CN110445572B - 一种irig-b码的解码设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IRIG‑B码的解码设备，包括：主控制模块、计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块；所述计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块分别与所述主控制模块电连接；所述计数器3模块还与所述计数器2模块和计数器4模块电连接；所述计数器1模块设有溢出标志。由此，本发明的IRIG‑B码的解码设备，实现了PPS信号与IRIG‑B码的高精度同步，计数器1模块设置有高电平时长阈值，计数器3模块设置有允许误差范围，实现了解码过程的高可靠性和高抗干扰性。本发明还公开了一种IRIG‑B码的解码方法。

Description

一种IRIG-B码的解码设备及方法
技术领域
本发明涉及时钟信号处理领域，尤其涉及一种IRIG-B码的解码设备及一种IRIG-B码的解码方法。
背景技术
IRIG(Inter-RangeInstrumentationGroup)是美国靶场司令部委员会的下属机构，称为“靶场时间组”。IRIG时间标准有两大类：
(1)一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式广泛；
(2)另一类是串行时间码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H。它们的主要差别是时间码的帧速率不同。B码的主要特点是时帧速率为1帧/s；携带信息量大，使用最多。IRIG-B(DC)时间码格式是常规的公知技术，直流B码是每秒一帧的时间串码，每一帧内包含100个宽度为10ms的码元，码元又因为高低电平持续时长的不同，能代表不同的意义。
码元的″准时″参考点是其脉冲前沿；
如图1所示，高2ms低8ms的码元，即脉宽2ms代表二进制的“0”；高5ms低5ms，即脉宽5ms代表二进制的“1”；高8ms低2ms，即脉宽8ms代表“P”，又叫“P码”。
“P码”又叫位置识别标志，如图2所示，一帧时间串码中包含秒、分、时、天等多种信息。每10个码元设有一个位置识别标志：PR为帧参考标志，代表整个帧的开始，然后依次为P1，P2，P3，…，P9，P0。在B码时间格式中含有天、时、分、秒，时序为秒-分-时-天，所占信息位为秒7位、分7位、时6位、天10位，其位置在P0～P5之间。P6～P0包含其他控制信息。
一帧时间串码中，出现连续两个P码，即前一帧的P0+本帧的PR，组成连续两个P码，代表新的一帧的开始，在本帧数据中不会再出现连续两个P码的情况，故可以通过检测是否连续出现两个P码来判断一帧时间码的开始。
一个时间格式帧从帧参考标志开始，连续两个8ms宽脉冲表明秒的开始，第一个8ms宽的脉冲实际为上一帧的P0，第二个8ms宽脉冲是本帧的帧参考标志，即从第二个8ms开始对码元进行编码，分别为第00，01，02，…，99个码元，其中：
第00码元为帧参考标志；
“秒”信息：第01，02，03，04，06，07，08码元；第05码元为索引标志，脉宽为2ms。
第09码元为位置识别标志；
“分”信息：第10，11，12，13，15，16，17码元；第14码元为索引标志，脉宽为2ms。
第19码元为位置识别标志；
“时”信息：第20，21，22，23，25，26，27码元；第24码元为索引标志，脉宽为2ms。
第29码元为位置识别标志；
时、分、秒均用BCD码表示，低位在前，高位在后；个位在前，十位在后。
由此可见要对IRIG-B信号进行解码并识别必须进行脉宽检测，在目前的技术方案中一般都是检测上升沿，检测脉宽区分码元类别，在确定帧参考标志后，同步出PPS信号，抗干扰能力弱，一旦时间串码中存在干扰，很容易导致解码错误，另外从帧参考标志处生成PPS信号，存在同步精度低等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种高抗干扰、高精度同步的IRIG-B码的解码设备。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种IRIG-B码的解码设备，包括：主控制模块、计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块；所述计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块分别与所述主控制模块电连接；所述计数器3模块还与所述计数器2模块和计数器4模块电连接；所述计数器1模块设有溢出标志。
