CN102566410B - 基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法和装置。该方法主要包括：利用数字锁相环对本地时钟信号进行倍频处理得到倍频时钟；利用所述倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值，将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值；根据所述计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。本发明实施例通过利用倍频时钟对卫星时钟信号进行频率计数，可以快速地获得本地时钟与GPS/北斗卫星导航系统输出的时钟信号之间的偏差，为本地时钟控制算法提供输入参数。

Description

基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法和装置。

背景技术

对于一个进入信息社会的现代化大国，导航定位和授时系统是最重要的，也是最关键的国家基础设施之一。精密时间是科学研究、科学实验和工程技术诸方面的基本物理参量，可以为一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供必不可少的时基坐标。精密授时在以通信、电力、控制等工业领域和国防领域有着广泛和重要的应用。

GPS(Global Positioning System，全球定位系统)是新一代空间卫星导航定位系统，其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。

北斗一代导航系统是全天候、全时提供卫星导航定位信息的区域导航系统，导航通信卫星是2颗地球同步卫星，距离地面36000km，位于赤经80°E和140°E，还有1颗备用卫星，将位于赤经110.5°E，2颗卫星的升交点赤经相差60°。

卫星精确时间自动校准技术是一种利用GPS或者北斗一代导航系统的精确时间信息对本地时钟进行自动校准的技术，具有灵敏度高、不受时间及地域限制等特点，是人类继沙漏、日晷、机械、石英钟表之后全自动数码信息计时技术。在各类钟表都是手动调校时间的今天，卫星精确时间自动校准技术可以算是人类计时史上的又一次飞跃性、革命性的进步。

现有技术中还没有卫星精确时间自动校准技术的有效实现方法。

发明内容

本发明实施例是一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法和装置，以实现利用卫星精确时间对本地时钟进行有效的校准。

一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法，包括：

利用数字锁相环对本地时钟信号进行倍频处理得到倍频时钟；

利用所述倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值，将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值；

根据所述计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。

一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的装置，包括：

倍频时钟获取模块，用于利用数字锁相环对本地时钟信号进行倍频处理得到倍频时钟；

计数差值获取模块，用于利用所述倍频时钟获取模块所获取的倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值，将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值；

时钟校准模块，用于根据所述计数差值获取模块所获取的计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。

由上述本发明的技术实施方案可以看出，本发明实施例通过利用倍频时钟对卫星时钟信号进行频率计数，可以快速地获得本地时钟与GPS/北斗卫星导航系统输出的时钟信号之间的偏差，为本地时钟控制算法提供输入参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法的原理示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法的处理流程图；

图3为本发明实施例一提供的一种根据倍频时钟对卫星接收机接收到的1PPS信号进行频率计数的示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的装置的结构图。

具体实施方式

该实施例提供的一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法的原理示意图如图1所示，具体处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤21、利用DPLL(Digital Phase-Locked Loop，数字锁相环)实现本地时钟的分频、倍频处理，得到倍频时钟。

OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator，恒温晶体振荡器)是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。其中OCXO晶振要求高稳，频率一般为10MHz，上述本地时钟可以为10MHz时钟等。上述本地时钟的产生源还可以是原子钟，如铷钟、铯钟等。通常OCXO、铷钟价格相对低，使用的比较多。只有在对精度要求非常高的地方才采用铯钟，如GPS系统天上的卫星里面。

将OCXO输出的本地时钟输入到具有DPLL的FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，上述DPLL的输出频率Fout＝Fin＊M/N来构成，其中M为倍频因子，N为分频因子，Fin为输入的本地时钟的频率，是固定的，为了得到特定的输出频率，一般是通过不同的M、N组合来处理，具体的分频倍频顺序和锁相环的结构有关。上述DPLL对接收到的本地时钟按照设定的分频因子先进行分频处理，然后再对分频处理后的本地时钟按照设定的倍频因子进行倍频处理得到倍频时钟。比如，本地时钟为10MHz时钟，经过倍频处理后得到高频的200MHz的倍频时钟。

步骤22、利用所述倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值。

卫星接收机接收GPS或者北斗一代导航系统等卫星导航系统输出的精确时间信息，上述精确时间信息可以为1PPS(秒脉冲)时钟。

根据上述倍频时钟的频率信号对卫星接收机接收到的上述精确时间信息进行频率计数，将测量到的频率计数值与标准秒的频率计数值进行相减，即可得到频率计数的误差，然后将计数误差值乘以倍频时钟的时钟周期即可得到时钟偏差。

比如，上述精确时间信息为1PPS时钟，该实施例提供的一种根据上述倍频时钟对卫星接收机接收到的1PPS信号进行频率计数的示意图如图3所示，当卫星接收机接收到的导航卫星输出的1PPS信号开始时，即1PPS上升沿来临时，将上一秒的测量计数值锁存到保持寄存器中，等待微处理器来读取，然后将计数器清零。倍频时钟为200MHz，时钟周期为5ns，利用200MHz的倍频时钟来重新计数，即每隔5ns计数一次。在上述1PPS信号结束时，即1PPS下降沿来临时，即1个标准秒的时间过去后，获取计数器的锁存值。比如，该锁存值为200000003。

步骤23、将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值，根据所述计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。

将标准秒除以所述倍频时钟的时钟周期得到标准秒对应的计数值，1个标准秒的计数值应该为，则可计算出本地时钟与接收机的输出时钟在1个标准秒的时间内的时钟误差为(200000003-200000000)＊5ns＝15ns。然后将此时钟误差数据输入到微处理器中的本地时钟的时钟控制算法中，来产生实际的控制信号，调整OCXO的输出频率，最终使OCXO输出的本地时钟和外部接收机接收到的1PPS时钟同步，从而实现了本地时钟域卫星精确时间自动校准。上述微处理器可以采用ARM(Advanced RISC Microprocessor，高级RISC微处理器)微处理器。

实施例二

该实施例提供了一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的装置，其具体结构如图4所示，包括如下的模块：

倍频时钟获取模块41，用于利用数字锁相环对本地时钟信号进行倍频处理得到倍频时钟；

计数差值获取模块42，用于利用所述倍频时钟获取模块所获取的倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值，将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值；

时钟校准模块43，用于根据所述计数差值获取模块所获取的计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。

具体的，所述的倍频时钟获取模块41，还用于将所述本地时钟信号输入到具有数字锁相环的现场可编程门阵列中，所述数字锁相环按照设定的分频因子对所述本地时钟信号先进行分频处理，然后再对分频处理后的本地时钟信号按照设定的倍频因子进行倍频处理得到倍频时钟。

具体的，所述的计数差值获取模块42，还用于将计数器清零，在卫星接收机接收到的导航卫星输出的秒脉冲信号开始时，按照所述倍频时钟的时钟周期开始计数，在所述秒脉冲信号结束时获取秒脉冲信号对应的计数值；

将本地标准秒除以所述倍频时钟的时钟周期得到本地标准秒对应的计数值，将所述秒脉冲信号对应的计数值与所述本地标准秒对应的计数值相减得到计数差值。

具体的，所述的时钟校准模块43，还包括将所述计数误差值乘以所述倍频时钟的时钟周期得到时钟偏差，根据所述时钟偏差产生所述本地时钟的控制信号，利用所述控制信号对所述本地时钟进行校准。

应用本发明实施例的装置对本地时钟进行校准的具体处理过程与前述方法实施例类似，此处不再赘述。

综上所述，由上述本发明的技术实施方案可以看出，本发明实施例通过利用倍频时钟对卫星时钟信号进行频率计数，可以快速地获得本地时钟与GPS/北斗卫星导航系统输出的时钟信号之间的偏差，为本地时钟控制算法提供输入参数。

本发明实施例通过利用FPGA内部DPLL实现本地晶振信号的N倍频，根据N倍频出的频率信号对外部接收机输入的秒脉冲进行频率计数，检测精度与直接使用本地时钟进行频率计数可提高N倍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的方法，其特征在于，包括：

利用数字锁相环对本地时钟信号进行倍频处理得到倍频时钟；

利用所述倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值，将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值；具体的：将计数器清零，在卫星接收机接收到的导航卫星输出的秒脉冲信号开始时，按照所述倍频时钟的时钟周期开始计数，在所述秒脉冲信号结束时获取所述秒脉冲信号对应的计数值；将本地标准秒除以所述倍频时钟的时钟周期得到本地标准秒对应的计数值，将所述秒脉冲信号对应的计数值与所述本地标准秒对应的计数值相减得到计数差值；

根据所述计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用数字锁相环DPLL对本地时钟进行倍频处理得到倍频时钟，包括：

将所述本地时钟信号输入到具有数字锁相环的现场可编程门阵列中，所述数字锁相环对所述本地时钟信号按照设定的分频因子先进行分频处理，然后再对分频处理后的本地时钟信号按照设定的倍频因子进行倍频处理得到倍频时钟。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的根据所述计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准，包括：

将所述计数差值乘以所述倍频时钟的时钟周期得到时钟偏差，根据所述时钟偏差产生所述本地时钟的控制信号，利用所述控制信号对所述本地时钟进行校准。

4.一种基于卫星授时的对本地时钟进行校准的装置，其特征在于，包括：

倍频时钟获取模块，用于利用数字锁相环对本地时钟信号进行倍频处理得到倍频时钟；

计数差值获取模块，用于利用所述倍频时钟获取模块所获取的倍频时钟对卫星接收机接收到的卫星时钟信号进行频率计数得到所述卫星时钟信号对应的计数值，将所述计数值与本地标准时钟对应的计数值进行相减得到计数差值；还用于将计数器清零，在卫星接收机接收到的导航卫星输出的秒脉冲信号开始时，按照所述倍频时钟的时钟周期开始计数，在所述秒脉冲信号结束时获取秒脉冲信号对应的计数值；将本地标准秒除以所述倍频时钟的时钟周期得到本地标准秒对应的计数值，将所述秒脉冲信号对应的计数值与所述本地标准秒对应的计数值相减得到计数差值；

时钟校准模块，用于根据所述计数差值获取模块所获取的计数差值得到所述本地时钟信号和卫星时钟信号之间的时钟偏差，根据所述时钟偏差对所述本地时钟进行校准。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述的倍频时钟获取模块，还用于将所述本地时钟信号输入到具有数字锁相环的现场可编程门阵列中，所述数字锁相环对所述本地时钟信号按照设定的分频因子先进行分频处理，然后再对分频处理后的本地时钟信号按照设定的倍频因子进行倍频处理得到倍频时钟。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于：

所述的时钟校准模块，还包括将所述计数差值乘以所述倍频时钟的时钟周期得到时钟偏差，根据所述时钟偏差产生所述本地时钟的控制信号，利用所述控制信号对所述本地时钟进行校准。

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