本發(fā)明涉及一種為各種電子設(shè)備提供信號來源的頻率源設(shè)備，更具體說本發(fā)明涉及一種接收衛(wèi)星信號的可區(qū)域授時的便攜式多功能高穩(wěn)定頻率生成設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著各領(lǐng)域電子化建設(shè)的不斷深入，其業(yè)務(wù)處理和科學(xué)管理決策對計算機的依附程度越來越大。在各領(lǐng)域中，各種實時業(yè)務(wù)需要精確、可靠和公認的時間，而一般的計算機和互聯(lián)設(shè)備在時間穩(wěn)定度方面的設(shè)計上沒有明確的指標要求，這些設(shè)備的時鐘振蕩器工作在不受校對的自由振蕩情況下，在長期積累后會與UTC時間產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間的時間不統(tǒng)一，這樣會給網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理帶來很大問題。由于溫度變化、電磁干擾、振蕩器老化和生產(chǎn)調(diào)試等原因，時鐘的振蕩頻率和標準頻率之間存在一些誤差。這些誤差初看來似乎微不足道，而在長期積累后會產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。要使本地時間與標準時間實現(xiàn)統(tǒng)一或稱同步，就要解決時間這一量值的傳遞。時間量值的傳遞與其他量值的傳遞相比，一個十分重要的優(yōu)點是其可以借助無線電波實現(xiàn)量值的遠距離傳遞。這種利用無線電波發(fā)送標準時間信號的工作稱為授時。目前主要的授時技術(shù)主要有：基于短波、長波、北斗衛(wèi)星授時，基于國外的GPS授時技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)授時，電話撥號授時，SDH授時技術(shù)等。僅采用衛(wèi)星授時，雖然方便，但當(dāng)衛(wèi)星信號不好時，整個設(shè)備將處于癱瘓狀態(tài)，故其可靠性差。僅采用銣鐘作為本地鐘源，因其長期工作中存在漂移，引起頻率偏差。

傳統(tǒng)的頻標設(shè)備是通過原子鐘來產(chǎn)生所需的多種標準頻率信號，由于其必須連接外接參考信號，導(dǎo)致必須固定安裝，因此限定了其適用范圍；且原子鐘成本高、體積大，受環(huán)境影響大，可靠性低；另外必須外接秒信號來校頻，因此其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能單一，適用范圍有限；原子鐘短期穩(wěn)定度差，需要穩(wěn)很久才能達到較佳的指標，實際使用中相當(dāng)不便。若僅采用體積小的晶振，雖然短期穩(wěn)定度好，但長期穩(wěn)定度差，易老化，準確度低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種可靠性高、成本低、體積小、準確度高、長短穩(wěn)定度好、適用范圍廣的高穩(wěn)定性組合區(qū)域授時頻率生成設(shè)備。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種高穩(wěn)定性組合區(qū)域授時頻率生成設(shè)備，包括：接收切換單元、鎖定單元、信號處理單元和遠端授時單元，其特征在于：接收切換單元采用至少三個三合一天線和信號放大器串聯(lián)的3×3信號切換矩陣、多種接收機模塊和三選二開關(guān)來切換接收到的衛(wèi)星信號，三選二開關(guān)將選出的兩路不同源的衛(wèi)星秒信號輸入鎖定單元進行頻率鎖定，兩路不同源的衛(wèi)星秒信號經(jīng)鎖定單元中兩個獨立工作的模擬鎖相環(huán)、晶體振蕩器和信號分配器產(chǎn)生兩路鎖相后的標準頻率信號，并將兩路鎖相后的標準頻率信號分別輸出到信號處理單元A和信號處理單元B；在兩路不同源的衛(wèi)星秒信號中，其中一路還用來給并聯(lián)在三選二開與第一模擬鎖相環(huán)PLL_A之間的銣鐘進行校頻，含有兩個單刀雙擲開關(guān)并聯(lián)回路構(gòu)成的銣鐘鎖相單元可產(chǎn)生一路標準頻率信號，該標準頻率信號通過銣鐘鎖相單元后置單刀雙擲開關(guān)傳送至信號處理單元C；信號處理單元對來自鎖定單元的三種不同源頻率信號進行信號整形、放大、分路、編碼，分頻輸出到遠端授時單元，將來自信號處理單元的一路或多路標準頻率信號送入光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號，光信號通過一路或多路光纖傳輸至設(shè)備機房再轉(zhuǎn)為電信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)出，n個需要授時的時鐘表/設(shè)備單元通過其內(nèi)置接收天線接收授時，從而完成接收端時鐘/設(shè)備授時。

