CN104678754A

CN104678754A - 一种全功能型时间同步系统

Info

Publication number: CN104678754A
Application number: CN201510132950.4A
Authority: CN
Inventors: 杨娜; 王云帆
Original assignee: Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Current assignee: Tianjin 764 Communication and Navigation Technology Corp
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2015-06-03

Abstract

本发明公开了一种全功能型时间同步系统,系统包括北斗/GPS接收机、接到前面板的主控、PPS、NTP、PTP、IRIGB、电源和天线单元；主控包括ARM、第二扩展模块和隔离模块；PPS包括第一扩展模块和电平转换电路；NTP包括ARM、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；PTP单元包括ARM、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；IRIGB包括FPGA、DAC数模转换模块、程控放大电路、时钟电路、第一扩展模块、直流差分放大器、第二扩展模块和隔离模块；电源包括电平转换电路和隔离模块；本系统是高精度、全功能授时设备，替代了原有的GPS单系统授时、定位方式，避免了战时GPS被干扰而无法使用的弊端。

Description

一种全功能型时间同步系统

技术领域

本发明涉及导航技术，特别涉及一种集成北斗、GPS双系统的全功能型时间同步系统,该系统适用于陆地、航海、航天和航空等领域。

背景技术

现有的时间同步系统的结构由于存在守时精度差、工作不稳定、

性能不可靠，不能满足各个领域使用功能的需求，同时还存在输出接口通用性不强的问题；如何解决这个问题就成为了本领域的技术人员所要研究和解决的课题。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对现有时间同步系统存在守时精度差以及输出接口通用性不强等问题，特别提供一种全功能型时间同步系统的设计方案。

本发明为实现上述目的，所采取的技术方案是：一种全功能型时间同步系统，其特征在于：包括北斗/GPS接收机、主控单元、PPS单元、NTP单元、PTP单元、IRIGB单元、电源单元、前面板单元和天线单元；主控单元、PPS单元、NTP单元、PTP单元、IRIGB单元和电源单元均连接到前面板单元；所述的主控单元包括ARM芯片、第二扩展模块和隔离模块；PPS单元包括第一扩展模块和电平转换电路；NTP单元包括ARM芯片、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；PTP单元包括ARM芯片、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；IRIGB单元包括FPGA芯片、DAC数模转换模块、程控放大电路、时钟电路、第一扩展模块、直流差分放大器、第二扩展模块和隔离模块；电源单元包括电平转换电路和隔离模块；其中北斗/GPS接收机分别连接ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片连接光电转换模块，时钟电路连接FPGA芯片，FPGA芯片分别连接DAC数模转换模块、程控放大电路、第一扩展模块和直流差分放大器，DAC数模转换模块连接程控放大电路，程控放大电路连接第二扩展模块，第二扩展模块连接隔离模块，第一扩展模块连接电平转换电路。

本发明所述的时间同步系统工作程序流程是：ARM芯片输出时间报文信息和控制信息给FPGA芯片，FPGA芯片接收从主控ARM芯片送来的时间信息，先将时间数据转化成直流B码的格式，直流B码在FPGA芯片中通过频率合成和调制，生成数字形式的交流B码；从外部输入的交流B码信号经过信号调整电路，把信号幅度调整到AD芯片的量程范围内，再经AD转换芯片，将模拟交流信号转换成数字格式，输入到FPGA芯片，FPGA芯片解出B码信号后，再转换成RS232格式送到主控ARM芯片；FPGA芯片对1PPS进行守时、输出格式转换处理；ARM芯片输出时间报文信息的RS232格式；网络输出板载系统软件，在系统上电后，输出板通过Flash装载系统，该系统包含NTP和PTP协议软件，接收到主控ARM芯片输出的UTC和1PPS信号后，经过网络协议包装，经过RJ45或光纤模块输出。

