專利名稱：基于北斗/gps時間信號的通信網絡授時系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種授時系統，特別是一種基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統。
背景技術：
當前，隨著通信設備的抗干擾通信要求越來越高，通信業務量不斷增大，從而對跳頻電臺的跳速和通信速率提出越來越高的挑戰，由于跳頻電臺跳速和通信速率的提高，導致對跳頻電臺中高精度時鐘提出更高的要求，以便于通信系統在通信組網時縮短跳頻電臺網絡建立時間，并盡可能的延長同步保持時間。在傳統跳頻電臺的設計過程中，受限于精度較低的溫補晶體，使得跳頻通信網絡建立時間偏長，同步保持時間偏短，并且在通信過程中還需要不斷發送同步信息，從而增加了網絡開銷；傳統跳頻電臺在由靜默狀態轉入戰斗狀態恢復時間長；多級組網時間長，無法滿足跳頻電臺網絡建立時間短和同步保持時間長的要求。因此，一種能長期提供高精度外部跳頻電臺同步信號、標準時間同步基準和頻率同步信號的通信網絡授時系統被提出。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述已有技術存在的缺陷，利用北斗/GPS時間同步恒溫晶體，提高晶體時鐘頻率的準確度和穩定度，依靠此時鐘輸出高精確度、高穩定度的電臺授時信號和標準授時信號，并提供外部授時信號輸入接口的一種基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是
一種基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統,包括有一個電源模件I、一個北斗模件2、一個GPS模件3、一個時鐘模件4、一個主控模件5和一個面板模件6,共6個部分相結合構成一個整體，其中
所述的電源模件I，包括有一個內置鋰電池模塊U1、一個充電模塊U2、一個電源保護模塊U3、三個DC/DC變換單元U4、U5和U6。其中，內置鋰電池模塊Ul實現在無外部設備供電情況下，可保證設備的正常工作；充電模塊U2實現對鋰電池的充電控制；電源保護模塊U3實現外部供電時過壓、過流和反接保護功能；DC/DC變換單元U4實現將+24V轉換為+3. 3V輸出供主控模塊和面板模塊使用；DC/DC變換單元U5實現將+24V轉換為+5V輸出供主控模塊使用；DC/DC變換單元U6實現將+24V轉換為+12V輸出供主控模塊和時鐘模塊使用。所述的北斗模件2，包括有一個北斗接收機模塊U7，實現接收北斗信號，并輸出北斗系統時間信號。所述的GPS模件3，包括有一個GPS接收機模塊U8，實現接收GPS信號，并輸出GPS系統時間信號。所述的時鐘模件4，包括有一個CPLD模塊U9、一個IOMHz恒溫晶體模塊U10、一個DDS模塊UlI、一個操作系統ARM模塊U12。其中，CPLD模塊U9實現衛星IPPS信號與本地IPPS信號高精度鑒相測差，對本地IPPS信號進行同步校準，輸出高精度本地IPPS信號，并實現時鐘模塊的時序控制；IOMHz恒溫晶體模塊UlO實現為系統提供IOMHz時鐘；DDS模塊Ull實現對IOMHz時鐘頻率進行補償；操作系統ARM模塊U12實現對時鐘模件的控制、信息處理，并根據U9單元的測量值調制Ull的補償值，以得到高精度的IOMHz時鐘頻率信號。所述的主控模件5，包括有一個操作系統ARM模塊U13、一個FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14、一個顯不控制緩沖驅動模塊U15、一個以太網模塊U16、一個電平轉換模塊U17，一個2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18。