可靠性高。本發(fā)明采用三個可獨立工作的三合一天線、三個可獨立工作的接收機模塊，通過矩陣和開關(guān)切換的方式，將可選出的兩路不同的衛(wèi)星信號，進而產(chǎn)生兩路不同源的標準頻率信號。兩路不同源的衛(wèi)星秒信號經(jīng)鎖定單元中兩個可獨立工作的鎖相單元，同時銣鐘鎖相單元也采用鎖相單元1：1備份的方式；鎖相單元的輸出信號通過三個可獨立工作的信號處理單元，最終輸出多種功能的不同源的標準頻率信號，大大提高了電路的可靠性。例如有兩個天線，兩個接收機模塊均損壞造成無法工作的情況下，可以通過開關(guān)切換的方式選擇一路衛(wèi)星信號繼續(xù)工作；當(dāng)衛(wèi)星信號很差，三個天線和三個接收機芯片均損壞的情況下，還可以通過鎖定單元內(nèi)置的馴服銣鐘鎖相單元繼續(xù)工作，不會影響整個裝置的正常工作，和信號的準確度可靠性相噪等指標，從而大大延長了頻率源設(shè)備的使用壽命，減少了頻率源設(shè)備的維修次數(shù)。

成本低。本發(fā)明獨創(chuàng)地采用三個三合一天線的方式運用成熟的鎖相環(huán)PLL模塊頻率合成技術(shù)，通過功能強大的三合一天線，且成本低廉鏈路的靈敏度，相比于現(xiàn)有技術(shù)價格高昂的原子鐘組組成的頻標系統(tǒng)，大大降低了成本，并且拓展了頻率源設(shè)備的適用范圍，克服了現(xiàn)有技術(shù)功能單一，適用范圍有限的弊端。

體積小。本發(fā)明采用三個衛(wèi)星接收模塊的方式和超小體積銣鐘鎖相單元，發(fā)展成熟的集成PLL模塊，及超高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC芯片，相比于以往笨重的頻標設(shè)備，縮小了體積。

切換簡單。本發(fā)明中的三選二開關(guān)將接收切換單元產(chǎn)生的兩路不同源的標準衛(wèi)星秒信號傳輸給鎖定單元進行頻率鎖定和切換，鎖定單元可利用內(nèi)置兩個單刀雙擲開關(guān)選擇為銣鐘工作的鎖相環(huán)，整個裝置頻率轉(zhuǎn)換速度快(可小于10ms)，切換簡單快捷。本發(fā)明還可以通過人機交互單元分別與接收切換單元、鎖定單元、信號處理單元電連接，控制各種信號的走向和開關(guān)的切換，在實際使用中可通過編程的方式，可優(yōu)選地在整個裝置的外觀上安裝可觸摸顯示屏，實時查看天線接收衛(wèi)星信息，鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及工作狀態(tài)，信號處理及輸出狀態(tài)。用手指在屏上點擊開關(guān)，便可選擇相應(yīng)的工作通道，達到切換的目的。且可增加時間顯示，實時顯示衛(wèi)星時間。

