CN105892280B - 一种卫星授时装置 - Google Patents

一种卫星授时装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105892280B
CN105892280B CN201610216451.8A CN201610216451A CN105892280B CN 105892280 B CN105892280 B CN 105892280B CN 201610216451 A CN201610216451 A CN 201610216451A CN 105892280 B CN105892280 B CN 105892280B
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
difference
modules
1pps
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610216451.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105892280A (zh
Inventor
贺智轶
张东华
王亚飞
王媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WUHAN ZHONGYUAN ELECTRONICS GROUP Ltd
Original Assignee
WUHAN ZHONGYUAN ELECTRONICS GROUP Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUHAN ZHONGYUAN ELECTRONICS GROUP Ltd filed Critical WUHAN ZHONGYUAN ELECTRONICS GROUP Ltd
Priority to CN201610216451.8A priority Critical patent/CN105892280B/zh
Publication of CN105892280A publication Critical patent/CN105892280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105892280B publication Critical patent/CN105892280B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04RRADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R20/00Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal
    • G04R20/02Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being sent by a satellite, e.g. GPS
    • G04R20/06Decoding time data; Circuits therefor
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04RRADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R40/00Correcting the clock frequency
    • G04R40/06Correcting the clock frequency by computing the time value implied by the radio signal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种卫星授时装置,包括恒温晶振,还包括GPS/BD模块、FPGA处理系统和数字信号综合发生器,FPGA处理系统包括校正1PPS信号产生模块、数字锁相环、数字鉴相器、相差测量模块和运算模块。本发明控制量位数的提高,可以获得较小的外界噪声影响,节约成本而且可以减小设计的面积,提高了系统的稳定性。

