[發(fā)明專利]一種基于核密度估計法的BDS與GPS雙源秒脈沖無縫切換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610919164.3
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106527110B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉運毅;黃旭方;唐秋玲;鄧力
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號: G04R20/02
• 分類號: G04R20/02
• 代理公司: 廣西南寧明智專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 45106
• 代理人: 農(nóng)勁風(fēng)

本發(fā)明提供了一種基于核密度估計法的BDS與GPS雙源秒脈沖無縫切換方法，本方法通過FPGA的內(nèi)部鎖相環(huán)把外部的恒溫晶振時鐘進行擴頻獲得高頻時鐘脈沖，再對BDS與GPS的秒脈沖分別進行納秒級計數(shù)。在計數(shù)過程中，利用核密度估計法獲得FPGA時鐘系統(tǒng)誤差、BDS與GPS的秒脈沖各自的抖動導(dǎo)致高頻時鐘脈沖計數(shù)的統(tǒng)計特性，確定每個秒脈沖失效閾值、抖動補償量，實現(xiàn)雙源秒脈沖的在線切換。當(dāng)給授時時鐘源配備BDS與GPS雙源時，通過這種方法可以降低雙源秒脈沖切換時的抖動，提高秒脈沖的授時精度，進而能夠大大提高授時時鐘源的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于核密度估計法(Kernel Density Estimate，KDE)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)與全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioning System，GPS)雙源秒脈沖(1Pulse Per Second，1PPS)無縫切換方法，屬于衛(wèi)星授時技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

移動通信以及智能電網(wǎng)和智能化變電站的快速推進要求全網(wǎng)協(xié)調(diào)一致，對時間同步的要求日益迫切，需要準(zhǔn)確、安全、可靠的時鐘信號為系統(tǒng)各類運行設(shè)備和業(yè)務(wù)提供精確的時間服務(wù)。

目前，在移動通信領(lǐng)域中，基站的時間同步要求為：①基站應(yīng)支持通過1PPS信號和TOD信息輸入獲得同步定時信息，使基站與傳輸網(wǎng)絡(luò)上游時間同步設(shè)備之間滿足空口時間和頻率精度要求的同步；②對于1PPS秒脈沖，采用上升沿作為準(zhǔn)時沿，上升時間應(yīng)小于50ns，脈寬應(yīng)為20ms～200ms；③TOD信息波特率默認(rèn)為9600，無奇偶校驗，1個起始位(用低電平表示)，1個停止位(用高電平表示)，空閑幀為高電平，8個數(shù)據(jù)位，應(yīng)在1PPS上升沿1ms后開始傳送TOD信息，并在500ms內(nèi)傳完，此TOD消息標(biāo)示當(dāng)前1PPS觸發(fā)上升沿時間。TOD協(xié)議報文發(fā)送頻率為每秒1次。

電力系統(tǒng)對時間同步精度的要求是：①故障記錄的同步精度要求1ms；②對狀態(tài)量采集的同步精度要求40μs；③繼電保護現(xiàn)場試驗的同步精度要求10μs；④相量實時測量的同步精度要求5μs；⑤行波故障，若要達到300m的定位精度，同步精度要求1μs，考慮散射因素的影響，同步精度要求0.5μs左右。根據(jù)時間傳播技術(shù)的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，電力系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘的精度可以定為0.5～1μs。

由于在通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)對時間同步的要求都很高，保證時鐘同步的授時時鐘源成為了系統(tǒng)核心設(shè)備，授時時鐘源設(shè)備的失效將會引起整個系統(tǒng)的崩潰。為了增加授時時鐘源的可靠性，我們需要配備多個時鐘源并實現(xiàn)多個時鐘源的在線無縫切換，因此研究多時鐘源在線無縫切換方法對保證通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的可靠性有較高的實際應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于核密度估計法(KDE)的中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)與全球定位系統(tǒng)(GPS)雙源秒脈沖(1PPS)無縫切換方法，通過這種方法可以降低雙源秒脈沖切換時的抖動，提高秒脈沖的授時精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案為：

一種基于核密度估計法的BDS與GPS雙源秒脈沖無縫切換方法，包括以下步驟：

步驟1、通過FPGA(Field Programmable Gate Array)的內(nèi)部鎖相環(huán)把外部的50MHz恒溫晶振時鐘CLOCK_50M進行擴頻，獲得200MHz高頻時鐘脈沖CLOCK_200M；

步驟2、利用CLOCK_200M時鐘脈沖驅(qū)動64位計數(shù)器，獲得每個時鐘的計數(shù)索引SystemCountIndex；同時在CLOCK_200M時鐘脈沖驅(qū)動下，分別對BDS與GPS的秒脈沖上升沿進行檢測，獲得BDS與GPS的秒脈沖上升沿位置編號BDS_PulseEdgeCountIndex、GPS_PulseEdgeCountIndex，再根據(jù)前后的位置差獲得BDS與GPS的秒脈沖寬度計數(shù)BDS_PulseEdgeSpan、GPS_PulseEdgeSpan；