準確度高、長短穩(wěn)定度好。本發(fā)明在電路中獨創(chuàng)地采用了可以同時接收秒信號和頻率信號的鎖相環(huán)，通過對比兩者的頻率或相位差，將晶體振蕩器鎖定在衛(wèi)星秒信號上，兼具了衛(wèi)星信號的時間準確度高和馴服晶體振蕩器的短期穩(wěn)定度好的優(yōu)點，克服了晶體振蕩器老化率高的缺點。信號處理單元分將來自鎖定單元的三種頻率信號進行信號整形、放大、分路、編碼和倍頻后，分頻輸出多種功能的不同源的標準頻率信號，工作穩(wěn)定可靠，輸出信號頻譜純度高。當(dāng)衛(wèi)星信號抖動時，馴服后的銣鐘鎖相單元可發(fā)揮其長期穩(wěn)定度好、準確度高的優(yōu)點。通過將衛(wèi)星信號、銣鐘鎖相單元、數(shù)字鎖相環(huán)PLL_B，模擬鎖相環(huán)PLL_A和模擬鎖相環(huán)PLL_C幾者的優(yōu)點結(jié)合起來，實現(xiàn)了高性能的信號輸出。

適用面廣。本發(fā)明通過接收多種不同的衛(wèi)星信號，實現(xiàn)了一種便攜式頻標源。只要此設(shè)備可以接收到三種衛(wèi)星信號中的任何一種，通過衛(wèi)星信號便可授時和產(chǎn)生標準高性能的頻率信號。當(dāng)捕捉不到衛(wèi)星信號或衛(wèi)星信號受到干擾時，也可用內(nèi)置銣鐘鎖相單元替代繼續(xù)工作。當(dāng)需要給本區(qū)域授時時，可外接兩個光電轉(zhuǎn)換模塊和天線，使用方便。本發(fā)明通過接收多種不同的衛(wèi)星信號，實現(xiàn)了一種便攜式頻標源。

查看衛(wèi)星天線是否受到干擾。由于衛(wèi)星信號和天線很容易受到不同程度的干擾，本發(fā)明通過接收到三種不同的衛(wèi)星信號，并利用開關(guān)選擇其中兩路衛(wèi)星信號進行鎖相輸出。通過對比兩路信號和銣鐘鎖相單元產(chǎn)生的信號，便可進行衛(wèi)星信號比對，得知是否某衛(wèi)星信號發(fā)生抖動，快速確定其是否受到干擾，天線是否安置妥當(dāng)。此裝置可接收多種衛(wèi)星信號并內(nèi)置超小體積銣鐘鎖相單元、鎖相環(huán)等實現(xiàn)多種高質(zhì)量標準頻率信號的輸出。其具有可靠性高、成本低、體積小、準確度高、長短穩(wěn)定度好、適用范圍廣，可批量生產(chǎn)等優(yōu)點。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明；應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過實施例來說明。

圖1是本發(fā)明高穩(wěn)定性組合區(qū)域授時頻率生成設(shè)備的電路原理示意圖。

具體實施方式

參閱圖1。在以下描述的一個最佳實施例中，一種高穩(wěn)定性組合區(qū)域授時頻率生成設(shè)備，可以通過接收多種衛(wèi)星信號，并內(nèi)置BM2102—06型超小體積銣鐘鎖相單元、鎖相環(huán)實現(xiàn)多種高質(zhì)量標準頻率信號的輸出。所述一種高穩(wěn)定性組合區(qū)域授時頻率生成設(shè)備，包括：接收切換單元、鎖定單元、信號處理單元和遠端授時單元，其中，接收切換單元采用至少三個三合一天線和信號放大器串聯(lián)的3×3信號切換矩陣、多種接收機模塊和三選二開關(guān)來切換接收到的衛(wèi)星信號，三選二開關(guān)將選出的兩路不同源的衛(wèi)星秒信號輸入鎖定單元進行頻率鎖定，兩路不同源的衛(wèi)星秒信號經(jīng)鎖定單元中兩個獨立工作的模擬鎖相環(huán)、晶體振蕩器和信號分配器產(chǎn)生兩路鎖相后的標準頻率信號，并將兩路鎖相后的標準頻率信號分別輸出到信號處理單元A和信號處理單元B；在兩路不同源的衛(wèi)星秒信號中，其中一路還用來給并聯(lián)在三選二開與第一模擬鎖相環(huán)PLL_A之間的銣鐘進行校頻，含有兩個單刀雙擲開關(guān)并聯(lián)回路構(gòu)成的銣鐘鎖相單元可產(chǎn)生一路標準頻率信號，該標準頻率信號通過銣鐘鎖相單元后置單刀雙擲開關(guān)傳送至信號處理單元C；信號處理單元對來自鎖定單元的三種不同源頻率信號進行信號整形、放大、分路和編碼，分頻輸出到遠端授時單元，將來自信號處理單元的一路或多路標準頻率信號送入光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號，光信號通過一路或多路光纖傳輸至設(shè)備機房再轉(zhuǎn)為電信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)出，n個需要授時的時鐘表/設(shè)備單元通過其內(nèi)置接收天線接收授時，從而完成接收端時鐘/設(shè)備授時。