Description

一种卫星授时装置
技术领域
本发明涉及GPS/BD卫星授时领域,具体涉及一种卫星授时装置,适用于电力系统、轨道交通系统、智能医院、金融系统、民航系统、智能城市等。
背景技术
在轨道交通、电力、军工、移动通信等领域都需要各种高端的时钟系统,但是普通晶振、温补晶振、压控振荡器等很难满足高可靠性同步控制等领域的要求,而高精度的频率源如原子钟的价格高,难以普及使用。采用卫星接收模块获得的1PPS具有随即误差大而无积累误差的特点,而高稳晶振具有无随即误差而存在积累误差的特点,因此结合两者的优缺点使GPS/BD 1PPS校正恒温晶振输出稳定的时钟信号。卫星授时常规的设计方法是采用压控振荡器VCO,FPGA控制器,GPS/BD模块,数模转化DAC等结合的设计方法,即将调节的控制量转化为VCXO压控引脚电压从而使VCXO输出校正后稳定的时钟信号。为了较小转化的误差,常常采用的方法是提高DAC的位数,而目前DAC转化器的位数大于20Bits很少,且价格昂贵,而且输出的电压准确度受限于外界噪声的影响设计更大位数的DAC已无意义,因此VCXO压控端的电压很难控制的很准确,所以采用传统的设计方法很难适应目前的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种卫星授时装置。提供精确、稳定的时钟信息。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种卫星授时装置,包括恒温晶振,还包括GPS/BD模块、FPGA处理系统和数字信号综合发生器,FPGA处理系统包括校正1PPS信号产生模块、数字锁相环、数字鉴相器、相差测量模块和运算模块,
恒温晶振,用于输出倍频时钟源到数字锁相环,用于输出DDS参考时钟源到数字信号综合发生器;
数字锁相环,对倍频时钟源进行倍频后输出倍频时钟到相差测量模块;
GPS/BD模块,用于输出卫星1PPS信号到数字鉴相器;
校正1PPS信号产生模块,用于将输入的校正输出时钟信号进行分频获得校正输出1PPS信号,并将校正输出1PPS信号输入到数字鉴相器;
数字鉴相器,用于输出相差脉冲和相差脉冲符号标志信号,相差脉冲表示卫星1PPS信号和校正输出1PPS信号的相位差,相差脉冲符号标志信号表示卫星1PPS信号和校正输出1PPS信号的超前滞后关系;
相差测量模块通过倍频时钟对相差脉冲进行采样测量并输出相差计数值,将相差脉冲符号标志信号作为相差计数值的符号位;
运算模块,用于对相差计数值进行卡尔曼滤波处理,并将卡尔曼滤波后的相差计数值转化为数字信号综合发生器的频率控制字,并将频率控制字转化为DDS模块控制指令及数据输出到数字信号综合发生器;
数字信号综合发生器,用于根据DDS模块控制指令及数据输出校正输出时钟信号到校正1PPS信号产生模块。
如上所述的FPGA处理系统还包括数据接收串口和数据输出串口,
数据接收串口,用于接收GPS/BD模块发出的GPS/BD模块串口数据并将GPS/BD模块串口数据输出到数据输出串口,
数据输出串口,用于将接收GPS/BD模块串口数据对外输出。
与现有技术相比,本申请的技术方案具有以下有益效果:
1、控制量位数的提高,按照较常用的数字信号综合发生器的型号AD9854频率控制字为48位,而位数最大最常用的DAC1220的控制位数为20位,因此在调节的位数上采用数字信号综合发生器的优势要好于DAC。
2、较小的外界噪声影响,由于基于数字信号综合发生器实现过程可以集成在一个芯片上,而基于DAC的控制过程必须转化为模拟的电压,因此相对与前者后则更易受到外界的干扰,因此控制实现的效果会更差。
3、由于现在的FPGA开发平台提供免费的DDS IP核,相对于需要较大位数昂贵的DAC不仅可以节约成本而且可以减小设计的面积,提高了系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明的整体结构框图,
图2 是FPGA处理系统的结构示意图。
图中:1、恒温晶振; 2、GPS/BD模块 ;3、FPGA处理系统;4、数字信号综合发生器;5、校正1PPS信号产生模块;6、数字锁相环;7、数字鉴相器;8、相差测量模块;9、运算模块;10、数据接收串口;11、数据输出串口;W1、倍频时钟源;W2、DDS参考时钟源;W3、卫星1PPS信号;W4、校正输出时钟信号(10MHz);W5、校正输出1PPS信号;W6、相差脉冲;W7、倍频时钟(100MHz);W8、相差脉冲符号标志信号;D1、GPS/BD模块串口数据;D2、DDS模块控制指令及数据; D3、相差计数值。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例来对本发明作进一步说明。
实施例:
如图1、图2所示,一种卫星授时装置,包括恒温晶振1,还包括GPS/BD模块2、FPGA处理系统3和数字信号综合发生器4,FPGA处理系统3包括校正1PPS信号产生模块5、数字锁相环6、数字鉴相器7、相差测量模块8和运算模块9。
恒温晶振1输出倍频时钟源W1到数字锁相环6,用于输出DDS参考时钟源W2到数字信号综合发生器4。
数字锁相环6对倍频时钟源W1进行倍频后输出倍频时钟W7到相差测量模块8。
GPS/BD模块2输出卫星1PPS信号W3到数字鉴相器7。
校正1PPS信号产生模块5将输入的校正输出时钟信号W4进行分频获得校正输出1PPS信号W5,并将校正输出1PPS信号W5输入到数字鉴相器7;
数字鉴相器7输出相差脉冲W6和相差脉冲符号标志信号W8,相差脉冲W6表示卫星1PPS信号W3和校正输出1PPS信号W5的相位差,相差脉冲符号标志信号W8表示卫星1PPS信号W3和校正输出1PPS信号W5的超前滞后关系;
相差测量模块8通过倍频时钟W7对相差脉冲W6进行采样测量并输出相差计数值D3,将相差脉冲符号标志信号W8作为相差计数值D3的符号位;
运算模块9对相差计数值D3进行卡尔曼滤波处理,并将卡尔曼滤波后的相差计数值D3转化为数字信号综合发生器4的频率控制字,并将频率控制字转化为DDS模块控制指令及数据D2输出到数字信号综合发生器4;
数字信号综合发生器4,用于根据DDS模块控制指令及数据D2输出校正输出时钟信号W4到校正1PPS信号产生模块5。
FPGA处理系统3还包括数据接收串口10和数据输出串口11,
数据接收串口10接收GPS/BD模块2发出的GPS/BD模块串口数据D1并将GPS/BD模块串口数据D1输出到数据输出串口11,
数据输出串口11,用于将接收GPS/BD模块串口数据D1对外输出。
作为一种优选方案,如图2所示,恒温晶振1输出的10MHz时钟信号通过时钟缓冲器获得两路稳定的时钟信号,即10MHz的倍频时钟源W1和10MHz的DDS参考时钟源W2,将10MHz的倍频时钟源W1作为FPGA处理系统3的数字锁相环6的时钟源,将10MHz的DDS参考时钟源W2作为数字信号综合发生器DDS 4的时钟源。将10MHz的倍频时钟源W1输入到FPGA处理系统3中的数字锁相环6进行倍频后输出100MHz的倍频时钟W7到相差测量模块8。数字鉴相器7接收校正1PPS信号产生模块5输出校正输出1PPS信号W5和GPS/BD模块2输出卫星1PPS信号W3,相差测量模块8通过倍频时钟W7对相差脉冲W6进行采样测量并输出相差计数值D3,将相差脉冲符号标志信号W8作为相差计数值D3的符号位;运算模块9对相差计数值D3进行卡尔曼滤波处理,并将卡尔曼滤波后的相差计数值D3转化为数字信号综合发生器4的频率控制字,并将频率控制字转化为DDS模块控制指令及数据D2输出到数字信号综合发生器4;卡尔曼滤波处理所采用的卡尔曼滤波模型为相位、频率、频漂三状态时钟模型,其主要作用是对相差计数值D3进行平滑处理,从而减小卫星1PPS信号W3抖动带来的随即误差,数字信号综合发生器4根据DDS模块控制指令及数据D2输出校正输出时钟信号W4到校正1PPS信号产生模块5,校正1PPS信号产生模块5将输入的校正输出时钟信号W4进行分频获得校正输出1PPS信号W5。
以上实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,本领域的普通技术人员应当理解,本发明的技术方案进行修改或者同等替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (2)

