Gps北斗雙模授時(shí)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及衛(wèi)星授時(shí)【技術(shù)領(lǐng)域】，公開(kāi)了一種GPS北斗雙模授時(shí)方法及系統(tǒng)，該方法包括：S1，接收GPS和北斗衛(wèi)星信號(hào)；S2，根據(jù)接收的所述衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)處理輸出秒脈沖信號(hào)；S3，測(cè)量輸出的秒脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘分頻得出的秒脈沖信號(hào)之間的差值；S4，將兩秒脈沖信號(hào)的所述差值經(jīng)過(guò)處理得到頻差數(shù)字信號(hào)；S5，將所述頻差數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出，并通過(guò)輸出的電壓來(lái)控制校正本地時(shí)鐘。本發(fā)明將邏輯處理、軟件算法處理、以及分頻處理都集成在控制處理裝置(FPGA)中來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使得系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)難度降低，開(kāi)發(fā)周期變短，也節(jié)省了物料成本。
【專利說(shuō)明】GPS北斗雙模授時(shí)方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星授時(shí)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，是涉及一種GPS北斗雙模授時(shí)方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]高精度、安全可靠的時(shí)間同步是當(dāng)代電網(wǎng)乃至未來(lái)智能電網(wǎng)運(yùn)行的一項(xiàng)基本要求。當(dāng)前大部分的同步設(shè)備為了得到準(zhǔn)確的時(shí)間，使用原子鐘或者高精度的恒溫晶振，但是這種方案的成本太高、尺寸大，不利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。如果使用一般的壓控溫補(bǔ)晶振或者壓控晶振，那么在晶振頻率的準(zhǔn)確度上有巨大限制?！氨倍窌r(shí)間”是以我國(guó)自行研制和建立的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”為基礎(chǔ)，通過(guò)“北斗電力全網(wǎng)時(shí)間同步管理系統(tǒng)”的精確授時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全可靠、高精度時(shí)鐘的時(shí)間同步。
[0003]新采用的時(shí)間同步裝置通過(guò)接收北斗和GPS衛(wèi)星信號(hào)。兩時(shí)間源互為備用，解決了單一依賴GPS存在的重大安全隱患，為實(shí)現(xiàn)真正意義的全網(wǎng)同步、數(shù)字化電站和未來(lái)智能電網(wǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0004]但是，現(xiàn)有的雙模授時(shí)系統(tǒng)及裝置在方案設(shè)計(jì)上均采用將邏輯功能與MCU的功能分開(kāi)處理，例如，使用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯功能，使用DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)MCU的功能。這既增加了物料成本，又增加了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期及復(fù)雜程度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何高集成度地實(shí)現(xiàn)雙模授時(shí)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一方面提供了一種GPS北斗雙模授時(shí)方法，包括步驟:
[0007]SI，接收GPS和北斗衛(wèi)星信號(hào)；
[0008]S2，根據(jù)接收的所述衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)處理輸出秒脈沖信號(hào)；
[0009]S3，測(cè)量輸出的秒脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘分頻得出的秒脈沖信號(hào)之間的差值；
[0010]S4，將兩秒脈沖信號(hào)的所述差值經(jīng)過(guò)處理得到頻差數(shù)字信號(hào)；
[0011]S5，將所述頻差數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出，并通過(guò)輸出的電壓來(lái)控制校正本地時(shí)鐘。
[0012]優(yōu)選地，步驟S5校正后的本地時(shí)鐘再經(jīng)分頻得出秒脈沖信號(hào)反饋給步驟S3，以此進(jìn)行周期性的循環(huán)授時(shí)校正。
[0013]另一方面，本發(fā)明還同時(shí)提供了一種GPS北斗雙模授時(shí)系統(tǒng)，包括:
[0014]雙模天線，用于接收GPS和北斗的衛(wèi)星信號(hào)；
[0015]雙模接收裝置，用于根據(jù)接收的所述衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)處理輸出秒脈沖信號(hào)；
