【摘 要】
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分布式网络中存在着没有较为精准的时间基准问题,各节点的测试仪器相互独立,测试结果没有时间的统一性,特别是在轻武器靶道中针对特殊测试目标而言,更需要一个较为精准的统一时间基准。本文以此背景为基础,研究并实现了分布式网络下的对时同步与触发。本文首先对目前国内外常用的时钟同步,如编码对时、NTP协议、PTP协议等进行了对比分析,针对轻武器靶道的需求以及分布式网络的特点,提出了采用PTP协议进行对时同步与
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分布式网络中存在着没有较为精准的时间基准问题,各节点的测试仪器相互独立,测试结果没有时间的统一性,特别是在轻武器靶道中针对特殊测试目标而言,更需要一个较为精准的统一时间基准。本文以此背景为基础,研究并实现了分布式网络下的对时同步与触发。本文首先对目前国内外常用的时钟同步,如编码对时、NTP协议、PTP协议等进行了对比分析,针对轻武器靶道的需求以及分布式网络的特点,提出了采用PTP协议进行对时同步与触发,设计了网络节点同步与触发单元并进行了对时同步触发实验。在设计网络节点同步与触发单元中,分析IEEE 1588v2协议原理与同步报文的处理流程,得知影响同步的主要因素是链路不对称和网络延迟造成的。因此对IEEE 1588时钟进行仿真,对比分析了卡尔曼滤波和滑模控制算法,并开始设计网络节点同步与触发单元的硬件和软件部份。在硬件设计中,选用DP83640作为时钟同步芯片,其外部GPIO口可作为触发接口;同时选用STM32F407作为主控芯片,围绕主控芯片设计了最小控制系统,包括MCU模块、电源模块、复位模块等,来控制时钟同步芯片进行同步与触发。为了接口的简单便捷性,主控芯片和时钟芯片的连接模式采用RMII模式,该模式接口比MII模式接口数量少一半;同时围绕时钟芯片设计了外围电路,包括网络接口电路等。在软件设计中,构建了相应软件框架。对时同步需要两个网络节点同步与触发单元分别作为主从时钟,因此需要TCP/IP协议进行传输,选择移植占用资源量小的Lw IP协议进行传输;同时在主从时钟选择上选用BMC最佳主时钟算法。而触发方面,针对DP83640的外部GPIO接口,选用其中四个设定为定时触发、延时触发、秒脉冲触发和外部事件触发接口,来实现同步触发功能。完成网络节点同步与触发单元设计后,搭建了模拟轻武器靶道的分布式网络,通过测试不同网络环境下、不同同步参数下、不同触发模式下的对时同步触发。实验结果表明,网络节点同步与触发单元可以满足轻武器靶道所要求的对时同步精度,即对时同步精度满足在300ns以下,且可以实现对时同步触发功能,实现设计要求。
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