接收切換單元包括：串聯(lián)在GPS/BD/GLONASS三合一天線與3×3信號切換矩陣之間的放大器和串聯(lián)在3×3信號切換矩陣與三選二開關(guān)之間的接收機模塊。接收機模塊由并聯(lián)在3×3信號切換矩陣與三選二開關(guān)之間的GPS接收機、BD接收機和GLONASS組成。

鎖定單元包括兩個模擬鎖相環(huán)單元和一個銣鐘鎖相單元，模擬鎖相環(huán)單元由順次串聯(lián)的模擬鎖相環(huán)PLL_A、晶體振蕩器和信號信號分配器組成，其中，兩路模擬鎖相環(huán)PLL_A將來自三選二開關(guān)的兩路不同的衛(wèi)星秒信號通過晶體振蕩器同頻后輸入信號信號分配器，同時，模擬鎖相環(huán)PLL_A通過對比來自三選二開關(guān)的兩路衛(wèi)星秒信號和信號分配器反饋的晶體振蕩器的頻率或相位差，控制晶體振蕩器振蕩產(chǎn)生與衛(wèi)星秒信號相關(guān)的標準頻率信號。

銣鐘鎖相單元包括并聯(lián)在三選二開關(guān)與模擬鎖相環(huán)PLL_A之間的銣鐘和串聯(lián)在所述銣鐘第一單刀雙擲開關(guān)，以及通過第一單刀雙擲開關(guān)，順次串聯(lián)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、數(shù)字鎖相環(huán)PLL_B、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC和并聯(lián)在第一單刀雙擲開關(guān)與第二單刀雙擲開關(guān)之間的模擬鎖相環(huán)PLL_C形成的并聯(lián)回路。

銣鐘鎖相單元可接收任何一路衛(wèi)星秒信號進行校頻。銣鐘鎖相單元根據(jù)接收的三選二開關(guān)給的衛(wèi)星秒信號對銣鐘進行校頻和馴服，馴服后的銣鐘產(chǎn)生的標準頻率信號可通過第一單刀雙擲開關(guān)和第二單刀雙擲開關(guān)選擇一路經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC送入數(shù)字鎖相環(huán)PLL_B、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC送入第二單刀雙擲開關(guān)，另一路通過模擬鎖相環(huán)PLL_C送入第二單刀雙擲開關(guān)，無論選擇哪一路信號工作，均通過第二單刀雙擲開關(guān)傳送至信號處理單元C。

信號處理單元包括串聯(lián)在兩路信號分配器輸出端與光電轉(zhuǎn)換器輸入端之間的信號處理單元A和信號處理單元B，還包括串聯(lián)在銣鐘鎖相單元輸出端與光電轉(zhuǎn)換器輸入端之間的信號處理單元C。

遠端授時單元主要包括至少兩個串聯(lián)的光電轉(zhuǎn)換器和電連接光電轉(zhuǎn)換器的發(fā)射天線。遠端授時單元接收信號處理單元輸出的一路或多路標準頻率信號，通過上述光電轉(zhuǎn)換器將標準頻率信號轉(zhuǎn)為光信號，光信號通過一路或多路光纖傳輸至需要授時位置的時鐘表/設(shè)備單元，通過電連接的光電轉(zhuǎn)換器將光信號恢復(fù)成電信號；電信號經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送至需要授時的時鐘表/設(shè)備單元，需要授時的鐘表及設(shè)備單元接收到天線發(fā)射的信號自動進行校時。