其中，操作系統ARM模塊U13實現對整個系統進行控制、時間接收及處理、電臺時間轉換處理、按鍵信息處理、面板顯示控制、系統加載和程序升級的功能；FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14實現對按鍵信息進行采集，對各種不同被同步設備將時間數據轉換為相應格式的數據發送給被同步設備，對時鐘進行計數，將時間數據轉化成標準授時接口格式的數據，并與PPS時標信號以標準北斗授時系統授時的時序關系送到設備的標準授時接口，完成整個設備的時序控制；顯示控制緩沖驅動模塊 U15實現對顯示控制總線的隔離及緩沖驅動；以太網模塊U16實現以太網口信號的接收和發送；電平轉換模塊U17實現對輸入、輸出信號的RS232和RS422電平轉換；2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18實現對2MHz的時鐘信號進行緩沖驅動。所述的接口模件6，包括有一個北斗/GPS天線接口模塊U19、一個顯示控制模塊U20、一個以太網接口模塊U21、一個外部輸入接口模塊U22、一個標準授時接口模塊U23、一個電臺授時接口模塊U24、一個2MHz時鐘接口模塊U25、一個電源輸入接口模塊U26。其中，北斗/GPS天線接口模塊U19實現與北斗/GPS天線的連接；顯示控制模塊U20實現整機狀態指示、時間顯示及模式設置等功能；以太網接口模塊U21實現與外部以太網口相連接；夕卜部輸入接口模塊U22實現與外部終端或外部授時設備相連接；標準授時接口模塊U23實現與使用標準時間信息的設備相連接；電臺授時接口模塊U24實現與跳頻電臺相連接；2MHz時鐘接口模塊U25實現與使用2MHz時鐘的設備相連接；電源輸入接口模塊U26實現與外部電源相連接。特別值得提出的是
本發明為滿足指標要求，采用了精密相差補償技術和授時誤差控制技術
所述精密相差補償技術，采用模擬調控與高精度數字補償相結合的方法，利用模擬調控進行粗調，再利用48位相位分辨率的DDS進行細調。由于DDS相位可以做到10_14量級，利用DDS來補償后端OCXO的相位抖動，可以提高短期頻率穩定度和頻率準確度。
所述授時誤差控制技術，因為電臺使用的是內部TOD時間，同步設備使用的是北斗/GPS系統的絕對時間，二者直接轉換時存在一定誤差。根據TOD時間轉換公式推算，每間隔63s，TOD時間與絕對時間一致。但63秒時間太長，因而同步設備采用微秒校準法，只需用2s就可完成絕對時間到TOD時間的轉換并輸出。綜上所述，本發明基于采用了精密相差補償技術和授時誤差控制技術，從而縮短了跳頻電臺的同步建立時間，保證了同步保持和無線電靜默期間的同步維持，減少了電臺同步開銷；提供了 RS232和RS422電平的高精度的標準授時信號，可以滿足現代通信對時間信號的高精確性的要求；且本發明設計合理、可靠性高、環境適應性強、體積小、使用方便。
圖I為本發明電路原理圖。圖中符號說明
I是電源模件；
2是北斗模件；
3是GPS模件；
5是時鐘模件；
6是主控模件；
7是接口模件；
其中
Ul是內置鋰電池模塊；
U2是充電模塊；
U3是電源保護模塊；
U4是DC/DC變換模塊；
U5是DC/DC變換模塊；
U6是DC/DC變換模塊；
U7是北斗接收機模塊；
U8是GPS接收機模塊；
U9是CPLD模塊；
UlO是IOMHz恒溫晶體模塊；
Ull是DDS模塊；
U12是操作系統ARM模塊；
U13是操作系統ARM模塊；
U14是大規模現場可編程陣列FPGA模塊； U15是顯示控制緩沖驅動模塊；
U16是以太網單元模塊；
U17是電平轉換模塊；
U18是2MHz時鐘信號緩沖驅動單元模塊； U19是北斗/GPS天線接口模塊；
U20是顯不控制模塊；
U21是以太網接口模塊；
U22是外部輸入接口模塊；
U23是標準授時接口模塊；
U24是電臺授時接口模塊；
U25是2MHz時鐘接口模塊；
U26是電源輸入接口模塊。
具體實施方式
請參閱圖I所示,為本發明的具體實施例。從圖I可以看出
