CN102882671B - 基于北斗/gps时间信号的通信网络授时系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统，包括有电源模件1、北斗模件2、GPS模件3、时钟模件4、主控模件5和面板模件6，相结合构成一个整体。利用北斗/GPS时间同步恒温晶体，提高晶体时钟频率的准确度和稳定度，依靠此时钟输出高精度、高稳定度的电台授时信号和标准授时信号，并提供外部授时信号输入接口，采用精密相差补偿技术和授时误差控制技术，从而缩短了跳频电台的同步建立时间，保证了同步保持和无线电静默期间的同步维持，减少了电台同步开销，提供了RS232和RS422电平的高精度的标准授时信号，可以满足现代通信对时间信号的高精确性的要求，具有设计合理、可靠性高、环境适应性强、体积小、使用方便等特点。

Description

基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统

技术领域

本发明涉及一种授时系统，特别是一种基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统。

背景技术

当前，随着通信设备的抗干扰通信要求越来越高，通信业务量不断增大，从而对跳频电台的跳速和通信速率提出越来越高的挑战，由于跳频电台跳速和通信速率的提高，导致对跳频电台中高精度时钟提出更高的要求，以便于通信系统在通信组网时缩短跳频电台网络建立时间，并尽可能的延长同步保持时间。

在传统跳频电台的设计过程中，受限于精度较低的温补晶体，使得跳频通信网络建立时间偏长，同步保持时间偏短，并且在通信过程中还需要不断发送同步信息，从而增加了网络开销；传统跳频电台在由静默状态转入战斗状态恢复时间长；多级组网时间长，无法满足跳频电台网络建立时间短和同步保持时间长的要求。因此，一种能长期提供高精度外部跳频电台同步信号、标准时间同步基准和频率同步信号的通信网络授时系统被提出。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述已有技术存在的缺陷，利用北斗/GPS时间同步恒温晶体，提高晶体时钟频率的准确度和稳定度，依靠此时钟输出高精确度、高稳定度的电台授时信号和标准授时信号，并提供外部授时信号输入接口的一种基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统，包括有一个电源模件1、一个北斗模件2、一个GPS模件3、一个时钟模件4、一个主控模件5和一个接口模件6，共6个部分相结合构成一个整体，其中：

所述的电源模件1，包括有一个内置锂电池模块U1、一个充电模块U2、一个电源保护模块U3、三个DC/DC变换单元U4、U5和U6。其中，内置锂电池模块U1实现在无外部设备供电情况下，可保证设备的正常工作；充电模块U2实现对锂电池的充电控制；电源保护模块U3实现外部供电时过压、过流和反接保护功能；DC/DC变换单元U4实现将+24V转换为+3.3V输出供主控模块和面板模块使用；DC/DC变换单元U5实现将+24V转换为+5V输出供主控模块使用；DC/DC变换单元U6实现将+24V转换为+12V输出供主控模块和时钟模块使用。

所述的北斗模件2，包括有一个北斗接收机模块U7，实现接收北斗信号，并输出北斗系统时间信号。

所述的GPS模件3，包括有一个GPS接收机模块U8，实现接收GPS信号，并输出GPS系统时间信号。

所述的时钟模件4，包括有一个CPLD模块U9、一个10MHz恒温晶体模块U10、一个DDS模块U11、一个操作系统ARM模块U12。其中，CPLD模块U9实现卫星1PPS信号与本地1PPS信号高精度鉴相测差，对本地1PPS信号进行同步校准，输出高精度本地1PPS信号，并实现时钟模块的时序控制；10MHz恒温晶体模块U10实现为系统提供10MHz时钟；DDS模块U11实现对10MHz时钟频率进行补偿；操作系统ARM模块U12实现对时钟模件的控制、信息处理，并根据U9单元的测量值调制U11的补偿值，以得到高精度的10MHz时钟频率信号。

所述的主控模件5，包括有一个操作系统ARM模块U13、一个FPGA大规模现场可编程阵列模块U14、一个显示控制缓冲驱动模块U15、一个以太网模块U16、一个电平转换模块U17，一个2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18。其中，操作系统ARM模块U13实现对整个系统进行控制、时间接收及处理、电台时间转换处理、按键信息处理、面板显示控制、系统加载和程序升级的功能；FPGA大规模现场可编程阵列模块U14实现对按键信息进行采集，对各种不同被同步设备将时间数据转换为相应格式的数据发送给被同步设备，对时钟进行计数，将时间数据转化成标准授时接口格式的数据，并与PPS时标信号以标准北斗授时系统授时的时序关系送到设备的标准授时接口，完成整个设备的时序控制；显示控制缓冲驱动模块U15实现对显示控制总线的隔离及缓冲驱动；以太网模块U16实现以太网口信号的接收和发送；电平转换模块U17实现对输入、输出信号的RS232和RS422电平转换；2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18实现对2MHz的时钟信号进行缓冲驱动。

所述的接口模件6，包括有一个北斗/GPS天线接口模块U19、一个显示控制模块U20、一个以太网接口模块U21、一个外部输入接口模块U22、一个标准授时接口模块U23、一个电台授时接口模块U24、一个2MHz时钟接口模块U25、一个电源输入接口模块U26。其中，北斗/GPS天线接口模块U19实现与北斗/GPS天线的连接；显示控制模块U20实现整机状态指示、时间显示及模式设置等功能；以太网接口模块U21实现与外部以太网口相连接；外部输入接口模块U22实现与外部终端或外部授时设备相连接；标准授时接口模块U23实现与使用标准时间信息的设备相连接；电台授时接口模块U24实现与跳频电台相连接；2MHz时钟接口模块U25实现与使用2MHz时钟的设备相连接；电源输入接口模块U26实现与外部电源相连接。

特别值得提出的是：

本发明为满足指标要求，采用了精密相差补偿技术和授时误差控制技术：

所述精密相差补偿技术，采用模拟调控与高精度数字补偿相结合的方法，利用模拟调控进行粗调，再利用48位相位分辨率的DDS进行细调。由于DDS相位可以做到10^-14量级，利用DDS来补偿后端OCXO的相位抖动，可以提高短期频率稳定度和频率准确度。

所述授时误差控制技术，因为电台使用的是内部TOD时间，同步设备使用的是北斗/GPS系统的绝对时间，二者直接转换时存在一定误差。根据TOD时间转换公式推算，每间隔63s，TOD时间与绝对时间一致。但63秒时间太长，因而同步设备采用微秒校准法，只需用2s就可完成绝对时间到TOD时间的转换并输出。

综上所述，本发明基于采用了精密相差补偿技术和授时误差控制技术，从而缩短了跳频电台的同步建立时间，保证了同步保持和无线电静默期间的同步维持，减少了电台同步开销；提供了RS232和RS422电平的高精度的标准授时信号，可以满足现代通信对时间信号的高精确性的要求；且本发明设计合理、可靠性高、环境适应性强、体积小、使用方便。

附图说明

图1为本发明电路原理图。

图中符号说明：

1 是电源模件；

2 是北斗模件；

3 是GPS模件；

4 是时钟模件；

5 是主控模件；

6 是接口模件；

其中：

U1 是内置锂电池模块；

U2 是充电模块；

U3 是电源保护模块；

U4 是DC/DC变换模块；

U5 是DC/DC变换模块；

U6 是DC/DC变换模块；

U7 是北斗接收机模块；

U8 是GPS接收机模块；

U9 是CPLD模块；

U10 是10MHz恒温晶体模块；

U11 是DDS模块；

U12 是操作系统ARM模块；

U13 是操作系统ARM模块；

U14 是大规模现场可编程阵列FPGA模块；

U15 是显示控制缓冲驱动模块；

U16 是以太网单元模块；

U17 是电平转换模块；

U18 是2MHz时钟信号缓冲驱动单元模块；

U19 是北斗/GPS天线接口模块；

U20 是显示控制模块；

U21 是以太网接口模块；

U22 是外部输入接口模块；

U23 是标准授时接口模块；

U24 是电台授时接口模块；

U25 是2MHz时钟接口模块；

U26 是电源输入接口模块。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明的具体实施例。

从图1可以看出：

本发明为一种基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统，包括有一个电源模件1、一个北斗模件2、一个GPS模件3、一个时钟模件4、一个主控模件5和一个面板模件6，共6个部分相结合构成一个整体，其中：

所述主控模件5，包括有一个操作系统ARM模块U13、一个FPGA大规模现场可编程阵列模块U14、一个显示控制缓冲驱动模块U15、一个以太网模块U16、一个电平转换模块U17，一个2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18。

所述时钟模件4，包括有一个CPLD模块U9、一个10MHz恒温晶体模块U10、一个DDS模块U11、一个操作系统ARM模块U12。

所述接口模件6，包括有一个北斗/GPS天线接口模块U19、一个显示控制模块U20、一个以太网接口模块U21、一个外部输入接口模块U22、一个标准授时接口模块U23、一个电台授时接口模块U24、一个2MHz时钟接口模块U25、一个电源输入接口模块U26。

所述北斗模件2，包括有一个北斗接收机模块U7。

所述GPS模件3，包括有一个GPS接收机模块U8。

所述电源模件1，包括有一个内置锂电池模块U1、一个充电模块U2、一个电源保护模块U3、三个DC/DC变换模块U4、U5和U6。

所述操作系统ARM模块U13的第1脚至第6脚依次分别与时钟模件4中的操作系统模块U12中的第14脚至第19脚相对应连接；其第8脚与时钟模件4中的操作系统模块U12中的第7脚相连接；其第9脚至第11脚依次分别与电平转换模块U17中的第1脚至第3脚相对应连接；其第13脚至第52脚依次分别与FPGA大规模现场可编程阵列模块U14中的第30脚至第69脚相对应连接；其第53脚至第62脚依次分别与显示控制缓冲驱动模块U15中的第1脚至第10脚相对应连接；其第63脚至第65脚依次分别与以太网模块U16中的第1脚至第3脚相对应连接。

所述FPGA大规模现场可编程阵列模块U14的第9脚与时钟模块4中的DDS模块U11中的第5脚相连接；其第13脚与时钟模块4中的CPLD模块U9中的第9脚相连接；其第15脚与时钟模块4中的CPLD模块U9中的第7脚相连接；其第21脚与电平转换模块U17中的第23脚相连接；其第25脚与2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18中的第4脚相连接；其第70脚至第79脚依次分别与电平转换模块U17中的第25脚至第34脚相对应连接。

所述显示控制缓冲驱动模块U15的第11脚至第20脚依次分别与接口模件6中的显示控制模块U20中的第1脚至第10脚相对应连接。

所述以太网模块U16的第4脚至第6脚依次分别与接口模件6中的以太网接口模块U21中的第1脚至第3脚相对应连接。

所述电平转换模块U17的第4脚至第6脚依次分别与接口模件6中的外部输入接口模块U22中的第1脚至第3脚相对应连接；其第7脚至第13脚依次分别与接口模件6中的标准授时接口模块U23中的第1脚至第7脚相对应连接；其第14脚至第16脚依次分别与接口模件6中的电台授时接口模块U24中的第1脚至第3脚相对应连接。

所述2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18的第9脚分别与接口模件6中的2MHz时钟接口模块U25中的第1脚相对应连接。

所述CPLD模块U9的第5脚与北斗模件2中的北斗接收机模块U7的第7脚相连接；其第6脚与GPS模件3中的GPS接收机模块U8的第2脚相连接；其第7脚与时钟模件5中的大规模现场可编程阵列FPGA模块U14中的第15脚相连接；其第9脚与时钟模件5中的大规模现场可编程阵列FPGA模块U14中的第13脚相连接；其第12脚与10MHz恒温晶体模块U10的第2脚相连接；其第14脚至第24脚依次分别与操作系统ARM模块U12的第19脚至第29脚相对应连接。

所述10MHz恒温晶体模块U10的第1脚与DDS模块U11的第2脚相连接。

所述DDS模块U11的第5脚与时钟模件5中的大规模现场可编程阵列FPGA模块U14中的第9脚相连接；其第6脚至第15脚依次分别与操作系统ARM模块U12的第30脚至第39脚相对应连接。

所述操作系统ARM模块U12的第1脚至第6脚依次分别与北斗模件2中的北斗接收机模块U7上的第1脚至第6脚相对应连接；其第8脚至第13脚依次分别与GPS模件3中的GPS接收机模块U8上的第3脚至第8脚相对应连接；其第7脚与主控模件5中的操作系统模块U13中的第8脚相连接；其第14脚至第19脚依次分别与主控模件5中的操作系统模块U13中的第1脚至第6脚相对应连接。

所述北斗/GPS天线接口模块U19中的第1脚与GPS模件2中的GPS接收机模块U8中的第1脚相连接；其第2脚与北斗模件2中的北斗接收机模块U7中的第8脚相连接。

所述显示控制模块U20中的第1脚至第10脚依次分别与主控模件5中的显示控制缓冲驱动模块U15中的第11脚至第20脚相对应连接。

所述以太网接口模块U21中的第1脚至第3脚依次分别与主控模件5中的以太网模块U16中的第4脚至第6脚相对应连接。

所述外部输入接口模块U22中的第1脚至第3脚依次分别与主控模件5中的电平转换模块U17中的第4脚至第6脚相对应连接。

所述标准授时接口模块U23中的第1脚至第7脚依次分别与主控模件5中的电平转换模块U17中的第7脚至第13脚相对应连接。

所述电台授时接口模块U24中的第1脚至第3脚依次分别与主控模件5中的电平转换模块U17中的第14脚至第16脚相对应连接。

所述2MHz时钟接口模块U25中的第1脚与主控模件5中的2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18中的第9脚相连接。

所述电源输入接口模块U26中的第1脚与电源模件1中的电源保护模块U3中的第3脚相连接。

所述北斗接收机模块U7的第1脚至6脚，依次分别与时钟模件4上的操作系统模块U12的第1脚至第6脚相对应连接；其第7脚与时钟模件4上的CPLD模块U9的第5脚相连接；其第8脚与接口模件6上的北斗/GPS天线接口模块U19的第2脚相连接。

所述GPS接收机模块U8的第1脚与接口模件6上的北斗/GPS天线接口模块U19的第1脚相连接；其第2脚与时钟模件4上的CPLD模块U9的第56脚相连接；其第3脚至8脚，依次分别与时钟模件4上的操作系统模块U12的第8脚至第13脚相对应连接。

所述内置锂电池模块U1的第1脚与充电模块U2的第2脚相连接；其第2脚与电源保护模块U3的第5脚相连接。

所述充电模块U2的第1脚与电源保护模块U3的第7脚相连接。

所述电源保护模块U3的第3脚与接口模件6上的电源输入接口模块U26的第1脚相连接；其第7脚分别与DC/DC变换模块U4、U5和U6的第1脚相连接。

本发明主要元器件型号规格如下：

U12和U13是操作系统ARM模块，采用的型号为三星公司的S3C2410。

U14是大规模现场可编程阵列FPGA模块，采用的型号为XILINX公司的XC3S500E。

U10是10MHz恒温晶体模块，采用的型号为FEI公司的FEI180的恒温晶体。

U7是北斗接收机模块，采用的型号为星地恒通公司的OSS7.X型北斗无源授时接收机。

U8是GPS接收机模块，采用的型号为瑞士UBLOX LEA-5T型GPS接收机。

其余部件均为工业级通用件。

以上实施例仅为本发明较佳实施例，用以说明本发明的技术特征和可实施性，并非用以限定本发明的专利权利；同时以上描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施。因此，在未脱离本实用新型所揭示的前提下，所完成的等效的改变或修饰，均包含在所述的权利要求范围内。

Claims (1)

1.一种基于北斗/GPS时间信号的通信网络授时系统，包括有一个电源模件(1)，一个北斗模件(2)，一个GPS模件(3)，一个时钟模件(4)，一个主控模件(5)和一个接口模件(6)，共6个部分相结合构成一个整体，其特征是：

a、所述主控模件(5)，包括有一个操作系统ARM模块U13、一个FPGA大规模现场可编程阵列模块U14、一个显示控制缓冲驱动模块U15、一个以太网模块U16、一个电平转换模块U17，一个2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18；其中：

a1、所述操作系统ARM模块U13的第1脚至第6脚依次分别与时钟模件(4)中的操作系统模块U12中的第14脚至第19脚相对应连接；其第8脚与时钟模件(4)中的操作系统模块U12中的第7脚相连接；其第9脚至第11脚依次分别与电平转换模块U17中的第1脚至第3脚相对应连接；其第13脚至第52脚依次分别与FPGA大规模现场可编程阵列模块U14中的第30脚至第69脚相对应连接；其第53脚至第62脚依次分别与显示控制缓冲驱动模块U15中的第1脚至第10脚相对应连接；其第63脚至第65脚依次分别与以太网模块U16中的第1脚至第3脚相对应连接；

a2、所述FPGA大规模现场可编程阵列模块U14的第9脚与时钟模件(4)中的DDS模块U11中的第5脚相连接；其第13脚与时钟模件(4)中的CPLD模块U9中的第9脚相连接；其第15脚与时钟模件(4)中的CPLD模块U9中的第7脚相连接；其第21脚与电平转换模块U17中的第23脚相连接；其第25脚与2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18中的第4脚相连接；其第70脚至第79脚依次分别与电平转换模块U17中的第25脚至第34脚相对应连接；

a3、所述电平转换模块U17的第4脚至第6脚依次分别与接口模件(6)中的外部输入接口模块U22中的第1脚至第3脚相对应连接；其第7脚至第13脚依次分别与接口模件(6)中的标准授时接口模块U23中的第1脚至第7脚相对应连接；其第14脚至第16脚依次分别与接口模件(6)中的电台授时接口模块U24中的第1脚至第3脚相对应连接；

b、所述时钟模件(4)，包括有一个CPLD模块U9、一个10MHz恒温晶体模块U10、一个DDS模块U11、一个操作系统ARM模块U12；

b1、所述CPLD模块U9的第5脚与北斗模件(2)中的北斗接收机模块U7的第7脚相连接；其第6脚与GPS模件3中的GPS接收机模块U8的第2脚相连接；其第7脚与时钟模件(5)中的大规模现场可编程阵列FPGA模块U14中的第15脚相连接；其第9脚与时钟模件(5)中的大规模现场可编程阵列FPGA模块U14中的第13脚相连接；其第12脚与10MHz恒温晶体模块U10的第2脚相连接；其第14脚至第24脚依次分别与操作系统ARM模块U12的第19脚至第29脚相对应连接；

b2、所述操作系统ARM模块U12的第1脚至第6脚依次分别与北斗模件(2)中的北斗接收机模块U7上的第1脚至第6脚相对应连接；其第8脚至第13脚依次分别与GPS模件(3)中的GPS接收机模块U8上的第3脚至第8脚相对应连接；其第7脚与主控模件(5)中的操作系统模块U13中的第8脚相连接；其第14脚至第19脚依次分别与主控模件(5)中的操作系统模块U13中的第1脚至第6脚相对应连接；

c、所述接口模件(6)，包括有一个北斗/GPS天线接口模块U19、一个显示控制模块U20、一个以太网接口模块U21、一个外部输入接口模块U22、一个标准授时接口模块U23、一个电台授时接口模块U24、一个2MHz时钟接口模块U25、一个电源输入接口模块U26；

c1、所述接口模件(6)中的北斗/GPS天线接口模块U19中的第1脚与GPS模件(3)中的GPS接收机模块U8中的第1脚相连接；其第2脚与北斗模件(2)中的北斗接收机模块U7中的第8脚相连接，所述显示控制模块U20中的第1脚至第10脚依次分别与主控模件(5)中的显示控制缓冲驱动模块U15中的第11脚至第20脚相对应连接，所述以太网接口模块U21中的第1脚至第3脚依次分别与主控模件(5)中的以太网模块U16中的第4脚至第6脚相对应连接，所述外部输入接口模块U22中的第1脚至第3脚依次分别与主控模件(5)中的电平转换模块U17中的第4脚至第6脚相对应连接，所述标准授时接口模块U23中的第1脚至第7脚依次分别与主控模件(5)中的电平转换模块U17中的第7脚至第13脚相对应连接，所述电台授时接口模块U24中的第1脚至第3脚依次分别与主控模件(5)中的电平转换模块U17中的第14脚至第16脚相对应连接，所述2MHz时钟接口模块U25中的第1脚与主控模件(5)中的2MHz时钟信号缓冲驱动模块U18中的第9脚相连接，所述电源输入接口模块U26中的第1脚与电源模件1中的电源保护模块U3中的第3脚相连接；

d、所述北斗模件(2)中的北斗接收机模块U7的第1脚至6脚，依次分别与时钟模件(4)上的操作系统模块U12的第1脚至第6脚相对应连接；其第7脚与时钟模件(4)上的CPLD模块U9的第5脚相连接；其第8脚与接口模件6上的北斗/GPS天线接口模块U19的第2脚相连接；

e、所述GPS模件(3)中的GPS接收机模块U8的第1脚与接口模件(6)上的北斗/GPS天线接口模块U19的第1脚相连接；其第2脚与时钟模件(4)上的CPLD模块U9的第56脚相连接；其第3脚至8脚，依次分别与时钟模件(4)上的操作系统模块U12的第8脚至第13脚相对应连接。