CN102540866B - 多模多机x通道可编程脉冲同步控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法及装置，该方法为：以某一固定时间为基准，将当前时间与设置时间均求差得到偏基时间，再求出两个偏基时间的差值，转换单位到秒，再利用该通道的周期长度来求得当前时刻所在脉冲周期状态。本发明可以使多机不同时开机，而输出的可编程脉冲波形同步，有效提高了多机不同时开机时的时间和频率的同步精度，可提供数十纳秒级的时间同步精度。

Description

多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法及装置
技术领域
本发明属于航空航天的电子信息技术领域，尤其是一种多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法及装置。
背景技术
高精度授时模块一般使用卫星定位导航系统的授时功能，给出准确的时间脉冲信息。利用授时终端完成与导航系统之间的时间和频率同步。
但是现有技术中，当多机不同时开机时，其输出的可编程脉冲波形没有办法达到完全同步，这样使各系统之间的同步精度大大降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法及装置，用于接收GPS、COMPASS卫星信号，把卫星定位数据分别通过两路串行通讯标准发送出去，同时送出电平秒脉冲信号各1路、定位后的TTL电平秒脉冲4路。利用授时终端，完成与导航系统之间的时间和频率同步，能够提供数十纳秒级的时间同步精度，并且可以使多机不同时开机，而输出的可编程脉冲波形同步。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:
这种多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法，以某一固定时间为基准，将当前时间与设置时间均求差得到两个偏基时间，再求出两个偏基时间的差值，转换单位到秒，再利用该通道的周期长度来求得当前时刻所在脉冲周期状态。
以上方法具体通过以下步骤实现:
(1)利用GPS时间及秒脉冲来找同步基准;
将授时模块的PPS信号输入给FPGA及MCU，便于寻找基准;并将授时模块的串口输入给MCU，以便提取年月日时分秒;
(2)利用MCU来处理GPS时间同步及脉冲参数设置;
提取GPS模块输出的GPS时间:年Yearc，月Monc，日Dayc，时Hc，分Mc，秒Sc;提取设置参数得到输出脉冲设置参数:周期TO、延迟DO、脉宽WO;提取设置参数得到输出脉冲相对时基:年Yearu，月Monu，日Dayu;
建立基准时间:年Yearb，月Monb，日Dayb，，时Hb，分Mb，秒Sb;
计算当前时间相对于基准的偏差:周数Week1+周秒数Tow1;
Week1+Tow1=(Yearc，Monc，Dayc，Hc，Mc，Sc+5)-(Yearb，Monb，Dayb,,Hb，Mb，Sb);
计算设置时间相对于基准的偏差:周数Week2+周秒数Tow2;
周数Week2+周秒数Tow2=(Yearu，Monu，Dayu，0，0，0)-(Yearb，Monb，Dayb,,Hb，Mb，Sb);
求设置时间与当前时间的差值diff_tow，单位为秒:
diff_tow=(Week1+Tow1)-(Week2+Tow2);
利用设置的周期，求出当前时刻的状态cur_tick:
cur_tick=diff_tow/TO;
(3)控制FPGA配置及开关;
设置状态到FPGA:设置TO、DO、WO、cur_tick到FPGA;等待GPS时间到Yearc，Monc，Dayc，Hc，Mc，Sc+5;通知FPGA启动;
(4)利用FPGA及外置高精度晶振来生成所需要波形;
FPGA根据外部的pps输入产生内部1pps和1ms的基准脉冲:
1pps和1ms的基准脉冲保持同步时序关系;FPGA启动相应的控制计数器:
FPGA接收到启动命令后检测随后第一个到来的pps，然后启动相应的秒周期计数器和毫秒计数器;秒周期计数器自启动后根据1pps的基准脉冲以周期TO循环计数，毫秒计数器在秒周期计数器的起始时刻在满足毫秒计数器<=(DO+WO)时根据1ms的基准脉冲计数;
FPGA根据计数器产生相应的脉冲电平:
当毫秒计数器>DO，且毫秒计数器<=(DO+WO)时，产生高电平，其他情况产生低电平。
