CN108008623B - 时统系统以及提供时统信号的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种时统系统以及提供时统信号的方法。其中，时统系统包括卫星导航信号接收单元、处理器单元和时统信号输出单元。卫星导航信号接收单元与处理器单元连接，用于接收卫星导航信号，并将接收到的卫星导航信号发送给处理器单元。处理器单元分别与卫星导航信号接收单元和时统信号输出单元相连，用于根据从卫星导航信号接收单元接收的卫星导航信号生成内部时钟，并且基于内部时钟的时间值，定时地将时统信号发送给所述时统信号输出单元。时统信号输出单元与处理器单元相连，用于从处理器单元接收时统信号并向外发送时统信号。

Description

时统系统以及提供时统信号的方法

技术领域

本申请涉及时间控制领域，具体而言，涉及一种时统系统以及提供时统信号的方法。

背景技术

在很多科学研究领域(如电离层特性研究等)，在计量和校准领域，以及高精度的事件时间戳等方面，都需要高精度定时。在航天领域，如火箭发射等都需要高精度的时统系统。在靶场，我们把为常规武器试验、导弹试验、航天器发射等试验提供标准时间信号的电子设备称为时间统一系统，简称“时统”。它的作用是在导弹和航天试验中，对多地多台设备之间实现时间统一。

目前的时统设备多为相对时间时统设备，即在发出点火指令的同时发出多路脉冲信号，脉冲信号不含时间信息，事后多台设备之间无统一的绝对时刻，多系统间无法进行比对及分析。

GPS(Global Positioning System)为全球提供了统一的高精度时间基准，是当今精度高的全球授时系统。而且它获取方便，用户只需安装廉价GPS接收机就能免费得到所需的时间信息。在导航系统中，尤其是星基导航系统，如GPS，GLONSS等，都是采用测时测距体制，高精度的时间频率测量和同步是导航系统的关键和核心，整个GPS星座的星载钟之间的同步精度在几个纳秒的水平。

但是目前截止，仍然没有利用GPS等卫星导航系统的卫星导航信号进行时统的技术方案。

针对上述如何对多地多台设备之间实现时间统一的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种时统系统以及提供时统信号的方法，以至少解决如何对多地多台设备之间实现时间统一的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种时统系统，时统系统包括卫星导航信号接收单元、处理器单元和时统信号输出单元。卫星导航信号接收单元与处理器单元连接，用于接收卫星导航信号，并将接收到的卫星导航信号发送给处理器单元；处理器单元分别与卫星导航信号接收单元和时统信号输出单元相连，用于根据从卫星导航信号接收单元接收的卫星导航信号生成内部时钟，并且基于内部时钟的时间值，定时地将时统信号发送给时统信号输出单元；以及时统信号输出单元与处理器单元相连，用于从处理器单元接收时统信号并向外发送时统信号。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种提供时统信号的方法，包括：接收卫星导航信号；根据卫星导航信号生成内部时钟；以及基于内部时钟的时间值，定时地提供时统信号。

在本发明实施例中，通过利用卫星导航信号中的时间信息来生成内部时钟，并且基于生成的内部时钟提供时统信号，从而实现了对多地多台设备之间实现时间统一的技术效果，进而解决了如何对多地多台设备之间实现时间统一的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明专利申请的实施例1的时统系统的示意图；

图2示出了根据本发明专利申请的实施例1的时统系统的卫星导航信号接收单元的输出信号的示意图；

图3示出了根据本发明专利申请的实施例1的时统系统中的处理器单元的示意图；

图4示出了根据本发明专利申请的实施例1的时统系统中的卫星导航信号接收单元输出的信号中的时间信息的示意图；

图5示出了根据本发明专利申请的实施例1的时统系统中的处理器单元的时钟运行模块的信号处理示意图；

图6示出了根据本发明专利申请的实施例1的时统系统中的电源管理单元的示意图；以及

图7示出了根据本发明专利申请的实施例2的提供时统信号的方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

