[發(fā)明專利]一種基于GPS的精確授時方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410306188.2
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN105281859B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉華松;吳允平;吳偉偉;陳寶山;翁競
• 申請（專利權(quán)）人: 福建吉星智能科技股份有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種授時領(lǐng)域，特別是一種基于GPS的精確授時方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)對時間的精確要求越來越高，如航空航天、深空通訊、信息高速公路、導(dǎo)航通信、電力傳輸?shù)取PS接收機(jī)通過解碼衛(wèi)星信號輸出準(zhǔn)確的同步時標(biāo)PPS信號及NMEA-0813協(xié)議報(bào)文（報(bào)文中包含了UTC時間、位置等信息），隨著GPS接收機(jī)集成度越來越高，價格越來越低，采用GPS接收機(jī)作為信息終端精確授時的技術(shù)路線已是本領(lǐng)域常用的技術(shù)手段，即在精度要求不高的應(yīng)用場合，僅解析其輸出的NMEA-0813協(xié)議報(bào)文獲得UTC時間（此方案時間誤差有數(shù)百毫秒）。

通常，PPS信號精度可達(dá)到納秒級，NMEA-0813協(xié)議報(bào)文是在產(chǎn)生高電平PPS信號并保持100ms時長后輸出的，在授時精度要求較高的應(yīng)用場合，往往采用結(jié)合PPS信號或其他輔助手段等來實(shí)現(xiàn)精確授時。如專利01134726.0提供了一種GPS衛(wèi)星授時遙測地震儀，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)測量、記錄，同步定時起爆等；2002年12月曾祥君、尹項(xiàng)根、K.K.Li等在《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》發(fā)表《GPS時鐘在線監(jiān)測與修正方法》，詳細(xì)分析說明了GPS時鐘誤差的影響因素，并指出推廣GPS時鐘在重要工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，需解決兩個問題：GPS時鐘的實(shí)時監(jiān)測和誤差補(bǔ)償，文章提出采用高精度晶振對GPS時鐘進(jìn)行監(jiān)測與校正的簡便實(shí)用方法，建立GPS時鐘誤差的測量模型，實(shí)現(xiàn)了一種高精度時鐘的產(chǎn)生方法；ZL200710180533.2公開了一種高精度數(shù)據(jù)錄取授時儀，將GPS的秒脈沖信息和絕對時間信息傳遞給錄取控制板并校正控制板的內(nèi)部時鐘，以滿足精度要求不高于為1×10^-4秒的應(yīng)用場合、提供異步串行測試接口且通信速率不高于38400bps、測試幀長度固定的真值設(shè)備或被測設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的錄取；專利ZL200710176937.4提供了一種基于全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的芯片級授時與同步方法及其設(shè)備，以滿足低成本的要求，其一個實(shí)施例可在使用普通溫度補(bǔ)償晶振（0.5PPM）的情況下，實(shí)現(xiàn)200ns級別的授時精度和50ns級別的同步精度；ZL200810060615.8提供了一種基于GPS技術(shù)對電表授時的裝置，為保證授時的精度，利用固定的補(bǔ)償值補(bǔ)償MCU和電表通信時間所產(chǎn)生的延時，具體是采用PPS信號觸發(fā)中斷，把內(nèi)部的當(dāng)前時間信息全部存儲起來，當(dāng)把GPS發(fā)送的報(bào)文信息全部解碼出來后再把解碼得到的時間信息加上觸發(fā)后到解碼完成所用的時間即可保證MCU內(nèi)部的時鐘與GPS時鐘保持比較高度的一致（誤差在1us以內(nèi)）。近年來，陸續(xù)有文獻(xiàn)公開了基于北斗和GPS雙模的高精度授時解決方案，以滿足不同行業(yè)的應(yīng)用需求。

因此，根據(jù)行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)和精度要求，如何用較低的成本實(shí)現(xiàn)較高精度的時間授時，仍然是一件很有價值的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在不增加輔助設(shè)備前提下，通過采用GPS的PPS信號和NMEA-0813報(bào)文協(xié)議、結(jié)合MCU微處理器的RTC時鐘和中斷機(jī)制，實(shí)現(xiàn)每分鐘零秒時刻的精確同步，從而達(dá)到滿足行業(yè)應(yīng)用的低成本精確授時應(yīng)用效果。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的設(shè)計(jì)技術(shù)方案是：

一種信息終端由GPS模塊101、MCU微處理器102、電源模塊103及晶振104組成，電源模塊103分別和GPS模塊101、MCU微處理器102相連，MCU微處理器102和GPS模塊101、晶振104相連，其中GPS模塊101的PPS信號引腳和MCU微處理器102具有中斷功能的INT引腳相連，GPS模塊101的UART引腳和MCU微處理器102的UART引腳，MCU微處理器102內(nèi)部RTC模塊和晶振104相連。

所述MCU微處理器，其和GPS模塊PPS信號連接的INT引腳中斷優(yōu)先級別設(shè)定為最高。

所述MCU微處理器，內(nèi)部有一個具有中斷功能的RTC時鐘功能單元，RTC時鐘的信號源來自晶振104。

所述MCU微處理器的UART引腳和GPS模塊UART引腳相連，MCU微處理器由此通道接收其輸出NMEA-0813協(xié)議報(bào)文。

所述MCU微處理器，當(dāng)接收到完整的GPS模塊NMEA-0813協(xié)議報(bào)文后，開始GPS報(bào)文數(shù)據(jù)解析，獲得報(bào)文中的UTC時間。

所述MCU微處理器，內(nèi)部有一個同步校準(zhǔn)時刻單元，控制信息終端進(jìn)行時鐘同步校準(zhǔn)的操作時刻；這個同步校準(zhǔn)時刻單元，單位為秒，保存的是解析獲得GPS報(bào)文UTC時間值后計(jì)算轉(zhuǎn)換的結(jié)果，轉(zhuǎn)換公式為：60-GPS UTC秒時間。