本发明还提出一种实现上述方法的装置，包括微处理器，所述微处理器连接有GPS模块、FPGA、晶振、JTAG调试接口、双色发光管、RS-232通讯接口和RS-422通讯接口;所述GPS模块还与FPGA连接;所述FPGA连接有有源晶振、JTAG调试接口、RS-422电平秒脉冲转换和RS-232电平秒脉冲转换;所述FPGA还通过驱动器连接有四路SMAPPS输出。
上述微处理器采用ATMEL公司的ATXMEGA64Al-AU。
上述GPS模块采用UGB-RT板卡，其GPS接收天线采用外置天线的接收方式。
本发明具有以下有益效果:
本发明用于接收GPS、COMPASS卫星信号，把卫星定位数据分别通过RS232和RS422两路单行通讯标准发送出去，同时送出RS232和RS422电平秒脉冲信号各1路，定位后的TTL电平秒脉冲4路。利用授时终端，完成与导航系统之间的时间和频率同步，并且，本发明可以使多机不同时开机，而输出的可编程脉冲波形同步，有效提高了多机不同时开机时的时间和频率的同步精度，可提供数十纳秒级的时间同步精度。
附图说明
图1为本发明的脉冲时序关系图;
图2为本发明装置的结构框图。
具体实施方式
本发明的多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法为:以某一固定时间为基准，将当前时间与设置时间均求差得到两个偏基时间，再求出两个偏基时间的差值，转换单位到秒，再利用该通道的周期长度来求得当前时刻所在脉冲周期状态。该方法的具体实施步骤为:
(1)利用GPS时间及秒脉冲来找同步基准;
将授时模块的PPS信号输入给FPGA及MCU，便于寻找基准;并将授时模块的串口输入给MCU，以便提取年月日时分秒;
(2)利用MCU来处理GPS时间同步及脉冲参数设置;
提取GPS模块输出的GPS时间:年Yearc，月Monc，日Dayc，时Hc，Mc，秒Sc;提取设置参数得到输出脉冲设置参数:周期TO、延迟DO、脉宽WO;提取设置参数得到输出脉冲相对时基:年Yearu，月Monu，日Dayu;
建立基准时间:年Yearb，月Monb，日Dayb时Hb，分Mb，秒Sb;
计算当前时间相对于基准的偏差:周数Week1+周秒数TOw1;
Week1+Tow1=(Yearc，Monc，Dayc，，Hc，Mc，Sc+5)-(Yearb，Monb，Dayb,,Hb，Mb，Sb);
计算设置时间相对于基准的偏差:周数Week2+周秒数Tow2;
周数Week2+周秒数Tow2=(Yearu，Monu，Dayu，0，0，0)-(Yearb，Monb，Dayb，，Hb，Mb，Sb);
求设置时间与当前时间的差值diff_tow，单位为秒:
diff_tow=(Week1+Tow1)-(Week2+Tow2);
利用设置的周期，求出当前时刻的状态:
cur_tick=diff_tow/TO;
(3)控制FPGA配置及开关;
设置状态到FPGA:设置TO、DO、WO、cur_tick到FPGA;等待GPS时间到Yearc，Monc，Dayc，Hc，Mc，Sc+5;通知FPGA启动;
(4)利用FPGA及外置高精度晶振来生成所需要波形(如图1);
FPGA根据外部的pps输入产生内部1pps和1ms的基准脉冲:
1pps和1ms的其准脉冲保持同步时序关系;FPGA启动相应的控制计数器:
FPGA接收到启动命令后检测随后第一个到来的pps，然后启动相应的秒周期计数器和毫秒计数器;秒周期计数器自启动后根据1pps的基准脉冲以周期TO循环计数，毫秒计数器在秒周期计数器的起始时刻在满足毫秒计数器<=(DO+WO)时根据1ms的基准脉冲计数;
FPGA根据计数器产生相应的脉冲电平:
当毫秒计数器>DO，且毫秒计数器<=(DO+WO)时，产生高电平，其他情况产生低电平。
下面结合附图对木发明做进一步详细描述:
参见图2，本发明一种实现上述方法的装置:包括微处理器，所述微处理器连接有GPS模块、FPGA、晶振、JTAG调试接口、双色发光管、RS-232通讯接口和RS-422通讯接口;所述GPS模块还与FPGA连接;所述FPGA连接有有源晶振、JTAG调试接口、RS-422电平秒脉冲转换和RS-232电平秒脉冲转换;所述FPGA还通过驱动器连接有四路SMAPPS输出。
E2751的CPU采用ATMEL公司的ATXMEGA64Al-AU，AtXmega64Al-AU为基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，AtXmega64Al-AU的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