本发明的特点是：全功能型时间同步系统是高精度、全功能授时设备，以1PPS（空节点、TTL、485、光口）、网口（NTP、PTP协议）、IRIGB（AC码）、RS232等方式输出双频点北斗、GPS的时间、位置等信息。全功能型时间同步系统提供手动触摸按键或网络切换方式切换北斗、GPS信号的输出模式，前面板的指示灯可以及时显示此时的有效工作模式、供电、运行、同步卫星、秒脉冲、告警、外部源输入等状态；也可以通过网络监视系统的工作状态以及输出定位信息。全功能型时间同步系统后面板均为航空接插件输出口，主要分为八路空节点1PPS输出、八路TTL电平1PPS输出、八路485电平1PPS输出、八路光口1PPS输出、四路电口NTP输出、四路光口NTP输出、一路电口PTP输出、一路光口PTP输出、两路RS232输出、八路IRIGB（AC码）输出。TTL与485电平1PPS授时精度为1us，空节点1PPS授时精度为3us；网络NTP与PTP授时精度为局域网10ms、广域网500ms，并且提供不少于8个不同的IP地址可同时接收网络数据，包括日期时间、位置、高度、输入源、收星数、故障信息、定位状态等信息，提供Windows XPE全功能型时间同步系统的自动时间同步功能；IRIGB（AC码）授时精度为20us；RS232可输出用户要求的协议数据。

全功能型时间同步系统采用3u19英寸标准尺寸机箱，为密闭机箱，在研制、生产过程中均进行了环境应力筛选试验、高低温试验、交变湿热试验、振动试验、常温复核、电磁兼容试验、盐雾试验、霉菌试验，试验前后各项指标测试结果均符合精度要求，并且该精度指标在国内外均具有领先水平。全功能型时间同步系统替代了原有的GPS单系统授时、定位方式，避免了战时GPS被干扰而无法使用的弊端。

附图说明

图1为本发明系统连接框图；

图2为图1中核心电路原理框图；

图3为本发明系统外部授时输入信息流程图；

图4为本发明系统工作程序流程图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本系统包括北斗/GPS接收机、主控单元、PPS（秒脉冲）单元、NTP（网络）单元、PTP（网络）单元、IRIGB（交流B码）单元、电源单元和前面板单元，主控单元、PPS单元、NTP单元、PTP单元、IRIGB单元和电源单元均连接到前面板单元；主控单元包括ARM芯片、第二扩展模块和隔离模块；PPS单元包括第一扩展模块和电平转换电路；NTP单元包括ARM芯片、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；PTP单元包括ARM芯片、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；IRIGB单元包括FPGA芯片、DAC数模转换模块、程控放大电路、时钟电路、第一扩展模块、直流差分放大器、第二扩展模块和隔离模块；电源单元包括电平转换电路和隔离模块；其中北斗/GPS接收机分别连接ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片连接光电转换模块，时钟电路连接FPGA芯片，FPGA芯片分别连接DAC数模转换模块、程控放大电路、第一扩展模块和直流差分放大器，DAC数模转换模块连接程控放大电路，程控放大电路连接第二扩展模块，第二扩展模块连接隔离模块，第一扩展模块连接电平转换电路。

本系统工作原理：全功能型时间同步系统从功能上可分为北斗/GPS接收机、主控单元、PPS单元、NTP单元、PTP单元、IRIGB(AC)单元、电源单元、前面板单元、天线单元。卫星接收天线选用双系统天线，接收信号通过低噪放处理后经过合路器送给功分器，功分器分别将射频信号送给双模接收机，板卡中配有分路器，将信号分离为独立的BD2、GPS信号经过低噪放、射频滤波器、放大和混频器后，得到低中频信号，并放大滤波后输出给数据处理模块；接收机中的数据处理模块对接收到的信号进行处理计算，整理出精确的导航定位信息，经过导航解算后输出时间、位置及速度等信息；主控单元提取时间、位置等信息进行协议转换以及前期处理，为其他数据处理单元提供所需的数据信息并输出RS232信息；PPS单元接收北斗/GPS接收机输出的1PPS，进行跟踪、守时等处理，以TTL、485、光口的方式输出1PPS；NTP单元和PTP单元主要是将时间、定位等信息转换成这两种网络传输协议输出；IRIGB(AC)单元将时间、定位信息转换成交流交流B码的方式输出。