本發明為一種基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，包括有一個電源模件I、一個北斗模件2、一個GPS模件3、一個時鐘模件4、一個主控模件5和一個面板模件6,共6個部分相結合構成一個整體，其中
所述主控模件5,包括有一個操作系統ARM模塊U13、一個FPGA大規模現場可編程陣列模塊1114、一個顯不控制緩沖驅動模塊1115、一個以太網模塊1116、一個電平轉換模塊1117,—個2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18。所述時鐘模件4，包括有一個CPLD模塊U9、一個IOMHz恒溫晶體模塊U10、一個DDS模塊U11、一個操作系統ARM模塊U12。
所述接口模件6，包括有一個北斗/GPS天線接口模塊U19、一個顯示控制模塊U20、一個以太網接口模塊U21、一個外部輸入接口模塊U22、一個標準授時接口模塊U23、一個電臺授時接口模塊U24、一個2MHz時鐘接口模塊U25、一個電源輸入接口模塊U26。所述北斗模件2，包括有一個北斗接收機模塊U7。所述GPS模件3，包括有一個GPS接收機模塊U8。所述電源模件I，包括有一個內置鋰電池模塊Ul、一個充電模塊U2、一個電源保護模塊U3、三個DC/DC變換模塊U4、U5和U6。所述操作系統ARM模塊U13的第I腳至第6腳依次分別與時鐘模件4中的操作系統模塊U12中的第14腳至第19腳相對應連接；其第8腳與時鐘模件4中的操作系統模塊U12中的第7腳相連接；其第9腳至第11腳依次分別與電平轉換模塊U17中的第I腳至第3腳相對應連接；其第13腳至第52腳依次分別與FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14中的第30腳至第69腳相對應連接；其第53腳至第62腳依次分別與顯示控制緩沖驅動模塊U15中的第I腳至第10腳相對應連接；其第63腳至第65腳依次分別與以太網模塊U16中的第I腳至第3腳相對應連接。所述FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14的第9腳與時鐘模塊4中的DDS模塊Ull中的第5腳相連接；其第13腳與時鐘模塊4中的CPLD模塊U9中的第9腳相連接；其第15腳與時鐘模塊4中的CPLD模塊U9中的第7腳相連接；其第21腳與電平轉換模塊U17中的第23腳相連接；其第25腳與2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18中的第4腳相連接；其第70腳至第79腳依次分別與平轉換模塊U17中的第25腳至第34腳相對應連接。所述顯示控制緩沖驅動模塊U15的第11腳至第20腳依次分別與接口模件6中的顯示控制模塊U20中的第I腳至第10腳相對應連接。所述以太網模塊U16的第4腳至第6腳依次分別與接口模件6中的以太網接口模塊U21中的第I腳至第3腳相對應連接。所述電平轉換模塊U17的第4腳至第6腳依次分別與接口模件6中的外部輸入接口模塊U22中的第I腳至第3腳相對應連接；其第7腳至第13腳依次分別與接口模件6中的標準授時接口模塊U23中的第I腳至第7腳相對應連接；其第14腳至第16腳依次分別與接口模件6中的電臺授時接口模塊U24中的第I腳至第3腳相對應連接。所述2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18的第9腳分別與接口模件6中的2MHz時鐘接口模塊U25中的第I腳相對應連接。
