[發(fā)明專利]一種信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻值獲取裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310487358.7
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN103546124A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋萍;武江鵬;郝創(chuàng)博;楊誠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K5/125
• 分類號(hào): H03K5/125
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;付雷杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于感知與測控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻值獲取裝置。

背景技術(shù)

分布式場信號(hào)測試系統(tǒng)需要記錄系統(tǒng)各測點(diǎn)的狀態(tài)及測試信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，通過各測點(diǎn)獲取的精確時(shí)間信息可以得到整個(gè)測試系統(tǒng)的測試結(jié)果。信號(hào)觸發(fā)時(shí)獲取的時(shí)間精度越高，越有利于場信號(hào)的綜合分析、測試精度也就越高。

目前分布式場信號(hào)測試系統(tǒng)中高精度觸發(fā)時(shí)間獲取主要有兩種方式：一種是將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)引入到分布式測試系統(tǒng)各測試節(jié)點(diǎn)，達(dá)到各測試節(jié)點(diǎn)間的絕對時(shí)間同步；另一種在分布式測試系統(tǒng)內(nèi)使用同步算法，使各測試節(jié)點(diǎn)達(dá)到相對時(shí)間同步。但是該兩種方式均存在一定缺陷：

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)引入指的是為每個(gè)測試節(jié)點(diǎn)配備含有絕對時(shí)鐘的裝置，如原子鐘和GPS。原子鐘的精度比GPS的精度要高的多，但成本高、體積大、常作為標(biāo)定設(shè)備，目前尚無用于分布式測試的微型化產(chǎn)品，GPS在市場上使用廣泛，已實(shí)現(xiàn)微型化和低成本，無需定期校準(zhǔn)，使用方便。常見的低成本GPS器件能夠提供長期較穩(wěn)定的秒脈沖信號(hào)PPS，但是所能提供的時(shí)間分辨率有限。

分布式測試系統(tǒng)內(nèi)使用同步算法，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步算法，使各測試節(jié)點(diǎn)的本地時(shí)間穩(wěn)定到相對同步的時(shí)間軸上，但時(shí)間同步算法較復(fù)雜，同步精度最高可達(dá)幾u(yù)s，對于傳播速度較快的場信號(hào)，測試精度會(huì)受到影響。隨著現(xiàn)代測控技術(shù)對時(shí)間的精度要求不斷提高，系統(tǒng)也日趨復(fù)雜，高精度的場信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻值獲取就顯得越來越重要。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻值獲取裝置，采用低成本且具有長期穩(wěn)定性的高精度GPS器件和短時(shí)間較穩(wěn)定的低成本晶振，通過可編程邏輯器件對GPS器件輸出的秒脈沖PPS進(jìn)行細(xì)分、對晶振輸出的頻率值實(shí)時(shí)更新、對GPS器件輸出的NMEA消息（GPS接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信息，有幾種不同的格式，如$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等，每種都是獨(dú)立相關(guān)的ASCII格式，逗點(diǎn)隔開數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流長度從30-100字符不等，以每秒間隔輸出）進(jìn)行實(shí)時(shí)解析以及在場信號(hào)觸發(fā)特征點(diǎn)處對時(shí)間的鎖存及處理，為分布式場信號(hào)測試節(jié)點(diǎn)在信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻提供高精度的絕對時(shí)間值。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)ns級的觸發(fā)時(shí)間精度。

本發(fā)明的信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻值獲取裝置包括：場信號(hào)測試用傳感器輸入接口、可編程邏輯器件、晶振、GPS器件以及電源器件；

所述場信號(hào)測試用傳感器輸入接口與所述可編程邏輯器件相連，用于輸入各種場信號(hào)（適用于數(shù)字輸入信號(hào)，模擬輸入信號(hào)需經(jīng)過A/D等轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)）；

所述可編程邏輯器件，用于判定所述各種場信號(hào)的信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻、解析并輸出觸發(fā)時(shí)刻值，該可編程邏輯器件用硬件編程語言實(shí)現(xiàn)五個(gè)模塊：鎖相環(huán)PLL模塊，信號(hào)觸發(fā)檢測模塊，NMEA消息解析模塊，秒內(nèi)時(shí)刻解析模塊和時(shí)間輸出控制模塊，其中所述的秒內(nèi)時(shí)刻解析模塊包括計(jì)數(shù)器，寄存器1，寄存器2；

所述晶振與所述可編程邏輯器件相連，晶振輸入經(jīng)過所述鎖相環(huán)PLL模塊，通過不同的分頻/倍頻為所述可編程邏輯器件的信號(hào)觸發(fā)檢測模塊、秒內(nèi)時(shí)刻解析模塊、NMEA消息解析模塊提供時(shí)鐘；

所述GPS器件通過串口將NMEA消息輸入所述可編程邏輯器件，通過普通I/O口為所述可編程邏輯器件提供秒脈沖PPS，所述GPS器件的兩路輸出信號(hào)同時(shí)輸入給可編程邏輯器件；

所述電源器件負(fù)責(zé)為所述場信號(hào)測試用傳感器輸入接口、可編程邏輯器件、晶振、GPS器件提供電源。

進(jìn)一步的，所述可編程邏輯器件中鎖相環(huán)PLL模塊為所述信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻值獲取裝置提供時(shí)鐘，通過倍頻為信號(hào)觸發(fā)檢測模塊提供時(shí)鐘信號(hào)，通過分頻為所述NMEA消息解析模塊提供時(shí)鐘，所述秒內(nèi)時(shí)刻解析模塊使用1倍頻晶振輸入頻率；

所述信號(hào)觸發(fā)檢測模塊在檢測到場測試信號(hào)超過預(yù)設(shè)閾值，且場測試信號(hào)的當(dāng)前信號(hào)值比前兩個(gè)連續(xù)信號(hào)值小時(shí)（即到達(dá)第一個(gè)信號(hào)峰值開始下降時(shí)）進(jìn)行觸發(fā)置位；

所述NMEA消息解析模塊對從所述GPS器件輸入的NMEA消息進(jìn)行解析，提取出相應(yīng)的年月日、時(shí)分秒信息以及GPS器件的衛(wèi)星定位狀態(tài)等，并用寄存器緩存，同時(shí)設(shè)置秒時(shí)刻解析標(biāo)志位flag；在秒脈沖PPS上升沿處對所述flag置1，所述NMEA消息解析模塊在當(dāng)前秒時(shí)刻解析出來時(shí)對所述flag置0，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)到來時(shí)，寄存器緩存的秒時(shí)刻加上所述flag的值即為此時(shí)真實(shí)的觸發(fā)時(shí)刻秒時(shí)刻值；