1.一种卫星授时装置,包括恒温晶振(1),其特征在于,还包括GPS/BD模块(2)、FPGA处理系统(3)和数字信号综合发生器(4),FPGA处理系统(3)包括校正1PPS信号产生模块(5)、数字锁相环(6)、数字鉴相器(7)、相差测量模块(8)和运算模块(9),
恒温晶振(1),用于输出倍频时钟源(W1)到数字锁相环(6),还用于输出DDS参考时钟源(W2)到数字信号综合发生器(4);
数字锁相环(6),对倍频时钟源(W1)进行倍频后输出倍频时钟(W7)到相差测量模块(8);
GPS/BD模块(2),用于输出卫星1PPS信号(W3)到数字鉴相器(7);
校正1PPS信号产生模块(5),用于将输入的校正输出时钟信号(W4)进行分频获得校正输出1PPS信号(W5),并将校正输出1PPS信号(W5)输入到数字鉴相器(7);
数字鉴相器(7),用于输出相差脉冲(W6)和相差脉冲符号标志信号(W8),相差脉冲(W6)表示卫星1PPS信号(W3)和校正输出1PPS信号(W5)的相位差,相差脉冲符号标志信号(W8)表示卫星1PPS信号(W3)和校正输出1PPS信号(W5)的超前滞后关系;
相差测量模块(8)通过倍频时钟(W7)对相差脉冲(W6)进行采样测量并输出相差计数值(D3),将相差脉冲符号标志信号(W8)作为相差计数值(D3)的符号位;
运算模块(9),用于对相差计数值(D3)进行卡尔曼滤波处理,并将卡尔曼滤波后的相差计数值(D3)转化为数字信号综合发生器(4)的频率控制字,并将频率控制字转化为DDS模块控制指令及数据(D2)输出到数字信号综合发生器(4);
数字信号综合发生器(4),用于根据DDS模块控制指令及数据(D2)输出校正输出时钟信号(W4)到校正1PPS信号产生模块(5)。
2.根据权利要求1所述的一种卫星授时装置,其特征在于,所述的FPGA处理系统(3)还包括数据接收串口(10)和数据输出串口(11),
数据接收串口(10),用于接收GPS/BD模块(2)发出的GPS/BD模块串口数据(D1)并将GPS/BD模块串口数据(D1)输出到数据输出串口(11),
数据输出串口(11),用于将接收的GPS/BD模块串口数据(D1)对外输出。
CN201610216451.8A 2016-04-08 2016-04-08 一种卫星授时装置 Active CN105892280B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610216451.8A CN105892280B (zh) 2016-04-08 2016-04-08 一种卫星授时装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610216451.8A CN105892280B (zh) 2016-04-08 2016-04-08 一种卫星授时装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105892280A CN105892280A (zh) 2016-08-24
CN105892280B true CN105892280B (zh) 2018-07-17