所述CPLD模塊U9的第5腳與北斗模件2中的北斗接收機模塊U7的第7腳相連接；其第6腳與GPS模件3中的GPS接收機模塊U8的第2腳相連接；其第7腳與時鐘模件5中的大規模現場可編程陣列FPGA模塊U14中的第15腳相連接；其第9腳與時鐘模件5中的大規模現場可編程陣列FPGA模塊U14中的第13腳相連接；其第12腳與IOMHz恒溫晶體模塊UlO的第2腳相連接；其第14腳至第24腳依次分別與操作系統ARM模塊U12的第19腳至第29腳相對應連接。所述IOMHz恒溫晶體模塊UlO的第I腳與DDS模塊Ul I的第2腳相連接。 所述DDS模塊Ul I的第5腳與時鐘模件5中的大規模現場可編程陣列FPGA模塊U14中的第9腳相連接；其第6腳至第15腳依次分別與操作系統ARM模塊U12的第30腳至第39腳相對應連接。所述操作系統ARM模塊U12的第I腳至第6腳依次分別與北斗模件2中的北斗接 收機模塊U7上的第I腳至第6腳相對應連接；其第8腳至第13腳依次分別與GPS模件3中的GPS接收機模塊U8上的第3腳至第8腳相對應連接；其第7腳與主控模件5中的操作系統模塊U13中的第8腳相連接；其第14腳至第19腳依次分別與主控模件5中的操作系統模塊U13中的第I腳至第6腳相對應連接。所述北斗/GPS天線接口模塊U19中的第I腳與GPS模件2中的GPS接收機模塊U8中的第I腳相連接；其第2腳與北斗模件2中的北斗接收機模塊U7中的第8腳相連接。所述顯示控制模塊U20中的第I腳至第10腳依次分別與主控模件5中的顯示控制緩沖驅動模塊U15中的第11腳至第20腳相對應連接。所述以太網接口模塊U21中的第I腳至第3腳依次分別與主控模件5中的以太網模塊U16中的第4腳至第6腳相對應連接。所述外部輸入接口模塊U22中的第I腳至第3腳依次分別與主控模件5中的電平轉換模塊U17中的第4腳至第6腳相對應連接。所述標準授時接口模塊U23中的第I腳至第7腳依次分別與主控模件5中的電平轉換模塊U17中的第7腳至第13腳相對應連接。所述電臺授時接口模塊U24中的第I腳至第3腳依次分別與主控模件5中的電平轉換模塊Ul7中的第14腳至第16腳相對應連接。所述2MHz時鐘接口模塊U25中的第I腳與主控模件5中的2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18中的第9腳相連接。所述電源輸入接口模塊U26中的第I腳與電源模件I中的電源保護模塊U3中的第3腳相連接。所述北斗接收機模塊U7的第I腳至6腳，依次分別與時鐘模件4上的操作系統模塊U12的第I腳至第6腳相對應連接；其第7腳與時鐘模件4上的CPLD模塊U9的第5腳相連接；其第8腳與接口模件6上的北斗/GPS天線接口模塊U19的第2腳相連接。所述GPS接收機模塊U8的第I腳與接口模件6上的北斗/GPS天線接口模塊U19的第I腳相連接；其第2腳與時鐘模件4上的CPLD模塊U9的第56腳相連接；其第3腳至8腳，依次分別與時鐘模件4上的操作系統模塊U12的第8腳至第13腳相對應連接。所述內置鋰電池模塊Ul的第I腳與充電模塊U2的第2腳相連接；其第2腳與電源保護模塊U3的第5腳相連接。
所述充電模塊U2的第I腳與電源保護模塊U3的第7腳相連接。所述電源保護模塊U3的第3腳與接口模件6上的電源輸入接口模塊U26的第I腳相連接；其第7腳分別與DC/DC變換模塊U4、U5和U6的第I腳相連接。本發明主要元器件型號規格如下
U12和U13是操作系統ARM模塊，采用的型號為三星公司的S3C2410。U14是大規模現場可編程陣列FPGA模塊，采用的型號為XILINX公司的XC3S500E。UlO是IOMHz恒溫晶體模塊，采用的型號為FEI公司的FEI180的恒溫晶體。U7是北斗接收機模塊，采用的型號為星地恒通公司的0SS7. X型北斗無源授時接收機。
U8是GPS接收機模塊，采用的型號為瑞士 UBLOX LEA-5T型GPS接收機。其余部件均為工業級通用件。以上實施例僅為本發明較佳實施例，用以說明本發明的技術特征和可實施性，并非用以限定本發明的專利權利；同時以上描述，對于熟知本技術領域的專業人士應可明了并加以實施。因此，在未脫離本實用新型所揭示的前提下，所完成的等效的改變或修飾，均包含在所述的權利要求范圍內。本發明為一個不可多得的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統。該系統具備創造性、新穎性、實用性和進步性，符合發明專利申請要件，故依據專利法提出申請。