GPS信号接收部分目前采用UGB-RT板卡，UGB-RT授时接收机具有低成本、高精度、高可靠性等特点，用户可自行选择同步到UTC时间和BD时间。授时接收机可以和GPS、BD组合授时，相比单一卫星系统更加可靠，在复杂电磁环境下具有较强抗带外干扰能力，并与Trimble公司Resolution-T软硬件完全兼容。该授时接收机可应用于靶场测控、天文观测、计量校准、电力、通讯等领域，提供高精度时间和频率基准。
GPS接收天线采用外置天线的接收方式，稳定性更高，捕获卫星信号更快，捕获卫星数更多，提高了GPS的灵敏度和精度，减少了所搜时间和重捕获时间。

Claims (4)

1.一种多模多机X通道可编程脉冲同步控制方法，其特征在于，以一固定时间为基准，将当前时间与设置时间均求差得到两个偏基时间，再求出两个偏基时间的差值，转换单位到秒，再利用该通道的周期长度来求得当前时刻所在脉冲周期状态; 
该方法具体通过以下步骤实现: 
(1)利用GPS时间及秒脉冲来找同步基准; 
将授时模块的PPS信号输入给FPGA及MCU，便于寻找基准;并将授时模块的串口输入给MCU，以便提取年月日时分秒; 
(2)利用MCU来处理GPS时间同步及脉冲参数设置; 
提取GPS模块输出的GPS时间:年Yearc，月Monc，日Dayc，时Hc，分Mc，秒Sc;提取设置参数得到输出脉冲设置参数:周期TO，延迟DO，脉宽WO;提取设置参数得到输出脉冲相对时基:年Yearu，月Monu，日Dayu; 
建立基准时间:年Yearb，月Monb，日Dayb，时Hb，分Mb，秒Sb; 
计算当前时间相对于基准的偏差:周数Week1+周秒数Tow1; 
Weekl+Tow1=(Yearc，Monc，Dayc，Hc，Mc，Sc+5)-(Yeafb，Monb，Dayb，Hb，Mb，Sb); 
计算设置时间相对于基准的偏差:周数Week2+周秒数Tow2; 
周数Week2+周秒数Tow2=(Yearu，Monu，Dayu，0，0，0)-(Yearb，Monb，Dayb，Hb，Mb，Sb); 
求设置时间与当前时间的差值diff_tow，单位为秒: 
diff_tow=(Week1+Tow1)-(Week2+Tow2); 
利用设置的周期，求出当前时刻的状态cur_tick: 
cur_tick=diff_tow/TO; 
(3)控制FPGA配置及开关; 
设置状态到FPGA:设置TO、DO、WO、cur_tick到FPGA;等待GPS时间到Yeafc，Monc，Dayc，Hc，Mc，Sc+5;通知FPGA启动; 
(4)利用FPGA及外置高精度晶振来生成所需要波形; 
FPGA根据外部的pps输入产生内部1pps和1ms的基准脉冲: 
1pps和1ms的基准脉冲保持同步时序关系;FPGA启动相应的控制计数器: 
FPGA接收到启动命令后检测随后第一个到来的pps，然后启动相应的秒周期计数器和毫秒计数器;秒周期计数器自启动后根据1pps的基准脉冲以周期TO循环计数，毫秒计数器在秒周期计数器的起始时刻在满足毫秒计数器<=(DO+WO)时根据1ms的基准脉冲计数; 
FPGA根据计数器产生相应的脉冲电平: 
当毫秒计数器>DO，且毫秒计数器<=(DO+WO)时，产生高电平，其他情况产生低电平。 
2.一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括微处理器，所述微处理器连接有GPS模块、FPGA、晶振、JTAG调试接口、双色发光管、RS-232通讯接口和RS-422通讯接口;所述GPS模块还与FPGA连接;所述FPGA连接有有源晶振、JTAG调试接口、RS-422电平秒脉冲转换和RS-232电平秒脉冲转换;所述FPGA还通过驱动器连接有四路SMAPPS输出。 
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述微处理器采用ATMEL公司的ATXMEGA64Al-AU。 
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述GPS模块采用UGB-RT板卡，其GPS接收天线采用外置天线的接收方式。 
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