CN104135332B - 一种用于大功率电磁发射机的gps时间同步装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置，包括：包括GPS接收模块、主控单元；所述GPS接收模块分别与主控单元通信连接；所述GPS接收模块捕捉GPS卫星信号，并将GPS卫星信号转换处理，所述GPS接收模块将转换后的数据输出至所述主控单元，所述主控单元解码后得到标准的时间信号传输至上位机显示。本发明能够生成连续的高精度秒脉冲来维持精确可靠的同步，实现了高精度时间信号输出。即便是在GPS信号出现异常时，同步装置自身也能产生连续的PPS保证GPS时间的同步。在强电磁干扰下无论GPS信号是否正常，都能保持相当高的精度和可靠性。

Description

一种用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置

技术领域

本发明涉及一种GPS时间同步装置，特别涉及一种用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置，属于通信技术领域。

背景技术

电磁法是通过获取大地介质对射入电磁场的响应，来获得地下地质体或矿体电导率结构信息的方法。由于金属矿通常具有的良好导电性，因此，电磁法勘探是寻找金属矿最为有效的地球物理勘探手段。对于电磁法勘探而言，离不开可靠的电磁勘探仪器装备。而在电磁法勘探仪器的研制中，设计发射机和接收机之间的同步又是其中一项非常关键的技术，因为在实际的野外实验中，接收机和发射机都按照事先设定好的频率表自动进行信号的发射与接收，无需手动操作，所以需要保证发射与接收的同步，因而发射机和接收机需要进行时间的同步。

关于时间同步方式，目前最常用方法是采用GPS进行同步。在发射机和接收机中分别采用相同的GPS芯片，由于GPS同步不受距离及地形影响，并且GPS输出的时间准确度很高，因此采用GPS是一种比较好的同步方式。然而，现有的GPS时间同步装置经常会忽略GPS找星的问题，同时对GPS信号的依赖性都比较强，它们多是在假设GPS信号一定能找到且不会失效的前提下设计。由于GPS卫星信号在空间传播时受到多方面因素影响，会直接造成信号条件不理想。例如，在室内和森林等低信噪下，遮挡、多径和干扰等现象较严重，导致GPS接收芯片接收到的GPS信号功率受到严重的衰弱。GPS芯片其可捕获卫星数量明显减少。当GPS芯片捕获到的卫星数量低于一定值时，GPS芯片就无法准确的获得GPS时间信息。另外GPS芯片易受外界环境的影响，特别是在强电磁环境下其输出的PPS(秒脉冲)会夹杂扰动信号，有可能导致PPS失效，装置不能正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种精度高、稳定、抗干扰的用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置，包括：GPS接收模块、主控单元；

所述GPS接收模块分别与主控单元通信连接；

所述GPS接收模块捕捉GPS卫星信号，并将GPS卫星信号转换处理，所述GPS接收模块将转换后的数据输出至所述主控单元，所述主控单元解码后得到标准的时间信号传输至上位机显示。

其中较优地，还包括计数单元，所述计数模块与所述主控单元通信连接；

所述计数单元向所述主控单元提供连续的频率信号，所述主控单元对频率信号处理后与GPS模块转换后的数据同步后得到标准的时间信号传输至所述上位机显示。

其中较优地，所述主控单元包括：主控单元包括控制单元和处理单元；

所述控制单元和所述处理单元通过总线通信连接；

所述GPS接收模块将转换后的GPS数据输出至所述处理单元，所述处理单元解调、处理GPS数据后输出标准的时间信号至所述上位机显示；

所述主控单元对所述计数单元输出的频率倍频后进行计数，并将计数信号传输至所述处理单元，所述处理模块将并将计数信号转换成秒脉冲信号，对秒脉冲信号与GPS模块转换后的数据同步后得到标准的时间信号传输至所述上位机显示。

