Gps北斗雙模授時方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及衛星授時【技術領域】，公開了一種GPS北斗雙模授時方法及系統，該方法包括：S1，接收GPS和北斗衛星信號；S2，根據接收的所述衛星信號，經處理輸出秒脈沖信號；S3，測量輸出的秒脈沖信號與本地時鐘分頻得出的秒脈沖信號之間的差值；S4，將兩秒脈沖信號的所述差值經過處理得到頻差數字信號；S5，將所述頻差數字信號轉化為模擬電壓輸出，并通過輸出的電壓來控制校正本地時鐘。本發明將邏輯處理、軟件算法處理、以及分頻處理都集成在控制處理裝置(FPGA)中來實現，這使得系統整體的設計難度降低，開發周期變短，也節省了物料成本。
【專利說明】GPS北斗雙模授時方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及衛星授時【技術領域】，更具體地說，是涉及一種GPS北斗雙模授時方法及系統。
【背景技術】
[0002]高精度、安全可靠的時間同步是當代電網乃至未來智能電網運行的一項基本要求。當前大部分的同步設備為了得到準確的時間，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，不利于產品設計。如果使用一般的壓控溫補晶振或者壓控晶振，那么在晶振頻率的準確度上有巨大限制。“北斗時間”是以我國自行研制和建立的“北斗衛星導航定位系統”為基礎，通過“北斗電力全網時間同步管理系統”的精確授時系統實現安全可靠、高精度時鐘的時間同步。
[0003]新采用的時間同步裝置通過接收北斗和GPS衛星信號。兩時間源互為備用，解決了單一依賴GPS存在的重大安全隱患，為實現真正意義的全網同步、數字化電站和未來智能電網打下堅實的基礎。
[0004]但是，現有的雙模授時系統及裝置在方案設計上均采用將邏輯功能與MCU的功能分開處理，例如，使用CPLD來實現邏輯功能，使用DSP來實現MCU的功能。這既增加了物料成本，又增加了系統的開發周期及復雜程度。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何高集成度地實現雙模授時。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的一方面提供了一種GPS北斗雙模授時方法，包括步驟:
[0007]SI，接收GPS和北斗衛星信號；
[0008]S2，根據接收的所述衛星信號，經處理輸出秒脈沖信號；
[0009]S3，測量輸出的秒脈沖信號與本地時鐘分頻得出的秒脈沖信號之間的差值；
[0010]S4，將兩秒脈沖信號的所述差值經過處理得到頻差數字信號；
[0011]S5，將所述頻差數字信號轉化為模擬電壓輸出，并通過輸出的電壓來控制校正本地時鐘。
[0012]優選地，步驟S5校正后的本地時鐘再經分頻得出秒脈沖信號反饋給步驟S3，以此進行周期性的循環授時校正。
[0013]另一方面，本發明還同時提供了一種GPS北斗雙模授時系統，包括:
[0014]雙模天線，用于接收GPS和北斗的衛星信號；
[0015]雙模接收裝置，用于根據接收的所述衛星信號，經處理輸出秒脈沖信號；
[0016]時間間隔測量裝置，用于測量輸出的秒脈沖信號與本地時鐘分頻得出的秒脈沖信號之間的差值；
[0017]控制處理裝置，用于將兩秒脈沖信號的所述差值經過處理得到頻差數字信號；
[0018]數模轉換裝置，用于將所述頻差數字信號轉化為模擬電壓輸出，并通過輸出的電壓來控制校正本地時鐘。
[0019]優選地，所述控制處理裝置為可編程邏輯器件。
[0020]優選地，所述控制處理裝置包括內建的N1S II軟核。
[0021 ] 優選地，所述本地時鐘為TCXO、OCXO或銣鐘。
[0022]優選地，所述系統還包括分頻模塊，用于將校正后的本地時鐘再經分頻得出秒脈沖信號反饋給所述時間間隔測量裝置。
[0023]優選地，所述分頻模塊集成在所述控制處理裝置中。
[0024]優選地，所述分頻模塊為可編程邏輯器件的內部鎖相環。
[0025]本發明的技術方案將邏輯處理、軟件算法處理、以及分頻處理都集成在控制處理裝置(FPGA)中來實現，這使得系統整體的設計難度降低，開發周期變短，也節省了物料成本。另外本發明采用FPGA來做整個系統的控制處理，比采用MCU具有更大的靈活性，有助于系統后續的升級。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明一種GPS北斗雙模授時系統工作流程圖；
[0027]圖2是本發明一種GPS北斗雙模授時方法步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例為實施本發明的較佳實施方式，所述描述是以說明本發明的一般原則為目的，并非用以限定本發明的范圍。本發明的保護范圍應當以權利要求所界定者為準，基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0029]本發明提供一種基于FPGA的GPS北斗雙模授時系統，主要由GPS北斗雙模天線、GPS北斗雙模接收機、時間間隔測量模塊、FPGA、DAC (數模轉換裝置)以及OCXO (本地時鐘)構成。其中，雙模天線主要接收北斗和GPS的衛星信號，GPS北斗雙模接收機主要是接收來自天線的射頻信號，經過內部處理，輸出IPPS(秒脈沖信號)。時間間隔測量模塊是用來測量雙模接收機輸出的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NISO II軟核實現，分頻是通過FPGA內部的鎖相環功能實現。DAC是數模轉換模塊，將FPGA處理的數字信號轉化為模擬電壓輸出。其中，OCXO是本地時鐘，它的時鐘輸出精度受DAC的輸出電壓控制，這里本地時鐘也可以是OCXO或者銣鐘，這里不作具體的限制。
[0030]整個裝置的結構流程如圖1所示，具體為:
[0031]第一步，天線接收到GPS或者北斗信號之后，送給接收機解調得到秒脈沖信號；
[0032]第二步，接收機再把這個IPPS送到時間間隔測量模塊，同時本地OCXO產生的時鐘經過FPGA分頻也會得到1PPS，再將這個IPPS送到時間間隔測量模塊，由此得到兩者的差值；
[0033]第三步，該時間差值再送進FPGA經過軟件算法處理，得到一個新的數字信號；
[0034]第四步，FPGA將處理的數據送給DAC ；
[0035]第五步，DAC將數字信號轉化為模擬電壓信號，送到OCXO的電壓控制端；
[0036]第六步，OCXO根據控制電壓調整輸出的時鐘精度送給FPGA進行分頻；
[0037]第七步，FPGA將分頻得到的IPPS送進時間間隔測量模塊進行測量；
[0038]第八步，重復第二步到第七步。
[0039]另外，本發明還公開一種GPS北斗雙模授時方法，如圖2所示，具體包括以下步驟:
[0040]步驟SlOl，運用雙模天線接收GPS和北斗衛星信號；
[0041]步驟S102，運用雙模接收裝置接收來自所述雙模天線的射頻信號，并經過內部處理，輸出秒脈沖信號；
[0042]步驟S103，運用時間間隔測量裝置測量所述雙模接收裝置輸出的秒脈沖信號與本地時鐘分頻得出的秒脈沖信號之間的差值；
[0043]步驟S104，運用控制處理裝置控制處理整個系統，并將所述時間差值經過軟件算法處理得到一個數字信號；
[0044]步驟S105，運用數模轉換裝置將所述控制處理裝置處理的數字信號轉化為模擬電壓輸出，并通過輸出的電壓來控制本地時鐘。
[0045]其中，控制處理裝置(FPGA)集成了系統的邏輯處理、軟件算法處理以及分頻處理功能。
[0046]與現有技術相比，本發明具有如下特點:
[0047]1.方案簡潔，集成度高，可靠性好，系統的邏輯處理、軟件算法處理以及分頻處理都是由一顆FPGA來實現，這比使用單獨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.節省物料成本，降低設計難度，縮短開發周期，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勢，也可以降低設計的難度，縮短開發周期。
[0049]上述說明示出并描述了本發明的若干優選實施例，但如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種GPS北斗雙模授時方法，其特征在于，所述方法包括步驟: SI，接收GPS和北斗衛星信號； S2，根據接收的所述衛星信號，經處理輸出秒脈沖信號； S3，測量輸出的秒脈沖信號與本地時鐘分頻得出的秒脈沖信號之間的差值； S4，將兩秒脈沖信號的所述差值經過處理得到頻差數字信號； S5，將所述頻差數字信號轉化為模擬電壓輸出，并通過輸出的電壓來控制校正本地時鐘。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S5校正后的本地時鐘再經分頻得出秒脈沖信號反饋給步驟S3，以此進行周期性的循環授時校正。
3.—種GPS北斗雙模授時系統，其特征在于，所述系統包括: 雙模天線，用于接收GPS和北斗的衛星信號； 雙模接收裝置，用于根據接收的所述衛星信號，經處理輸出秒脈沖信號； 時間間隔測量裝置，用于測量輸出的秒脈沖信號與本地時鐘分頻得出的秒脈沖信號之間的差值； 控制處理裝置，用于將兩秒脈沖信號的所述差值經過處理得到頻差數字信號； 數模轉換裝置，用于將所述頻差數字信號轉化為模擬電壓輸出，并通過輸出的電壓來控制校正本地時鐘。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述控制處理裝置為可編程邏輯器件。
5.根據權利要求3或4所述的系統，其特征在于，所述控制處理裝置包括內建的N1SII軟核。
6.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述本地時鐘為TCXO、OCXO或銣鐘。
7.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述系統還包括分頻模塊，用于將校正后的本地時鐘再經分頻得出秒脈沖信號反饋給所述時間間隔測量裝置。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述分頻模塊集成在所述控制處理裝置中。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述分頻模塊為可編程邏輯器件的內部鎖相環。
【文檔編號】G04R20/02GK104460312SQ201410843782
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月30日 優先權日:2014年12月30日
【發明者】張建國, 黃磊, 薛珊珊, 張小倩 申請人:四川九洲電器集團有限責任公司