權利要求
1.一種基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統,包括有一個電源模件(1)，一個北斗模件(2), —個GPS模件(3), —個時鐘模件(4), 一個主控模件(5)和一個面板模件(6)，共6個部分相結合構成一個整體，其特征是 所述主控模件(5),包括有一個操作系統ARM模塊U13、一個FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14、一個顯不控制緩沖驅動模塊1115、一個以太網模塊1116、一個電平轉換模塊1117,一個2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18 ； 所述時鐘模件(4)，包括有一個CPLD模塊U9、一個IOMHz恒溫晶體模塊U10、一個DDS模塊UlI、一個操作系統ARM模塊U12 ； 所述接口模件(6 )，包括有一個北斗/GPS天線接口模塊U19、一個顯示控制模塊U20、一個以太網接口模塊U21、一個外部輸入接口模塊U22、一個標準授時接口模塊U23、一個電臺授時接口模塊U24、一個2MHz時鐘接口模塊U25、一個電源輸入接口模塊U26。
2.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述主控模件(5)中的操作系統ARM模塊U13的第I腳至第6腳依次分別與時鐘模件4中的操作系統模塊U12中的第14腳至第19腳相對應連接；其第8腳與時鐘模件4中的操作系統模塊U12中的第7腳相連接；其第9腳至第11腳依次分別與電平轉換模塊U17中的第I腳至第3腳相對應連接；其第13腳至第52腳依次分別與FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14中的第30腳至第69腳相對應連接；其第53腳至第62腳依次分別與顯示控制緩沖驅動模塊U15中的第I腳至第10腳相對應連接；其第63腳至第65腳依次分別與以太網模塊U16中的第I腳至第3腳相對應連接。
3.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述主控模件(5)中的FPGA大規模現場可編程陣列模塊U14的第9腳與時鐘模塊4中的DDS模塊UlI中的第5腳相連接；其第13腳與時鐘模塊4中的CPLD模塊U9中的第9腳相連接；其第15腳與時鐘模塊4中的CPLD模塊U9中的第7腳相連接；其第21腳與電平轉換模塊U17中的第23腳相連接；其第25腳與2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18中的第4腳相連接；其第70腳至第79腳依次分別與平轉換模塊U17中的第25腳至第34腳相對應連接。
4.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述主控模件(5 )中的電平轉換模塊U17的第4腳至第6腳依次分別與接口模件6中的外部輸入接口模塊U22中的第I腳至第3腳相對應連接；其第7腳至第13腳依次分別與接口模件6中的標準授時接口模塊U23中的第I腳至第7腳相對應連接；其第14腳至第16腳依次分別與接口模件6中的電臺授時接口模塊U24中的第I腳至第3腳相對應連接。