其中较优地，所述控制单元是FPGA和处理单元DSP。

其中较优地，所述处理单元包括：第一URAT模块、GPS解码模块、时间同步模块、第二URAT模块、数据处理模块、外部中断模块；

所述第一URAT模块、所述GPS解码模块、所述时间同步模块、所述第二URAT模块依序通信连接，所述数据处理模块、所述中断模块、所述时间同步模块依序通信连接；

第一URAT模块接收到所述GPS接收模块发送的GPS数据后，转发至所述GPS解码模块，所述GPS解码模块将GPS数据解码成时间、状态信息发送至所述时间同步模块，所述时间同步模块将时间信息、状态信息处理成标准时间通过所述第二URAT模块发送至上位机；

所述数据处理模块接收控制模块或GPRS接收模块传输的计数信息并转化成秒脉冲信号，并将秒脉冲信号传输至所述外部中断模块，所述外部中断模块将秒脉冲信号转换成时间信号传输至所述时间同步模块，所述时间同步模块将时间信号和GPRS接收模块传输的时间信号处理成标准时间通过所述第二URAT模块发送至上位机。

其中较优地，所述控制单元包括：倍频模块、第一计数模块、数据缓存区；

所述倍频模块、所述第一计数模块、所述数据缓存区依序通信连接；

所述倍频模块将计数单元传输的频率倍频处理后送到所述第一计数模块里进行计数，所述第一计数模块中的计数值达到设定值后，再将计数值送到所述数据缓存区。

其中较优地，还包括恒温晶振反馈控制电路；

所述恒温晶振反馈控制电路包括：第二计数模块、数模转换模块、运算放大电路；

所述倍频模块、所述第二计数模块、所述数据处理模块、所述数模转换模块、所述运算放大电路、所述恒温晶振依序通信连接；

所述倍频模块将恒温晶振频率倍频处理后发送至所述第二计数模块计数，所述数据处理模块读取所述第二计数模块的计数值计算出晶振单位时间的误差测量值和反馈电压，将运算出的反馈电压值发送至所述数模转换模块转化为模拟信号并通过运算放大电路放大处理后反馈至所述恒温晶振的反馈电压接口。

其中较优地，晶振单位时间的误差测量值是按下式计算的：

f_err＝f×a-f1；

其中，f表示晶振频率值，a表示倍频系数，f1表示相邻2个GPS秒脉冲时间内FPGA对倍频后的恒温晶振频率计算值，f_err表示倍频后的晶振单位时间的误差测量值。

其中较优地，所述反馈电压是通过PID算法计算的。

其中较优地，还包括：处理秒脉冲的逻辑电路；

所述逻辑电路包括：二输入与门、二输入或门；

所述二输入与门的第一输入端与所述GPS接收模块连接、所述二输入与门的第二输入端与所述处理单元的第二GPIO接口连接，所述二输入与门的输出端与所述二输入或门的第一输入端连接，所述二输入与门的第二输入与所述处理单元的第一GPIO接口连接，二输入或门的输出端与所述处理单元的INT接口连接。

本发明提供的用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置，能够生成连续的高精度秒脉冲来维持精确可靠的同步，实现了高精度时间信号输出。即便是在GPS信号出现异常时，同步装置自身也能产生连续的PPS保证GPS时间的同步。在强电磁干扰下无论GPS信号是否正常，都能保持相当高的精度和可靠性，综上本文所设计的GPS时间同步装置适用于电磁勘探中，而且可以广泛应用于电力、通讯、计算机网络等需要高精度实时同步的场合，因此具有很大的应用前景。

附图说明

图1是本发明GPS时间同步装置系统结构示意图；

图2是GPS模块输出的秒脉冲和串行数据波形示意图；

图3是GPS模块输出完整串行数据波形示意图；

图4是秒脉冲逻辑电路与DSP连接示意图；

图5是秒脉冲信号生成原理示意图；

图6是秒脉冲被干扰秒脉冲信号未丢失的波形示意图；

图7是秒脉冲被干扰秒脉冲信号丢失的波形示意图；

图8是恒温晶振反馈控制电路回路示意图；

图9是逻辑电路处理后的秒脉冲波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置(以下简称GPS时间同步装置)，包括：GPS接收模块、主控单元；GPS接收模块与主控单元通信连接；GPS接收模块捕捉GPS卫星信号，并将GPS卫星信号转换处理，GPS接收模块将转换后的GPS数据输出至主控单元，主控单元解码GPS数据后得到标准的时间信号传输至上位机显示。下面对本发明展开详细的说明。