如图2、图3和图4所示，本系统实现时间同步的工作流程是：

1、天线单元接收卫星信号并送给接收机单元进行处理，在接收机单元中信号经过射频与基带信号处理向外输出NMEA与1PPS信号。

2、主控单元对接收到的NMEA、1PPS进行协议转换，输出ARM芯片与FPGA芯片需要的输出格式；直接输出整机的RS232数据；接收B码单元接收的外部授时数据；当接收机单元失去外部时间基准信号，则会启动守时保持状态，这时通过内部的始终以及算法仍能保持一定的时间准确度，并输出时间同步信号和时间信息，当外部时间基准信号恢复后，主控单元自动结束守时保持状态，在0.5s内切换到外部授时源。

3、IRIGB(AC)单元一方面通过FPGA芯片接收主控单元发来的数据进行DA转换、程控放大、隔离等处理输出交流B码；另一方面接收外界交流B码授时输入，进行过零检测电路、信号调整电路、AD转换电路，最终经过FPGA输出RS232信号，送回至主控单元。

4、NTP、PTP单元主要由两个嵌入式网络通信模块组成，与主控单元进行通信，接收主控单元的定位授时数据，转换成NTP、PTP协议，并通过光电转换模块实现NTP、PTP的光、电授时。

5、PPS单元FPGA芯片对接收机输出的1PPS数据进行守时等运算处理，再进行各种电平的转换，最终输出空节点、TTL、422、光输出；

6、前面板接收主控的串口数据对机箱前面板的指示灯、开关、显示屏等进行控制，同时负责各个单元之间的通信；

7、电源单元负责给上述其它单元供电。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims

1.一种全功能型时间同步系统，其特征在于：包括北斗/GPS接收机、主控单元、PPS单元、NTP单元、PTP单元、IRIGB单元、电源单元、前面板单元和天线单元；主控单元、PPS单元、NTP单元、PTP单元、IRIGB单元和电源单元均连接到前面板单元；所述的主控单元包括ARM芯片、第二扩展模块和隔离模块；PPS单元包括第一扩展模块和电平转换电路；NTP单元包括ARM芯片、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；PTP单元包括ARM芯片、光电转换模块、第二扩展模块和隔离模块；IRIGB单元包括FPGA芯片、DAC数模转换模块、程控放大电路、时钟电路、第一扩展模块、直流差分放大器、第二扩展模块和隔离模块；电源单元包括电平转换电路和隔离模块；其中北斗/GPS接收机分别连接ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片连接光电转换模块，时钟电路连接FPGA芯片，FPGA芯片分别连接DAC数模转换模块、程控放大电路、第一扩展模块和直流差分放大器，DAC数模转换模块连接程控放大电路，程控放大电路连接第二扩展模块，第二扩展模块连接隔离模块，第一扩展模块连接电平转换电路。

2.根据权利要求1所述的一种全功能型时间同步系统，其特征在于：所述的时间同步系统工作流程是：ARM芯片输出时间报文信息和控制信息给FPGA芯片，FPGA芯片接收从主控ARM芯片送来的时间信息，先将时间数据转化成直流B码的格式，直流B码在FPGA芯片中通过频率合成和调制，生成数字形式的交流B码；从外部输入的交流B码信号经过信号调整电路，把信号幅度调整到AD芯片的量程范围内，再经AD转换芯片，将模拟交流信号转换成数字格式，输入到FPGA芯片，FPGA芯片解出B码信号后，再转换成RS232格式送到主控ARM芯片；FPGA芯片对1PPS进行守时、输出格式转换处理；ARM芯片输出时间报文信息的RS232格式；网络输出板载系统软件，在系统上电后，输出板通过Flash装载系统，该系统包含NTP和PTP协议软件，接收到主控ARM芯片输出的UTC和1PPS信号后，经过网络协议包装，经过RJ45或光纤模块输出。