接收切換單元產(chǎn)生兩路不同源的衛(wèi)星秒信號，經(jīng)三選二開關(guān)選出的兩路不同的衛(wèi)星秒信號傳輸給鎖定單元中兩個獨立工作的模擬鎖相環(huán)單元，模擬鎖相環(huán)單元中的兩路擬鎖相環(huán)PLL_A通過各自串聯(lián)的晶體振蕩器和信號信號分配器產(chǎn)生兩路鎖相后的標準頻率信號，并將兩路鎖相后的標準頻率信號分別輸出到信號處理單元A和信號處理單元B；鎖定單元還可利用并聯(lián)在三選二開關(guān)與第一模擬鎖相環(huán)PLL_A之間的銣鐘產(chǎn)生標準頻率信號，通過銣鐘串聯(lián)的兩個單刀雙擲開關(guān)選擇一路銣鐘鎖相單元的鎖相環(huán)對銣鐘產(chǎn)生的標準頻率信號進行鎖定，并經(jīng)過后置的單刀雙擲開關(guān)傳送至信號處理單元C，從而形成輸出三種不同源的標準頻率信號。其中，銣鐘鎖相單元采用鎖相單元1：1備份的方式產(chǎn)生標準頻率信號。

信號處理單元分別將來自上述鎖定單元和銣鐘鎖相單元的三種不同源的標準頻率信號進行信號整形、放大、分路、編碼后，輸出多種功能的不同源的標準頻率信號。信號處理單元可通過放大器進行整形放大、功分器進行分路、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA進行分頻，編碼來對鎖定單元輸出的三種標準頻率信號進行信號整形、放大、分路、編碼和倍頻，分頻輸出多種功能的不同源的標準頻率信號。

鎖定單元輸入端接收來自接收切換單元的兩路不同源衛(wèi)星秒信號。第一路衛(wèi)星秒信號通過第一鎖相環(huán)單元模擬鎖相環(huán)PLL_A和順次串聯(lián)的晶體振蕩器和信號信號分配器傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧械男盘柼幚韱卧狝，第二路衛(wèi)星秒信號通過第二模擬鎖相環(huán)PLL_A和順次串聯(lián)的晶體振蕩器和信號信號分配器傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧械男盘柼幚韱卧狟。

銣鐘鎖相單元可以通過切換兩個并聯(lián)回路上的前后端單刀雙擲開關(guān)來選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、模擬鎖相環(huán)PLL_B、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC的鏈路工作，或與之并聯(lián)的模擬鎖相環(huán)PLL_C的鏈路工作，兩個并聯(lián)的鏈路均能實現(xiàn)將自身信號鎖定在以銣鐘頻率信號為參考的信號上。且各有優(yōu)劣，如ADC+PLL_B+DAC鏈路的優(yōu)點是體積小成本低，精度高，不易受環(huán)境溫度影響；模擬鎖相環(huán)PLL_C的優(yōu)點是鎖定時間短，易調(diào)試，近端相噪很低。實際中用戶可根據(jù)自身需求進行選配ADC+PLL_B+DAC和PLL_C任意一個，或兩個模擬鎖相環(huán)PLL_C，或兩個ADC+PLL_B+DAC。銣鐘鎖相單元的輸出信號傳輸?shù)叫盘柼幚韱卧械男盘柼幚韱卧狢，由此實現(xiàn)輸出三路不同源的標準頻率信號。

當(dāng)衛(wèi)星信號好時，信號處理單元A和信號處理單元B的性能較好，銣鐘鎖相單元最終輸出的信號是通過信號處理單元C作為備份的。

當(dāng)衛(wèi)星信號不好時，信號處理單元A和信號處理單元B的性能較差，衛(wèi)星信號一跳，鎖相單元中與信號處理單元A和信號處理單元B電連接的鎖相單元內(nèi)部的鎖相環(huán)就會失鎖，重新鎖定，此時銣鐘鎖相單元產(chǎn)生的最終信號，即信號處理單元C的穩(wěn)定度可靠性相噪等指標遠優(yōu)于信號處理單元A和信號處理單元B。因此此裝置適用范圍廣，可以搬移到環(huán)境很惡劣的郊外，也可置于室內(nèi)，滿足了目前不同環(huán)境不同設(shè)計的缺陷。