由于GPS卫星信号在空间中传播时，易受外界环境的影响，如果遇到障碍物，其信号功率会减弱或消失，将会影响到接收芯片对卫星信号的捕捉，所以应设法提高同步装置捕捉到GPS卫星信号的能力。本文采用了以下两种改进方法：一方面，将GPS天线放到开阔并没有遮挡的地带，以减小障碍物对卫星信号功率的衰弱；另一方面，增大GPS接收芯片的射频供应电压(例如，由3.3V增加到5V)，提高接收芯片对卫星信号的接收能力。如果在上述两种方式处理后仍然不能接收到完整的GPS信号，需要在GPS信号丢失后，通过其他方式为系统提供GPS时间同步装置提供时间信息，确保系统输出高精度的时间信号。在本发明的一个实施例中，GPS接收模块优选美国CONNOR—WINFIELD公司的Wi125。Wi125GPS接收模块时间精度达到25ns。GPS接收模块将GPS卫星信号转换处理后直接区分输出如图2所示秒脉冲PPS(pulses per second)和图3所示的串行数据(NMEA-0183语句)，其中串行数据中包含着GPS时间信息和定位信息等。秒脉冲PPS和串行数据由GPS接收模块两个不同的口输出。

如图1所示，为了避免在GPS信号丢失后，GPS时间同步装置将不能输出高精度的时间信号。为避免这一问题，本发明提供的GPS时间同步装置还设置有计数单元，计数单元与主控单元通信连接；计数单元向主控单元提供连续的恒温晶振频率，主控单元对恒温晶振频率处理后与GPS模块转换后的GPS数据同步得到标准的时间信号传输至上位机显示。本GPS时间同步装置能够通过计数单元生成连续的高精度恒温晶振频率来维持精确可靠的同步。在本发明的一个实施例中，GPS时间同步装置中，计数单元优选选用恒温晶振，秒脉冲的精度取决于恒温晶振的精度。恒温晶振优选频率是12.288M的恒温晶振。频率是12.288M的恒温晶振频率精度达到小数点后9个数量级，频率短期稳定度优于2E-11(2E-11＝2*10^-11,12.288M的恒温晶振的频率短期稳定度能达到小数点后11位,精度比较高)，日老化率<＝±0.5ppb，且带有反馈调节，使其具有很高的频率精度和稳定度，这些优点使得本装置比使用普通晶振的装置大大提高了同步精度、温度稳定性和时间稳定性。

如图1所示，主控单元包括控制单元FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)和处理单元DSP(digital signal processor，数字信号处理器)，控制单元和处理单元通过地址、数据总线通信连接。控制单元和处理单元通过地址、数据总线以并行形式传输数据。GPS接收模块将转换后的GPS数据输出至处理单元，处理单元分别通过不同的接口接收GPS数据(例如，秒脉冲与串行数据分别接到处理单元DSP的外部中断口与RXD口)。处理单元对接收到的串行数据解调、处理成标准的时间数据，传输至上位机显示。控制单元接收计数单元发送的恒温晶振频率，并对其倍频后进行计数，并将计数后的计数信号传输至处理单元，处理单元将计数信号同步处理成时间信号并与GPS时间数据同步形成标准的时间传输至上位机显示。本GPS时间同步装置通过计数单元产生高精度的秒脉冲，最终使GPS时间同步装置自身产生高精度的秒脉冲，对秒脉冲处理后和GPS数据中的时间同步，确保输出高精度的时间信号。

