[發(fā)明專利]基于多導(dǎo)航系統(tǒng)的抗遮擋的高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)及其同步方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410446903.2
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104199278B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張杰;周棟明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院測量與地球物理研究所;張杰
• 主分類號: G04G7/00
• 分類號: G04G7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及時(shí)間頻率技術(shù)領(lǐng)域及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及基于多導(dǎo)航系統(tǒng)的抗遮擋的高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)及其同步方法。

背景技術(shù)

高精度同步時(shí)鐘在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，基于多導(dǎo)航系統(tǒng)的抗遮擋的高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)利用包括北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)對本地時(shí)鐘頻率實(shí)時(shí)校正，并提供與多模接收機(jī)的時(shí)間信號嚴(yán)格同步的同步信號。該同步時(shí)鐘系統(tǒng)可用于野外測量勘探、網(wǎng)絡(luò)授時(shí)、電力電網(wǎng)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，為這些領(lǐng)域提供高精度、高可靠的同步時(shí)鐘，且該發(fā)明設(shè)備具有抗遮擋特性，所以特別適合野外測量勘探。

本發(fā)明利用了國家大力發(fā)展的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，彌補(bǔ)了目前國內(nèi)同步時(shí)鐘只利用GPS、GLONASS的不足之處，同時(shí)使用其他導(dǎo)航系統(tǒng)增強(qiáng)了同步時(shí)鐘的可靠性、穩(wěn)定性及提高了時(shí)間同步精度。本發(fā)明采用以嵌入式FPGA為主要核心器件的架構(gòu)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度，降低了系統(tǒng)功耗和成本，同時(shí)解決了同步時(shí)鐘應(yīng)用領(lǐng)域中野外測量勘探、電力電網(wǎng)系統(tǒng)等野外同步難的問題。

目前基于導(dǎo)航系統(tǒng)的同步時(shí)鐘大多數(shù)都是基于銣鐘、銫鐘，限制了其應(yīng)用范圍，且原子鐘有功耗大、預(yù)熱時(shí)間長、成本高、體積大等不足，本發(fā)明同步時(shí)鐘系統(tǒng)的時(shí)鐘源采用普通的恒溫晶振，有效的解決了這些不足之處，且同步時(shí)鐘系統(tǒng)發(fā)明中采用了一種獨(dú)特的同步方法，使系統(tǒng)具有抗遮擋性，這是目前馴服時(shí)鐘領(lǐng)域不具備的性能，保證了導(dǎo)航信號被遮擋時(shí)系統(tǒng)也能夠提供高精度同步信號，并且短暫接收到有效導(dǎo)航信號后也能夠有效馴服本地時(shí)鐘，清除累計(jì)同步誤差，延長抗遮擋時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目是提供基于多導(dǎo)航系統(tǒng)的抗遮擋的高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)及其同步方法，并為其他設(shè)備提供高精度同步信號，且在導(dǎo)航信號被遮擋的一段時(shí)間內(nèi)也能保證較高的同步精度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

基于多導(dǎo)航系統(tǒng)的抗遮擋的高精度同步時(shí)鐘系統(tǒng)至少包括信號處理模塊、核心控制模塊、壓控電壓模塊、恒溫晶振模塊、多模接收機(jī)模塊及外部接口模塊。所述信號處理模塊與核心控制模塊、恒溫晶振模塊、多模接收機(jī)模塊及外部接口模塊相連，并實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間間隔測量、IRIG_B碼編碼、同步信號產(chǎn)生等功能；所述核心控制模塊與信號處理模塊、多模接收機(jī)模塊、壓控電壓模塊相連，且實(shí)現(xiàn)了本地恒溫晶振馴服算法、壓控電壓控制及時(shí)間同步方法；所述壓控電壓模塊與核心控制模塊和恒溫晶振相連，同時(shí)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和放大電路控制本地恒溫晶振的壓控電壓；所述恒溫晶振模塊與壓控電壓模塊和信號處理模塊相連，為本發(fā)明提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號；所述多模接收機(jī)模塊與信號處理模塊和核心控制模塊相連，且多模接收機(jī)模塊的時(shí)間信號作為本發(fā)明的參考時(shí)間信號；所述外部接口模塊與信號處理模塊相連，并提供標(biāo)準(zhǔn)接口形式的高精度同步信號和通信接口。

所述高精度時(shí)間間隔測量方法為連續(xù)不間斷的脈沖填補(bǔ)法，所述本地恒溫晶振馴服算法為基于改進(jìn)滑動平均濾波的算法，所述IRIG_B碼格式的時(shí)間信號包括高精度時(shí)間同步信號及詳細(xì)的時(shí)間信息(秒、分、時(shí)、天、月、年)。

按上述方案，所述信號處理模塊的核心器件為現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)，F(xiàn)PGA內(nèi)部邏輯單元采用連續(xù)不間斷的脈沖填補(bǔ)法測量本地時(shí)鐘與參考時(shí)間信號(多模接收機(jī)模塊的時(shí)間信號作為同步時(shí)鐘系統(tǒng)的參考時(shí)間信號)的相位差，且在多模接收模塊失鎖期間信號處理模塊也始終測量二者的相位差，連續(xù)不間斷的測量能夠?qū)崿F(xiàn)了高精度時(shí)間間隔測量。

按上述方案，核心控制器(Cortex-M3內(nèi)核)先對時(shí)間間隔測量數(shù)據(jù)(包括多模接收機(jī)模塊失鎖期間測量的時(shí)間間隔數(shù)據(jù))進(jìn)行基于改進(jìn)滑動平均濾波算法的濾波，然后計(jì)算出本地恒溫晶振的頻率偏差，最后根據(jù)頻率偏差調(diào)節(jié)本地恒溫晶振的頻率，但在多模接收機(jī)模塊失鎖期間核心控制器不計(jì)算本地恒溫晶振的頻率偏差。

按上述方案，可編程門陣列器件(FPGA)內(nèi)部邏輯單元采用沿觸發(fā)方式提供固定頻率的1Hz、10Hz、50Hz、100Hz，250Hz高精度同步信號，同時(shí)提供IRIG_B碼格式的時(shí)間信號。

按上述方案，同步時(shí)鐘系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求提供以1ms為單位的周期可變的采樣脈沖和以1s為單位的周期和啟動時(shí)間都可設(shè)置的啟動脈沖，且采樣脈沖、啟動脈沖與秒信號嚴(yán)格同步。

按上述方案，所述的壓控電壓模塊包含了數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，壓控電壓控制電路利用放大倍數(shù)不同(放大倍數(shù)大于1的放大電路用于調(diào)節(jié)壓控電壓的范圍，放大倍數(shù)小于1的放大電路用于提高壓控電壓的分辨率)的兩路放大電路放大DAC輸出電壓，該方法提高了壓控電壓的分辨率。