5.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述接口模件(6)中的北斗/GPS天線接口模塊U19中的第I腳與GPS模件2中的GPS接收機模塊U8中的第I腳相連接；其第2腳與北斗模件2中的北斗接收機模塊U7中的第8腳相連接，所述顯示控制模塊U20中的第I腳至第10腳依次分別與主控模件5中的顯示控制緩沖驅動模塊U15中的第11腳至第20腳相對應連接，所述以太網接口模塊U21中的第I腳至第3腳依次分別與主控模件5中的以太網模塊U16中的第4腳至第6腳相對應連接，所述外部輸入接口模塊U22中的第I腳至第3腳依次分別與主控模件5中的電平轉換模塊U17中的第4腳至第6腳相對應連接，所述標準授時接口模塊U23中的第I腳至第7腳依次分別與主控模件5中的電平轉換模塊U17中的第7腳至第13腳相對應連接，所述電臺授時接口模塊U24中的第I腳至第3腳依次分別與主控模件5中的電平轉換模塊U17中的第14腳至第16腳相對應連接，所述2MHz時鐘接口模塊U25中的第I腳與主控模件5中的2MHz時鐘信號緩沖驅動模塊U18中的第9腳相連接，所述電源輸入接口模塊U26中的第I腳與電源模件I中的電源保護模塊U3中的第3腳相連接。
6.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述時鐘模件(4)中的操作系統ARM模塊U12的第I腳至第6腳依次分別與北斗模件2中的北斗接收機模塊U7上的第I腳至第6腳相對應連接；其第8腳至第13腳依次分別與GPS模件3中的GPS接收機模塊U8上的第3腳至第8腳相對應連接；其第7腳與主控模件5中的操作系統模塊U13中的第8腳相連接；其第14腳至第19腳依次分別與主控模件5中的操作系統模塊U13中的第I腳至第6腳相對應連接。
7.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述時鐘模件(4)中的CPLD模塊U9的第5腳與北斗模件2中的北斗接收機模塊U7的第7腳相連接；其第6腳與GPS模件3中的GPS接收機模塊U8的第2腳相連接；其第7腳與時鐘模件5中的大規模現場可編程陣列FPGA模塊U14中的第15腳相連接；其第9腳與時鐘模件5中的大規模現場可編程陣列FPGA模塊U14中的第13腳相連接；其第12腳與IOMHz恒溫晶體模塊UlO的第2腳相連接；其第14腳至第24腳依次分別與操作系統ARM模塊U12的第19腳至第29腳相對應連接。
8.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述北斗模件(2)中的北斗接收機模塊U7的第I腳至6腳，依次分別與時鐘模件4上的操作系統模塊U12的第I腳至第6腳相對應連接；其第7腳與時鐘模件4上的CPLD模塊U9的第5腳相連接；其第8腳與接口模件6上的北斗/GPS天線接口模塊U19的第2腳相連接。
9.權利要求I所述的基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，其特征是 所述GPS模件(3)中的GPS接收機模塊U8的第I腳與接口模件6上的北斗/GPS天線接口模塊U19的第I腳相連接；其第2腳與時鐘模件4上的CPLD模塊U9的第56腳相連接；其第3腳至8腳，依次分別與時鐘模件4上的操作系統模塊U12的第8腳至第13腳相對應連接。
全文摘要
本發明為一種基于北斗/GPS時間信號的通信網絡授時系統，包括有電源模件1、北斗模件2、GPS模件3、時鐘模件4、主控模件5和面板模件6，相結合構成一個整體。利用北斗/GPS時間同步恒溫晶體，提高晶體時鐘頻率的準確度和穩定度，依靠此時鐘輸出高精度、高穩定度的電臺授時信號和標準授時信號，并提供外部授時信號輸入接口，采用精密相差補償技術和授時誤差控制技術，從而縮短了跳頻電臺的同步建立時間，保證了同步保持和無線電靜默期間的同步維持，減少了電臺同步開銷，提供了RS232和RS422電平的高精度的標準授時信號，可以滿足現代通信對時間信號的高精確性的要求，具有設計合理、可靠性高、環境適應性強、體積小、使用方便等特點。
文檔編號H04L7/00GK102882671SQ20121033814
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者嚴忠, 黃顯能, 王昌平, 姚潔, 吳海翔, 黃華東, 黃祥, 黃昌亮, 付世剛, 張佳蘭, 閏濤 申請人:武漢中元通信股份有限公司