Family

ID=57012183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610216451.8A Active CN105892280B (zh) 2016-04-08 2016-04-08 一种卫星授时装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105892280B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017212636A1 (ja) * 2016-06-10 2017-12-14 三菱電機株式会社 位置測定システム、位置測定装置および受信装置
CN107037722B (zh) * 2017-04-25 2019-12-13 华北计算技术研究所(中国电子科技集团公司第十五研究所) 一种时统终端
CN107121586A (zh) * 2017-05-04 2017-09-01 吉林大学 一种双锁相技术20Hz~20kHz多频信号幅度相位实时检测分布式系统
CN113078900B (zh) * 2021-03-30 2022-07-15 中国核动力研究设计院 一种核电厂dcs平台时钟源性能提高系统及方法
CN114384791A (zh) * 2021-12-09 2022-04-22 上海通立信息科技有限公司 卫星时钟驯服方法、系统、介质及设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556512B1 (en) * 1999-10-20 2003-04-29 Sony International (Europe) Gmbh Mobile terminal for a wireless telecommunication system with accurate real time generation
CN1464637A (zh) * 2002-06-28 2003-12-31 华为技术有限公司 一种时钟锁相方法及锁相环
CN1770634A (zh) * 2004-10-26 2006-05-10 大唐移动通信设备有限公司 时钟锁相环装置
CN1859004A (zh) * 2005-12-01 2006-11-08 华为技术有限公司 一种锁相环及提高时钟精度的方法
CN101179371A (zh) * 2006-11-09 2008-05-14 大唐移动通信设备有限公司 提取全球定位系统同步时钟的时钟锁相方法及时钟锁相环
CN103454905A (zh) * 2013-09-13 2013-12-18 烟台东方英达康自动化技术有限公司 一种时间同步方法
CN104253611A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 上海贝尔股份有限公司 一种检测相位差的方法、鉴相器及数字锁相环

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100717893B1 (ko) * 2001-06-02 2007-05-14 (주)한일디스플레이 지피에스를 이용한 선박용 모시계의 시각 보정장치
JP4950922B2 (ja) * 2008-03-14 2012-06-13 株式会社近計システム 時刻装置および可搬型電子機器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6556512B1 (en) * 1999-10-20 2003-04-29 Sony International (Europe) Gmbh Mobile terminal for a wireless telecommunication system with accurate real time generation
CN1464637A (zh) * 2002-06-28 2003-12-31 华为技术有限公司 一种时钟锁相方法及锁相环
CN1770634A (zh) * 2004-10-26 2006-05-10 大唐移动通信设备有限公司 时钟锁相环装置
CN1859004A (zh) * 2005-12-01 2006-11-08 华为技术有限公司 一种锁相环及提高时钟精度的方法
CN101179371A (zh) * 2006-11-09 2008-05-14 大唐移动通信设备有限公司 提取全球定位系统同步时钟的时钟锁相方法及时钟锁相环
CN104253611A (zh) * 2013-06-28 2014-12-31 上海贝尔股份有限公司 一种检测相位差的方法、鉴相器及数字锁相环
CN103454905A (zh) * 2013-09-13 2013-12-18 烟台东方英达康自动化技术有限公司 一种时间同步方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105892280A (zh) 2016-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105892280B (zh) 一种卫星授时装置
CN104734697B (zh) 使用异步数字采样的时钟校准
CN203377841U (zh) 基于卫星授时的晶振驯服设备
CN102315927A (zh) 一种时钟同步装置及方法
CN102830611B (zh) 一种时间源
CN205787098U (zh) 一种分布式外辐射源雷达多通道数据采集装置
CN209462366U (zh) 一种遥测数字中频接收机
CN107037722A (zh) 一种时统终端
CN103543333A (zh) 高频信号相位差测量方法及测量装置
CN106506018A (zh) 一种基于射频直接采样的全数字ais接收机系统
CN102751998A (zh) 一种基于软件无线电接收机的数字中频模块
CN108471303A (zh) 一种基于fpga的可编程纳秒级定时精度脉冲发生器
CN104199278A (zh) 基于多导航系统的抗遮挡的高精度同步时钟系统及其同步方法
CN105487489B (zh) 一种带被试件同步功能的三通道编码器细分及位置信息采集装置
CN206060731U (zh) 多通道数字信号处理平台
CN101321051A (zh) 射频拉远单元的时钟同步装置及其方法
CN106292268B (zh) 基于gnss接收机的授时终端设备及秒脉冲驯服方法
CN209072515U (zh) 时钟设备检测系统
CN106209338B (zh) 一种卫星接收机秒脉冲信号的稳频和相位纠正装置及方法
CN112433231A (zh) 一种车载平台的时空基准设备
US11275344B2 (en) Time to digital converter
CN201860314U (zh) 一种高轨卫星集成测控专用电路
CN109586724B (zh) Dac输出信号初相位调节方法及多通道dac同步方法
CN208046596U (zh) 一种用于多通道数字tr组件的发射通道信号处理系统
CN111158291A (zh) 基于边沿控制的高精度pwm信号产生及检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant