟同步装置，包括：
主站时间获取模块，用于获取主站在设定时间间隔内连续发送的时间信息计算出主站时钟，以及主站在频率同步后的最新主站时钟；
调整控制模块和数字频率变换模块，其中调整控制模块用于获取终端数字时钟，及计算出主站时钟和终端数字时钟的频率差，根据频率差利用频率调整算法计算出一频率调整值，并根据频率调整值控制数字频率变换模块对终端数字时钟输出频率调整，以实现与主站时钟的频率同步；
加载控制模块，用于根据主站时间获取模块获取的最新主站时钟与设定的链路延时相加得到主站时间，并将此时间加载至本地时间，实现本地时间与主站时钟的时间同步。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述调整控制模块包括：二分法控制模块和比例积分控制模块，其中二分法控制模块用于在控制终端数字时钟输出频率使频率偏差收敛，在达到设定的二分法调整次数后切换为比例积分控制模块控制终端数字时钟输出频率使频率差保持在设定的矫正范围内。
发明效果有：与现有技术相比，本发明的有益效果是，采用全数字模式，无任何模拟变频器件，消除了由于模拟时钟调整导致的基带数据相位突变等恶劣影响，并消减了硬件开支，而且通过二分法和PI的结合大幅度提高了时钟同步的收敛速度、精度和鲁棒性，对目标时钟频率的高精度，高鲁棒性、无差同步。分频变化均与分布在整个调整周期内，不会产生长时间频率突变。且此种方法结构简单，易于实现，可快速地达到主站时钟与本地时钟同步的目的。
以及本发明的数字时钟同步方法适用于通信终端进行时钟同步。
因此，本发明具备的优点有：
(1)时钟频率同步初始采用二分法控制，因此，时钟频率同步速度快。
(2)时钟频率同步后期采用PI控制，因此，时钟频率同步稳定性和鲁棒性强，适用于卫星通信领域。
(3)采用数字变频时钟，因此，无需任何模拟变频器件，且无需高精度时钟，可大幅降低终端硬件成本。另外还可避免模拟时钟频率调整对基带性能的恶化。
(4)采用2次时间校正方式，因此，可有效降低初始状态下终端与主站的时间偏差，减小终端登录包发送时间偏差。
附图说明
图1为本发明所运用在的卫星通信系统的示意图。
图2为本发明中卫星通信终端数字时钟同步装置的原理示意图。
具体实施方式
以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。
本发明设计了一种卫星通信终端数字时钟同步方法，该方法可运用于卫星通信系统中，卫星通信系统的结构如图1所示，其中虚线部分是本发明的数字时钟同步部分。本发明的数字时钟同步方法具体包括如下步骤：
步骤1、根据主站以设定时间间隔内连续发送的时间信息，计算出主站时钟和终端数字时钟的频率差。
优选地，其中所述方法的步骤1中主站根据设定时间间隔发送时间信息，如设定时间间隔为30至64ms，但本发明不对其进行限定。
步骤2、每计算出一次频率差，根据所计算的时钟频率差，利用频率调整算法计算出一频率调整值，然后根据频率调整值控制终端数字时钟输出频率，实现与主站时钟的频率同步。
本实施例中，采用高频内部时钟通过可变分频产生终端本地数字时钟。根据卫星通信特征可变频率范围控制在目标时钟的1ppm内，可调精度为目标时钟的0.01ppm，因此可以将初次设定的校正范围设为在主站时钟的1ppm范围内，根据终端时钟与目标时钟的频率差，采用二分法和比例积分控制PI算法进行时钟频率快速同步。
具体地，所述频率调整算法包括二分法和比例积分控制算法，其中所述二分法控制模块用于在同步初期控制终端数字时钟输出频率，使频率偏差快速收敛，在达到设定的二分法调整次数后切换为比例积分控制模块控制终端数字时钟输出频率使频率差保持在设定的矫正范围内。
步骤3、与主站时钟的频率同步后，将最新获取的主站时钟与设定的链路延时相加得到主站时间，并将此时间加载至本地时间，实现与主站的时钟的时间同步。
本步骤中，在终端时钟第一次时间校正后，根据终端数字时钟与作为目标时钟的主站时钟的频率差，采用PI控制进行时钟频率同步。当时钟频率差小于一定范围后，采用PI控制实现对目标时钟频率的高精度，高鲁棒性、无差或误差较小的同步。优选地，时钟频率调整一直进行，时间同步仅进行一次。
其中，对终端数字时钟控制变频值由二分法和PI控制模块提供，分频变化均与分布在整个调整周期内，不会产生长时间频率突变。
所述方法在二分法将时钟频率误差降低到一定程度后进行第一次终端时间校正。并且在PI控制将时钟频率误差降低到一定程度后进行第二次终端时间校正。采用全数字模式，无需模拟变频器件，适用于通信终端时钟频率同步。
在此基础上，本发明还提出一种卫星通信终端数字时钟同步装置，其原理如图2所示，装置包括：
主站时间获取模块，用于获取主站在设定时间间隔内连续发送的时间信息计算出主站时钟，以及主站在频率同步后的最新主站时钟；
调整控制模块和数字频率变换模块，所述调整控制模块用于获取终端数字时钟，及计算出主站时钟和终端数字时钟的频率差，根据频率差利用频率调整算法计算出一频率调整值，并根据频率调整值控制数字频率变换模块对终端数字时钟输出频率调整，以实现与主站时钟的频率同步；
加载控制模块，用于根据主站时间获取模块获取的最新主站时钟与设定的链路延时相加得到主站时间，并将此时间加载至本地时间，实现本地时间与主站时钟的时间同步。
其中，所述调整控制模块可以包括：二分法控制模块和比例积分控制模块。所述二分法控制模块用于在同步初期控制终端数字时钟输出频率，使频率偏差快速收敛，在达到设定的二分法调整次数后切换为比例积分控制模块控制终端数字时钟输出频率使频率差保持在设定的矫正范围内。对终端数字时钟控制变频值由二分法控制模块和PI控制模块提供，分频变化均与分布在整个调整周期内，不会产生长时间频率突变。通过二分法和PI控制模块的结合大幅度提高了时钟同步的收敛速度、精度和鲁棒性，对目标时钟频率的高精度，高鲁棒性、无差同步。
综上，本发明采用频率和时间同步校正方式，因此，可有效降低初始状态下终端与主站的时间偏差，减小终端登录包发送时间偏差。时钟同步稳定性和鲁棒性强，适用于卫星通信领域。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。