[0016]時(shí)間間隔測(cè)量裝置，用于測(cè)量輸出的秒脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘分頻得出的秒脈沖信號(hào)之間的差值；
[0017]控制處理裝置，用于將兩秒脈沖信號(hào)的所述差值經(jīng)過(guò)處理得到頻差數(shù)字信號(hào)；
[0018]數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述頻差數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出，并通過(guò)輸出的電壓來(lái)控制校正本地時(shí)鐘。
[0019]優(yōu)選地，所述控制處理裝置為可編程邏輯器件。
[0020]優(yōu)選地，所述控制處理裝置包括內(nèi)建的N1S II軟核。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述本地時(shí)鐘為T(mén)CXO、OCXO或銣鐘。
[0022]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括分頻模塊，用于將校正后的本地時(shí)鐘再經(jīng)分頻得出秒脈沖信號(hào)反饋給所述時(shí)間間隔測(cè)量裝置。
[0023]優(yōu)選地，所述分頻模塊集成在所述控制處理裝置中。
[0024]優(yōu)選地，所述分頻模塊為可編程邏輯器件的內(nèi)部鎖相環(huán)。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案將邏輯處理、軟件算法處理、以及分頻處理都集成在控制處理裝置(FPGA)中來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使得系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)難度降低，開(kāi)發(fā)周期變短，也節(jié)省了物料成本。另外本發(fā)明采用FPGA來(lái)做整個(gè)系統(tǒng)的控制處理，比采用MCU具有更大的靈活性，有助于系統(tǒng)后續(xù)的升級(jí)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明一種GPS北斗雙模授時(shí)系統(tǒng)工作流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明一種GPS北斗雙模授時(shí)方法步驟流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述描述是以說(shuō)明本發(fā)明的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]本發(fā)明提供一種基于FPGA的GPS北斗雙模授時(shí)系統(tǒng)，主要由GPS北斗雙模天線、GPS北斗雙模接收機(jī)、時(shí)間間隔測(cè)量模塊、FPGA、DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置)以及OCXO (本地時(shí)鐘)構(gòu)成。其中，雙模天線主要接收北斗和GPS的衛(wèi)星信號(hào)，GPS北斗雙模接收機(jī)主要是接收來(lái)自天線的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，輸出IPPS(秒脈沖信號(hào))。時(shí)間間隔測(cè)量模塊是用來(lái)測(cè)量雙模接收機(jī)輸出的IPPS與本地的OCXO (恒溫晶振)分頻得到的IPPS之間的差值。FPGA是一種可編程邏輯器件，在其內(nèi)部集成了邏輯功能、軟件處理功能、以及分頻等功能。軟件處理是通過(guò)NISO II軟核實(shí)現(xiàn)，分頻是通過(guò)FPGA內(nèi)部的鎖相環(huán)功能實(shí)現(xiàn)。DAC是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將FPGA處理的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出。其中，OCXO是本地時(shí)鐘，它的時(shí)鐘輸出精度受DAC的輸出電壓控制，這里本地時(shí)鐘也可以是OCXO或者銣鐘，這里不作具體的限制。
[0030]整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)流程如圖1所示，具體為:
[0031]第一步，天線接收到GPS或者北斗信號(hào)之后，送給接收機(jī)解調(diào)得到秒脈沖信號(hào)；
[0032]第二步，接收機(jī)再把這個(gè)IPPS送到時(shí)間間隔測(cè)量模塊，同時(shí)本地OCXO產(chǎn)生的時(shí)鐘經(jīng)過(guò)FPGA分頻也會(huì)得到1PPS，再將這個(gè)IPPS送到時(shí)間間隔測(cè)量模塊，由此得到兩者的差值；
[0033]第三步，該時(shí)間差值再送進(jìn)FPGA經(jīng)過(guò)軟件算法處理，得到一個(gè)新的數(shù)字信號(hào)；
[0034]第四步，F(xiàn)PGA將處理的數(shù)據(jù)送給DAC ；
[0035]第五步，DAC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，送到OCXO的電壓控制端；
[0036]第六步，OCXO根據(jù)控制電壓調(diào)整輸出的時(shí)鐘精度送給FPGA進(jìn)行分頻；
[0037]第七步，F(xiàn)PGA將分頻得到的IPPS送進(jìn)時(shí)間間隔測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量；
[0038]第八步，重復(fù)第二步到第七步。
[0039]另外，本發(fā)明還公開(kāi)一種GPS北斗雙模授時(shí)方法，如圖2所示，具體包括以下步驟:
[0040]步驟SlOl，運(yùn)用雙模天線接收GPS和北斗衛(wèi)星信號(hào)；
[0041]步驟S102，運(yùn)用雙模接收裝置接收來(lái)自所述雙模天線的射頻信號(hào)，并經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，輸出秒脈沖信號(hào)；
[0042]步驟S103，運(yùn)用時(shí)間間隔測(cè)量裝置測(cè)量所述雙模接收裝置輸出的秒脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘分頻得出的秒脈沖信號(hào)之間的差值；
[0043]步驟S104，運(yùn)用控制處理裝置控制處理整個(gè)系統(tǒng)，并將所述時(shí)間差值經(jīng)過(guò)軟件算法處理得到一個(gè)數(shù)字信號(hào)；
[0044]步驟S105，運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置將所述控制處理裝置處理的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出，并通過(guò)輸出的電壓來(lái)控制本地時(shí)鐘。
[0045]其中，控制處理裝置(FPGA)集成了系統(tǒng)的邏輯處理、軟件算法處理以及分頻處理功能。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn):
[0047]1.方案簡(jiǎn)潔，集成度高，可靠性好，系統(tǒng)的邏輯處理、軟件算法處理以及分頻處理都是由一顆FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)，這比使用單獨(dú)的邏輯處理芯片和軟件處理芯片組合的方案要具有更高集成度和可靠性。
[0048]2.節(jié)省物料成本，降低設(shè)計(jì)難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，由于只使用了一顆FPGA芯片，因此這比以往使用兩顆或多顆芯片具有成本優(yōu)勢(shì)，也可以降低設(shè)計(jì)的難度，縮短開(kāi)發(fā)周期。
[0049]上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種GPS北斗雙模授時(shí)方法，其特征在于，所述方法包括步驟: SI，接收GPS和北斗衛(wèi)星信號(hào)； S2，根據(jù)接收的所述衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)處理輸出秒脈沖信號(hào)； S3，測(cè)量輸出的秒脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘分頻得出的秒脈沖信號(hào)之間的差值； S4，將兩秒脈沖信號(hào)的所述差值經(jīng)過(guò)處理得到頻差數(shù)字信號(hào)； S5，將所述頻差數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出，并通過(guò)輸出的電壓來(lái)控制校正本地時(shí)鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5校正后的本地時(shí)鐘再經(jīng)分頻得出秒脈沖信號(hào)反饋給步驟S3，以此進(jìn)行周期性的循環(huán)授時(shí)校正。
3.—種GPS北斗雙模授時(shí)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 雙模天線，用于接收GPS和北斗的衛(wèi)星信號(hào)； 雙模接收裝置，用于根據(jù)接收的所述衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)處理輸出秒脈沖信號(hào)； 時(shí)間間隔測(cè)量裝置，用于測(cè)量輸出的秒脈沖信號(hào)與本地時(shí)鐘分頻得出的秒脈沖信號(hào)之間的差值； 控制處理裝置，用于將兩秒脈沖信號(hào)的所述差值經(jīng)過(guò)處理得到頻差數(shù)字信號(hào)； 數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，用于將所述頻差數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬電壓輸出，并通過(guò)輸出的電壓來(lái)控制校正本地時(shí)鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制處理裝置為可編程邏輯器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制處理裝置包括內(nèi)建的N1SII軟核。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述本地時(shí)鐘為T(mén)CXO、OCXO或銣鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括分頻模塊，用于將校正后的本地時(shí)鐘再經(jīng)分頻得出秒脈沖信號(hào)反饋給所述時(shí)間間隔測(cè)量裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分頻模塊集成在所述控制處理裝置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分頻模塊為可編程邏輯器件的內(nèi)部鎖相環(huán)。
【文檔編號(hào)】G04R20/02GK104460312SQ201410843782
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】張建國(guó), 黃磊, 薛珊珊, 張小倩 申請(qǐng)人:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司