[發明專利]一種高精度的GPS同步授時系統及方法

有效

• 申請號: 201910035794.8
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109884877B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 劉富春;賀云;李向陽;楊德華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G04R20/02
• 分類號: G04R20/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;黃海波

1.一種高精度的GPS同步授時系統，其特征在于，包括：

GPS天線，用于接收衛星所發射的電磁波信號并轉變成電壓或電流信號發送給精密授時模塊處理；

精密授時模塊，一方面用于接收GPS天線發送的電壓或電流信號，再把原始觀測數據傳遞給ARM處理器；另一方面通過UART異步通信接收ARM處理器發送的數據，并進行數據處理以及作出相應的信息反饋，同時根據自身的EXTINT0和EXTINT1引腳電平變化，向所述ARM處理器發送其引腳電平變化時的GPS時間碼；

ARM處理器，通過控制精密授時模塊的引腳電平、解析所述精密授時模塊發送的GPS時間碼與本地時間對時，以進行對系統主頻的模擬校正以及數字校正，使得系統得到高穩頻率信息，并將本地時鐘同步到標準時間，以維持短期和長期的時間精度和穩定性；

外部有源的壓控晶振器，用于提供系統的時鐘源，并通過實時地調控其壓控端的輸入電壓，使其輸出頻率隨之改變，進行系統頻率校準。

2.根據權利要求1所述的高精度的GPS同步授時系統，其特征在于，所述壓控晶振器型號為TG5032CAN；所述精密授時模塊型號為NEO-LEA-M8T。

3.根據權利要求1所述的高精度的GPS同步授時系統，其特征在于，所述ARM處理器型號為STM32L4+單片機。

4.一種高精度的GPS同步授時方法，其特征在于，包括步驟：

步驟1、初始化硬件設備：對硬件平臺上電，初始化串口和子系統硬件平臺；

步驟2、配置NEO-LEA-M8T精密授時模塊：ARM處理器通過UART異步通信向精密授時模塊發送數據，設置精密授時模塊的參數，使授時模塊因EXTINT1引腳電平變化而發送對應的引腳電平變化時的GPS時間碼，并保存配置；

步驟3、本地時間同步授時：ARM處理器通過控制精密授時模塊的EXTINT1引腳電平，使得精密授時模塊發送其引腳電平變化時的GPS時間碼，對所述GPS時間碼進行解析并與EXTINT1引腳電平變化時的本地時間對時，調整本地時間，使其同步到標準的GPS時間；

步驟4、計算本地時間：根據所述ARM處理器的定時器TIM2和LPTIM1各自計數值計算本地時間的微秒，其中，本地時間的秒由LPTIM1的1秒中斷累加，小時、分鐘根據累加的秒數計算，年、月、日從所述精密授時模塊發送的GPS時間碼解析獲取；

步驟5、系統主頻的模擬校正：所述ARM處理器通過控制精密授時模塊的引腳電平，使精密授時模塊發送其引腳電平變化時的GPS時間碼，對所述GPS時間碼進行解析并與EXTINT1引腳電平變化時的本地時間對時，根據對時誤差調整外部有源的壓控晶振器的輸入電壓，使其輸出頻率隨之改變，對系統主頻進行模擬校正；

步驟6、系統主頻的數字校正：ARM處理器通過控制NEO-LEA-M8T精密授時模塊的引腳電平，使得模塊發送其引腳電平變化時的GPS時間碼，對所述GPS時間碼進行解析并與EXTINT1引腳電平變化時的本地時間對時，根據對時誤差調整ARM處理器定時器的分頻因子，對系統主頻進行數字校正；

步驟7、重復步驟4到步驟6，使得系統的頻率達到目標頻率，實現系統時間的精確同步，將本地時間同步到標準時間。

5.根據權利要求4所述的高精度的GPS同步授時方法，其特征在于，所述的步驟3具體包括：

ARM處理器通過控制授時模塊的EXTINT1引腳電平，檢測精密授時模塊發送的時間數據是否有效；待精密授時模塊正常發送有效的時間數據后，在定時器LPITIM1發生1秒中斷時，所述ARM處理器通過控制精密授時模塊的EXTINT1引腳電平，使得精密授時模塊發送其引腳電平變化時的GPS時間碼，所述ARM處理器解析GPS時間碼，并與精密授時模塊引腳電平變化時的本地時間對時，根據時間誤差調整本地時間，使其同步到標準的GPS時間。