参考图1所示，本实施例提供一种时统系统100，时统系统100包括卫星导航信号接收单元110、处理器单元120和时统信号输出单元130。卫星导航信号接收单元110与处理器单元120连接，用于接收卫星导航信号，并将接收到的卫星导航信号发送给处理器单元120。处理器单元120分别与卫星导航信号接收单元110和时统信号输出单元130相连，用于根据从卫星导航信号接收单元110接收的卫星导航信号生成内部时钟，并且基于内部时钟的时间值，定时地将时统信号发送给时统信号输出单元130。时统信号输出单元130与处理器单元120相连，用于从处理器单元120接收时统信号并向外发送时统信号。

从而，通过上述时统系统，实现了多地多系统间的绝对时刻时间统一，可在全球任意地点对多台设备进行时间统一，设备只需设置统一的绝对时刻触发时间，即可在任意设定的时刻发出时统脉冲信号。从而解决了本申请提出的技术问题。

具体的，参考图1所示，作为具体实例，卫星导航信号接收单元110可以是的GPS/BD接收单元；处理器单元120可以是FPGA处理器。并且时统信号输出单元130通过脉冲信号(脉冲信号1、脉冲信号2以及脉冲信号n)的方式向外发送时统信号。

此外，处理器单元包括卫星导航信号处理模块121、时钟运行模块122、时钟信号比较模块123以及IO口输出模块124。其中卫星导航信号处理模块121用于从卫星导航信号接收单元接收卫星导航信号，对卫星导航信号进行解析，并将解析后的卫星导航信号发送至时钟运行模块122；时钟运行模块122用于从卫星导航信号处理模块121接收解析后的卫星导航信号，并基于解析后的卫星导航信号生成内部时钟，向时钟信号比较模块123发送内部时钟的时间值；时钟信号比较模块123用于将时钟运行模块122所发送的内部时钟的时间值与预设时间进行比较；以及IO口输出模块124用于在内部时钟的时间值与预设时间相同的情况下，向时统信号输出单元发送时统信号。

具体地，参考图3所示，作为具体实例，卫星导航信号处理模块121可以是GPS/BD信号处理模块。例如，GPS/BD接收模块可以是瑞士u-blox公司生产的LEA-M8T全球定位系统授时模块，该模块具备并发接收GPS/GZSS，GLONASS，北斗卫星定位信息的功能。

卫星导航信号为GPS信号或BD信号。并且参考图2和图4所示，卫星导航信号包括秒脉冲信号和时间信息(时间信息包含在数据中)，其中秒脉冲信号的上升沿与时间信息同步，并且卫星导航信号处理模块对卫星导航信号进行的解析包括：从卫星导航信号中读取时间信息；以及在时间信息的基础上增加1秒钟作为解析后的第二时间信息。

参考图4所示，例如收到2017年1月7日15时33分22秒的时间信息前，此时该秒始信息(即秒脉冲的上升沿)已经收到，即秒始信息对应的时间已经过去。因此，卫星导航信号处理模块121将时间信息加1秒(即2017年1月7日15时33分23秒，对应于“第二时间信息”)作为下一个秒起始标志的时间。这样，时钟运行模块会在收到下一个秒脉冲时，采用已经加1秒的时间(即2017年1月7日15时33分23秒)作为内部时钟的时间值，否则，内部时钟的时间与标准时间会出现1秒钟的时差。

此外，时钟运行模块122生成内部时钟的操作包括：在接收到秒脉冲(即附图4中的后一个脉冲)时，将秒脉冲之前一个周期所解析的第二时间信息(即2017年1月7日15时33分23秒)作为与该秒脉冲对应的时间信息，并且作为内部时钟的时间值发送至时钟信号比较模块。

此外，时统系统100还包括与处理器单元连接的晶振单元140，用于提供晶振时钟信号。处理器单元120还包括晶振处理模块125，用于从晶振单元140接收晶振时钟信号，并根据晶振时钟信号生成基准时钟信号提供给时钟运行模块122。并且，时钟运行模块122还配置为在卫星导航信号不能使用时，使用基准时钟信号维持内部时钟。

其中，晶振单元140的形式不限，作为具体实例之一，晶振单元140可以是恒温晶振。例如，恒温晶振140可以是707厂的ZGW23恒温晶体振荡器，符合GJB1648规范。其符合以下指标：

输出频率：10MHz，

输出波形：正弦波；

频率稳定性：1E-8

恒温晶振相噪指标：

10Hz：≤-130dBc/Hz；

1kHz：≤-160dBc/Hz；

10kHz：≤-165dBc/Hz；

100kHz：≤-170dBc/Hz。

短期稳定度(时域)：≤2E-12/1s。

恒温晶振日老化：≤5E-10/天。

并且，晶振处理模块125在接收10MHz频率信号后，经内部PLL锁相环、分频，从而生成200MHz的运行时钟作为基准时钟信号发送给时钟运行模块122以便时钟运行模块122用于维持内部时钟。

此外，晶振处理模块125还可以将基准时钟信号提供给处理器单元120中的其他模块作为频率基准。

可选地，时统系统100还包括计数器，用于对基准时钟信号的脉冲进行计数，并且其中时钟运行模块122配置为在秒脉冲的起始点开始启动计数器对基准时钟信号的脉冲进行计数，并且当计数器的计数值达到预设计数值时，将内部时钟的时间值增加1秒钟。

具体地，附图5示出了时钟运行模块122的模块信息处理的示意图。参见附图5，时钟运行模块122根据200MHz运行频率，锁定GPS/BD信号的秒脉冲信息，在秒脉冲信号的起始点，启动一个计数周期为20nS的计数器。该秒的具体时间，已经在收到秒脉冲前收到(即，在收到秒脉冲信号前，已经得到了解析后的第二时间信息)。该计数器数值范围可以为0到5E07-1，配合时间信息，作为脉冲计数的依据。如果GPS/BD信号丢失，该计数器会在溢出后重新运行，并将时间信息加1秒，自行运行系统时间。

从而，通过在时统系统110中设置晶振模块，使得时统系统110即便是在卫星导航信号不能使用的情况下也能够维持内部时钟，从而保证了系统的稳定。

此外，时统系统100还包括上位机150以及将上位机150和处理器单元120通信连接的通信接口151。处理器单元120还包括数据接口模块126，用于经由通信接口151从上位机150接收预设时间。

从而，通过以上配置，用户可以通过上位机150将预设时间输入到处理器单元120中，并且从而利用用户设定的预设时间来定时发送时统信号。数据接口模块126的形式不限，作为具体实例之一，数据接口模块126可以采用RS422接口，波特率为115200bps。

此外，处理器单元120还包括数据存储模块127，用于存储数据接口模块126接收的预设时间。

时统系统100还包括存储器160，用于存储处理器单元120执行的程序指令。其中，存储器160的形式不限，作为一个具体实例，存储器可以是闪存存储器。

时统系统100还包括电源管理单元170，电源管理单元170能够与外部电源连接180，并且为时统系统100的其他组件提供电力。

此外，电源管理单元170包括接口保护电路171、一级换流模块172、充电电路173、内部电池174、切换模块175以及二级换流模块176。其中，接口保护电路171用于与外部电源和一级换流模块连接，并且为电源管理单元170提供保护功能。一级换流模块172与接口保护电路171、切换模块175以及充电电路173连接，用于将外部电源提供的电力转换为适用于充电电路173的电力，并将转换后的电力提供给充电电路173和切换模块175。充电电路173与一级换流模块172、切换模块175以及内部电池174连接，用于从一级换流模块172接收电力并将电力提供给所述内部电池174和切换模块175。切换模块175与一级换流模块172、充电电路173以及二级换流模块176连接，用于选择性地将一级换流模块172或充电电路173与二级换流模块176电性连通。二级换流模块176用于经由切换模块175从一级换流模块172或充电电路173接收电力并提供给时统系统的其他组件。

通过上述实施例公开的方案，解决了如何对多地多台设备之间实现时间统一的技术问题，并且具有小体积、自主守时，高精度、高可靠性的特点，具有显著的技术效果。

实施例2

参考附图7，本实施例提供一种提供时统信号的方法，包括：

S702：接收卫星导航信号；

S704：根据卫星导航信号生成内部时钟；以及

S706：基于内部时钟的时间值，定时地提供时统信号。

从而，通过上述方法，实现了多地多系统间的绝对时刻时间统一，可在全球任意地点对多台设备进行时间统一，设备只需设置统一的绝对时刻触发时间，即可在任意设定的时刻发出时统脉冲信号。从而解决了本申请提出的技术问题。

可选地，卫星导航信号为GPS信号或BD信号，并且卫星导航信号包括秒脉冲信号和时间信息，其中秒脉冲信号的上升沿与时间信息同步。其中生成内部时钟的操作包括：从卫星导航信号中读取时间信息；在时间信息的基础上增加1秒钟作为解析后的第二时间信息；以及在接收到秒脉冲时，将秒脉冲之前一个周期所解析的第二时间信息作为与秒脉冲对应的时间信息，并且作为内部时钟的时间值。

可选地，方法还包括：接收晶振时钟信号；根据晶振时钟信息号生成基准时钟信号；以及在卫星导航信号不能使用时，使用基准时钟信号维持内部时钟。可选地，维持内部时钟的操作包括：在秒脉冲的起始点开始对基准时钟信号的脉冲进行计数，并且当计数值达到预设计数值时，确定内部时钟的时间值增加1秒钟。

从而通过本实施例的方法，使得即便是在卫星导航信号不能使用的情况下也能够维持内部时钟，从而保证了系统的稳定。从而具有显著的进步。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种时统系统，所述时统系统包括卫星导航信号接收单元、处理器单元和时统信号输出单元，其特征在于，

所述卫星导航信号接收单元与所述处理器单元连接，用于接收卫星导航信号，并将接收到的卫星导航信号发送给所述处理器单元；

所述处理器单元分别与所述卫星导航信号接收单元和所述时统信号输出单元相连，用于根据从所述卫星导航信号接收单元接收的所述卫星导航信号生成内部时钟，并且基于所述内部时钟的时间值，定时地将时统信号发送给所述时统信号输出单元；以及

所述时统信号输出单元与所述处理器单元相连，用于从所述处理器单元接收所述时统信号并向外发送所述时统信号；

其中，所述处理器单元包括卫星导航信号处理模块、时钟运行模块、时钟信号比较模块以及IO口输出模块，并且其中

所述卫星导航信号处理模块用于从所述卫星导航信号接收单元接收所述卫星导航信号，对所述卫星导航信号进行解析，并将解析后的卫星导航信号发送至所述时钟运行模块；

所述时钟运行模块用于从所述卫星导航信号处理模块接收所述解析后的卫星导航信号，并基于所述解析后的卫星导航信号生成所述内部时钟，并且向所述时钟信号比较模块发送所述内部时钟的时间值；

所述时钟信号比较模块用于将所述时钟运行模块所发送的所述内部时钟的时间值与预设时间进行比较；以及

所述IO口输出模块用于在所述内部时钟的时间值与所述预设时间相同的情况下，向所述时统信号输出单元发送时统信号；

其中，所述卫星导航信号为GPS信号或BD信号，并且所述卫星导航信号包括秒脉冲信号和时间信息，其中所述秒脉冲信号的上升沿与所述时间信息同步，并且

所述卫星导航信号处理模块对所述卫星导航信号进行的解析包括：从所述卫星导航信号中读取所述时间信息；以及在所述时间信息的基础上增加1秒钟作为解析后的第二时间信息；

其中，所述时钟运行模块生成所述内部时钟的操作包括：

在接收到秒脉冲时，将所述秒脉冲之前一个周期所解析的第二时间信息作为与所述秒脉冲对应的时间信息，并且作为所述内部时钟的时间值发送至所述时钟信号比较模块；

其中，所述时统系统还包括与所述处理器单元连接的晶振单元，用于提供晶振时钟信号，

所述处理器单元还包括晶振处理模块，用于从所述晶振单元接收所述晶振时钟信号，并根据所述晶振时钟信号生成基准时钟信号提供给所述时钟运行模块，并且

所述时钟运行模块还配置为在所述卫星导航信号不能使用时，使用所述基准时钟信号维持所述内部时钟。

2.根据权利要求1所述的时统系统，其特征在于，

所述时统系统还包括计数器，用于对所述基准时钟信号的脉冲进行计数，并且其中

所述时钟运行模块配置为在所述秒脉冲的起始点开始启动所述计数器对所述基准时钟信号的脉冲进行计数，并且当所述计数器的计数值达到预设计数值时，将所述内部时钟的时间值增加1秒钟。

3.根据权利要求1所述的时统系统，其特征在于，

所述时统系统还包括上位机以及将所述上位机和所述处理器单元通信连接的通信接口，并且

所述处理器单元还包括数据接口模块，用于经由所述通信接口从所述上位机接收所述预设时间。

4.根据权利要求3所述的时统系统，其特征在于，

所述处理器单元还包括数据存储模块，用于存储所述数据接口模块接收的所述预设时间。

5.根据权利要求1所述的时统系统，其特征在于，

所述时统系统还包括存储器，用于存储所述处理器单元执行的程序指令。

6.根据权利要求1所述的时统系统，其特征在于，

所述时统系统还包括电源管理单元，所述电源管理单元能够与外部电源连接，并且为所述时统系统的其他组件提供电力。

7.根据权利要求6所述的时统系统，其特征在于，所述电源管理单元包括接口保护电路、一级换流模块、充电电路、内部电池、切换模块以及二级换流模块，其中，

所述接口保护电路用于与外部电源和所述一级换流模块连接，并且为所述电源管理单元提供保护功能；

所述一级换流模块与所述接口保护电路、所述切换模块以及所述充电电路连接，用于将所述外部电源提供的电力转换为适用于所述充电电路的电力，并将转换后的电力提供给所述充电电路和所述切换模块；

所述充电电路与所述一级换流模块、所述切换模块以及所述内部电池连接，用于从所述一级换流模块接收电力并将电力提供给所述内部电池以及所述切换模块；

所述切换模块与所述一级换流模块、所述充电电路以及所述二级换流模块连接，用于选择性地将所述一级换流模块或所述充电电路与所述二级换流模块电性连通；以及

所述二级换流模块用于经由所述切换模块从所述一级换流模块或所述充电电路接收电力并提供给所述时统系统的其他组件。

8.一种提供时统信号的方法，应用于权利要求1至7任一项所述的时统系统，提供时统信号的方法包括：

接收卫星导航信号；

根据所述卫星导航信号生成内部时钟；以及

基于所述内部时钟的时间值，定时地提供时统信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述卫星导航信号为GPS信号或BD信号，并且所述卫星导航信号包括秒脉冲信号和时间信息，其中所述秒脉冲信号的上升沿与所述时间信息同步，其中

生成所述内部时钟的操作包括：

从所述卫星导航信号中读取所述时间信息；

在所述时间信息的基础上增加1秒钟作为解析后的第二时间信息；以及

在接收到秒脉冲时，将所述秒脉冲之前一个周期所解析的第二时间信息作为与所述秒脉冲对应的时间信息，并且作为所述内部时钟的时间值。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

接收晶振时钟信号；

根据所述晶振时钟信号生成基准时钟信号；以及

在所述卫星导航信号不能使用时，使用所述基准时钟信号维持所述内部时钟。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，维持所述内部时钟的操作包括：

在所述秒脉冲的起始点开始对所述基准时钟信号的脉冲进行计数，并且当计数值达到预设计数值时，确定所述内部时钟的时间值增加1秒钟。