在本发明的一个实施例中，处理单元包括：第一URAT模块、GPS解码模块、时间同步模块、第二URAT模块、数据处理模块、外部中断模块。第一URAT模块、GPS解码模块、时间同步模块、第二URAT模块依序通信连接，数据处理模块、中断模块、时间同步模块依序通信连接。第一URAT模块接收到GPS接收模块发送的GPS数据后，转发至GPS解码模块，GPS解码模块将GPS数据解码成当前时间、状态信息发送至时间同步模块，时间同步模块将时间信息、状态信息处理成UTC时间(世界标准时间)发送至第二URAT模块，第二URAT模块将UTC时间发送至显示模块。数据处理模块接收控制模块传输的计数值并转化成秒脉冲信号并传输至外部中断模块，外部中断模块将秒脉冲信号处理成单位时间(例如一秒为间隔中断)并传输至时间同步模块，时间同步模块同步单位时间与当前时间形成UTC时间(世界标准时间)发送至第二URAT模块，第二URAT模块将UTC时间发送至显示模块。GPS芯片向DSP发送的串行数据中包含当前时刻的UTC时间，而秒脉冲每触发一次外部中断，对应的UTC时间就加1s。处理单元DSP优选TI公司的TMS320F2812，主频达到150MHz，大部分指令周期为6.67ns，数据处理速度快，同时片内集成了功能强大的I/O口和许多外设功能。TMS320F2812有丰富的时间管理器，SCI(Serial Communication Interface，串行通信接口)模块和中断模块为本装置的设计提供了极大的便利。

在本发明的一个实施例中，控制单元包括：倍频模块、第一计数模块、数据缓存区。倍频模块、第一计数模块、数据缓存区依序通信连接。倍频模块将计数单元传输的频率倍频处理后送到第一计数模块里进行计数，第一计数模块中的计数值达到设定值后，再将计数值送到数据缓存区，等待DSP的读取。FPGA的数据缓冲区相当于DSP的一个外部存储器，当DSP从FPGA读取数据及向FPGA发送控制命令时，需要为每个数据分配地址。控制单元FPGA选用了Altera公司的Cyclone II系列FPGA器件，其自身时钟频率可以达到几百兆赫兹，再加上并行处理的特性，可以达到很高的处理速度，非常适合应用于时间精度有较高要求的实时系统。

由于GPS卫星信号在空间传播时，信号传输往往受到环境条件的多方面限制，多径和干扰等现象较严重。特别是在强电磁环境下其输出的GPS数据会夹杂扰动信号，有可能导致PPS失效。为了避免本GPS时间同步装置收到干扰导致输出的时间信息精度不高和可靠性差，需要考虑GPS时间同步装置在强电磁环境下，GPS接收模块在传送PPS时有可能夹杂干扰的问题，有可能出现跳秒的情况。为保证本GPS时间同步装置输出精准的实现信号，必须设法消除PPS秒脉冲干扰，避免跳秒现象的出现。另外，发明人多次研究发现DSP不能对GPS芯片产生的秒脉冲直接进行处理，需要对秒脉冲进行处理后，再交由DSP处理。如图1所示，为了避免电磁干扰对PPS秒脉冲干扰，更好的使DSP对秒脉冲处理，提高输出时间的精度。本GPS时间同步装置还包括：处理秒脉冲的逻辑电路。如图1所示，逻辑电路连接在GPS接收模块与主控单元之间。如图4所示，逻辑电路包括二输入与门、二输入或门，二输入与门的第一输入端与GPS接收模块连接、二输入与门的第二输入端与DSP的第二GPIO(General PurposeInput Output，通用输入/输出)接口连接，二输入与门的输出端与二输入或门的第一输入端连接，二输入与门的第二输入与DSP的第一GPIO接口连接，二输入或门的输出端与DSP的INT接口连接。

图5示出了逻辑电路对秒脉冲信号处理后的秒脉冲信号生成原理。如图4和图5所示，本GPS时间同步装置中，逻辑电路的工作模式主要分为一下三种；第一、GPS信号未被干扰；第二、GPS信号被干扰，秒脉冲信号未丢失；第三、GPS信号被干扰，秒脉冲信号也丢失。下面对本GPS时间同步装置中，逻辑电路的工作模式详细说明。

第一工作模式，GPS信号未被干扰(即图5中0-3s)：信号1是GPS时间同步装置自身产生的秒脉冲信号，信号1是控制单元FPGA对恒温晶振倍频后计数得到。GPS信号未被干扰时，信号1以提前GPS秒脉冲t/2时间作为起始时刻(0s时信号1和GPS_PPS同步，信号1第一次计时(1-t/2)s，之后都计时1s)。由于选用的FPGA自身工作频率可以达到几百兆赫兹，因此FPGA在将恒温晶振倍频后计数一次的时间仅为几纳秒，所以在确保输出信号1时，也能将时间t设定的非常短(小于1us)，这样确保同步装置自身产生的秒脉冲信号1和GPS接收模块提供秒脉冲信号时间偏差非常的小。在GPS信号未被干扰时，输入信号经过逻辑电路后，输出的信号4和GPS_PPS(GPS秒脉冲)是同步的，这样也就确保了GPS_PPS被准确无误的送到DSP的外部中断模块中，经过DSP的时间同步模块的处理，系统就能够输出准确的时间信号。

第二工作模式，GPS信号被干扰，秒脉冲信号未丢失(即图5中3-4s)：如图6所示，在GPS信号被干扰但秒脉冲还未丢失的情况下，由于信号1只在GPS秒脉冲上升沿的两侧，且波形非常的窄。所以信号1和GPS_PPS经过与门后，只要GPS信号正常，GPS秒脉冲就可以顺利通过与门，而在信号1窄脉冲之外的脉冲干扰就会被屏蔽，由于窄脉冲的宽度非常的小，所以该逻辑电路可以很好的消除干扰脉冲。

第三工作模式，GPS信号未被干扰，秒脉冲信号也丢失(即图5中4-5s)：如图7所示，在GPS信号被干扰，秒脉冲信号也丢失的情况下，GPS时间同步装置自身产生的秒脉冲信号1代替GPS信号提供秒脉冲输出。如果数据处理模块监测到图5中5s处信号1在整个高电平期间信号2一直是低电平，此时可以判定GPS秒脉冲信号已经丢失。数据处理模块收到计数模块1的计数值后，立刻生成信号1，并对FPGA计数模块1发送计数清零命令，在检测到GPS信号异常时(GPS秒脉冲丢失)，生成信号3，立刻给信号3一个脉冲信号，信号3与信号2经过或门后，信号4得到了一个脉冲信号(也就是GPS时间同步装置自身产生的秒脉冲信号)，这个秒脉冲信号相比实际GPS_PPS延迟了t/2时间，由于时间t非常的短，所以装置自身产生的秒脉冲信号和GPS接收模块提供秒脉冲信号也就无明显差异了。

经过上述处理，装置即使失去GPS信号也不会失去正常工作所需的秒脉冲，待GPS秒脉冲信号恢复正常后在切换到工作模式1运转，该同步装置既考虑了GPS由于外界干扰可能造成同步脉冲消失，又防止了突变干扰信号被误认为同步信号现象的发生。在强电磁环境下被干扰的GPS秒脉冲(图6和图7)经过逻辑电路处理后得到如图9所示的秒脉冲波形图。从图9中可以看出，经过逻辑电路处理后图6中秒脉冲夹杂的扰动信号被消除，且没有出现跳秒的现象，图7中丢失的秒脉冲信号经过逻辑电路处理后由同步装置自身产生同步的脉冲信号，确保系统输出高精度的同步时间。本发明提供的GPS时间同步装置通过设置逻辑电路，无论有无GPS信号，是否收到电磁干扰，都可以保证输出脉冲的精度。

尽管选用的恒温晶振精度非常的高，但单位时间的误差较稳定。GPS时间同步装置使用恒温晶振使自身产生高精度的秒脉冲，仍然存在一定的累计误差，再加上老化的因素，长期使用后频率输出会有偏移。为了进一步保证本GPS时间同步装置输出的时间信号的精度，需要把晶振单位时间的误差测量估算出来，利用晶振可以反馈调节的特性(恒温晶振自带电压反馈控制管脚)，实现对恒温晶振频率的闭环控制。假设晶振频率值为f，FPGA倍频系数为a，误差测量值的具体计算方法如式(1)所示：

f_err＝f×a-f1； (1)

其中，f表示晶振频率值，a表示倍频系数，f1表示相邻2个GPS秒脉冲时间内FPGA对倍频后的恒温晶振频率计算值，f_err表示倍频后的晶振单位时间的误差测量值。

如图1所示，为了更好地估算和消除晶振单位时间的误差，本GPS时间同步装置还包括恒温晶振反馈控制电路，恒温晶振反馈控制电路设置在主控单元与恒温晶振之间。如图8所示，恒温晶振反馈控制电路包括：第二计数模块、数模转换模块、运算放大电路。倍频模块、第二计数模块、数据处理模块、数模转换模块、运算放大电路恒温晶振依序通信连接。倍频模块将恒温晶振频率倍频处理后发送至第二计数模块计数，数据处理模块读取第二计数模块的计数值做PID运算计算出晶振单位时间的误差测量值和反馈电压，将运算处的反馈电压值发送至数模转换模块转化为模拟信号，将模拟信号通过运算放大电路方法处理后反馈至恒温晶振的反馈电压口。在本发明的一个实施例中，利用FPGA可并行处理的特性，再加入一路计数器第二计数模块。第二计数模块与FPGA的备品模块通信连接，第二计数模块与DSP的数据处理模块连接。第二计数模块计算相邻2个GPS秒脉冲时间内FPGA对倍频后的恒温晶振频率计数值。第二将计数模块相邻2个GPS秒脉冲时间内FPGA对倍频后的恒温晶振频率计数值发送至DSP的数据处理模块。倍频后的晶振单位时间的误差测量值计算在DSP中完成，根据算出的晶振频率偏差值，运用PID算法(具体算法参见A Digital Circuit forJitter Reduction of GPS-disciplined I-PPS Synchronization Signals，AMUEM2007-Proceedings of the2007IEEE International Workshop on Advanced Methods forUncertainty Estimation in Measurement,p84-88,2007,AMUEM2007-Proceedings ofthe2007IEEE International Workshop on Advanced Methods for UncertaintyEstimation in Measurement，2007.7)算出反馈电压，实现对恒温晶振频率的闭环控制，这样也就能修正恒温晶振的频率。

在GPS信号正常时，GPS芯片产生的秒脉冲信号时是非常精准的，所以计数模块2计数时间选取相邻的两个秒脉冲之间。在第一次GPS秒脉冲触发DSP外部中断后，DSP的数据处理模块立刻给FPGA计数模块2清零指令，计数模块2开始对倍频后的晶振频率计数，第二次中断触发后，首先将计数模块2的计数值读取进来，并保存下来，然后给FPGA计数模块2清零指令，开始下一次计数，再下次触发中断后，重复第二次进入外部中断的操作。由于在GPS秒脉冲丢失后，秒脉冲由同步装置自身产生，所以1s内计数模块1和2的值是相等的，所以不再对恒温晶振进行校正工作，待GPS秒脉冲信号恢复后，再对晶振频率进行校正工作。GPS信号正常时计数模块2工作，当GPS秒脉冲信号丢失后计数模块2停止工作。

综上所述，本发明提供的用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置，能够生成连续的高精度秒脉冲来维持精确可靠的同步，实现了高精度时间信号输出。即便是在GPS信号出现异常时，同步装置自身也能产生连续的PPS保证GPS时间的同步。在强电磁干扰下无论GPS信号是否正常，都能保持相当高的精度和可靠性，综上本文所设计的GPS时间同步装置适用于电磁勘探中，而且可以广泛应用于电力、通讯、计算机网络等需要高精度实时同步的场合，因此具有很大的应用前景。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种用于大功率电磁发射机的GPS时间同步装置，其特征在于，包括：GPS接收模块、主控单元；

所述GPS接收模块分别与主控单元通信连接；

所述GPS接收模块捕捉GPS卫星信号，并将GPS卫星信号转换处理，所述GPS接收模块将转换后的数据输出至所述主控单元，所述主控单元解码后得到标准的时间信号传输至上位机显示；

还包括计数单元，所述计数单元与所述主控单元通信连接；

所述计数单元向所述主控单元提供连续的频率信号，所述主控单元对频率信号处理后与GPS模块转换后的数据同步后得到标准的时间信号传输至所述上位机显示；

所述主控单元包括：控制单元和处理单元；

所述控制单元和所述处理单元通过总线通信连接；

所述GPS接收模块将转换后的GPS数据输出至所述处理单元，所述处理单元解调、处理GPS数据后输出标准的时间信号至所述上位机显示；

所述控制单元对所述计数单元输出的频率倍频后进行计数，并将计数信号传输至所述处理单元，所述处理模块将并将计数信号转换成秒脉冲信号，对秒脉冲信号与GPS模块转换后的数据同步后得到标准的时间信号传输至所述上位机显示；

所述处理单元包括：第一URAT模块、GPS解码模块、时间同步模块、第二URAT模块、数据处理模块、外部中断模块；

所述第一URAT模块、所述GPS解码模块、所述时间同步模块、所述第二URAT模块依序通信连接，所述数据处理模块、所述中断模块、所述时间同步模块依序通信连接；

第一URAT模块接收到所述GPS接收模块发送的GPS数据后，转发至所述GPS解码模块，所述GPS解码模块将GPS数据解码成时间、状态信息发送至所述时间同步模块，所述时间同步模块将时间信息、状态信息处理成标准时间通过所述第二URAT模块发送至上位机；

所述数据处理模块接收控制单元或GPS接收模块传输的计数信息并转化成秒脉冲信号，并将秒脉冲信号传输至所述外部中断模块，所述外部中断模块将秒脉冲信号转换成时间信号传输至所述时间同步模块，所述时间同步模块将时间信号和GPS接收模块传输的时间信号处理成标准时间通过所述第二URAT模块发送至上位机。

2.如权利要求1所述的GPS时间同步装置，其特征在于，所述控制单元是FPGA和处理单元DSP。

3.如权利要求1所述的GPS时间同步装置，其特征在于，所述控制单元包括：倍频模块、第一计数模块、数据缓存区；

所述倍频模块、所述第一计数模块、所述数据缓存区依序通信连接；

所述倍频模块将计数单元传输的频率倍频处理后送到所述第一计数模块里进行计数，所述第一计数模块中的计数值达到设定值后，再将计数值送到所述数据缓存区。

4.如权利要求3所述的GPS时间同步装置，其特征在于，还包括恒温晶振反馈控制电路；

所述恒温晶振反馈控制电路包括：第二计数模块、数模转换模块、运算放大电路；

所述倍频模块、所述第二计数模块、所述数据处理模块、所述数模转换模块、所述运算放大电路、所述恒温晶振依序通信连接；

所述倍频模块将恒温晶振频率倍频处理后发送至所述第二计数模块计数，所述数据处理模块读取所述第二计数模块的计数值计算出晶振单位时间的误差测量值和反馈电压，将运算出的反馈电压值发送至所述数模转换模块转化为模拟信号并通过运算放大电路放大处理后反馈至所述恒温晶振的反馈电压接口。

5.如权利要求4所述的GPS时间同步装置，其特征在于，晶振单位时间的误差测量值是按下式计算的：

f_err＝f×a-f1；

其中，f表示晶振频率值，a表示倍频系数，f1表示相邻2个GPS秒脉冲时间内FPGA对倍频后的恒温晶振频率计算值，f_err表示倍频后的晶振单位时间的误差测量值。

6.如权利要求4所述的GPS时间同步装置，其特征在于，所述反馈电压是通过PID算法计算的。

7.如权利要求1所述的GPS时间同步装置，其特征在于，还包括：处理秒脉冲的逻辑电路；

所述逻辑电路包括：二输入与门、二输入或门；

所述二输入与门的第一输入端与所述GPS接收模块连接、所述二输入与门的第二输入端与所述处理单元的第二GPIO接口连接，所述二输入与门的输出端与所述二输入或门的第一输入端连接，所述二输入与门的第二输入与所述处理单元的第一GPIO接口连接，二输入或门的输出端与所述处理单元的INT接口连接。