所述主控制模块用于检测IRIG-B码的上升沿和下降沿，并向计数器1模块、计数器2模块、计数器4模块发送开始计数及停止计数指令；读取、记录计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块的计数数值并进行分析处理；判断码元类别，检验解码数据的合法性，并输出时间数据。
当检测到上升沿时，向计数器1模块发送开始计数信号；
当检测到下降沿或者计数器1的溢出标志时，向计数器1模块发送停止计数信号；
读取计数器1模块的计数值N1并判断码元类别；
当检测连续两个P码时，向计数器2模块和计数器4模块发出开始计数信号；
读取计数器3模块的计数值N3并判断是否在允许的误差范围内，若在允许的误差范围内则将计数器3模块的计数值N3设为计数器4模块的最大计数值N4max，否则将数据丢弃。
由于计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块、是以固定频率计数，故计数值可以换算成时间值，为了简洁，在描述中会直接以计数值来表示时间。
所述计数器1模块用于记录码元高电平的持续时长；在收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，从零开始、以频率A计数，当收到主控制模块发来的停止计数指令时停止计数；获得计数器1模块的计数值N1，当计数达到设定阈值时标记所述溢出标志，所述频率A大于100MHz，比如160MHz。
计数器1模块的工作流程如下：
步骤1：当收到来自主控制模块的开始计数信号后，以频率A开始计数，同时复位溢出标志。
步骤2：当收到来自主控制模块的停止计数信号时停止计数，获得计数器1模块的计数值N1。
步骤3：如果计数到设定阈值则置位溢出标志。
设定阈值大于8ms，比如可以为8.5ms，因为正确的I RI G-B码中仅包含8ms，5ms，2ms三种脉宽，故码元高电平不可能超过8.5毫秒，该溢出标志可有效的避免误码的产生。
所述计数器2模块用于输出比准时沿延后T的同步信号；在收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1的当前计数值为初值、以频率A计数，计数到T时，停止计数，并输出同步信号。
计数器2模块的工作流程如下：
步骤1：当收到来自主控制模块的开始计数信号后，以计数器1的当前计数值为初值、以频率A开始计数。
步骤2：当计数到T时停止计数，输出准时沿延后T的同步信号。
其中T大于8.5ms,小于10.5ms，优选10ms。
所述计数器3模块用于以本地晶振测量相邻两个所述同步信号之间的时间差；当检测到同步信号时，所述计数器3模块以频率A计数开始，当检测到下一个同步信号时停止计数，获得计数器3模块的计数值N3。
计数器3模块工作的流程如下：
步骤1：检测到准时沿延后T的同步信号，以频率A从零开始计数。
步骤2：检测到下一个准时沿延后T的同步信号，停止计数，获得计数器3模块的计数值N3，如果N3满足误差要求，比如大于999.5毫秒且小于1000.5毫秒则锁存该计数值，将N3设为计数器4模块的最大计数值N4max，产生测量计数结束信号，否则丢弃不用。±0.5ms的误差范围，充分考虑了晶振制作工艺导致的偏差，又将偶然因素引起的脉冲干扰排除在外。该限幅滤波法有效的克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
所述计数器4模块用于输出与准时沿同步的PPS(Pulse Per Second，每秒一脉冲)信号；当检测到计数器3模块测量结束信号，同时收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1模块的当前计数值为初始值、以频率A开始计数，当计数到计数器4模块的最大计数值N4max时计数归零，输出与准时沿同步的PPS信号。
步骤1：检测到计数器3模块测量计数结束信号
步骤2：当收到来自主控制模块的开始计数信号，以计数器1的当前计数值为初值、以频率A开始计数，实现与准时沿信号的相位同步调整。
步骤3：计数到计数器4模块的最大计数值N4max时清零，输出与准时沿同步的PPS信号，实现与与准时沿信号的频率同步调整。
步骤4：重复步骤2，步骤3。
由此，本发明的IRIG-B码的解码设备，通过采用100MHz以上本地晶振测量一帧数据的时长，实现了PPS与IRIG-B码的高精度同步。
计数器1模块设置有高电平时长阈值，计数器3模块设置有允许误差范围，实现了解码过程的高可靠性和高抗干扰性。
本发明还公开了一种IRIG-B码的解码方法，基于上述IRIG-B码的解码设备，包括以下步骤：
S1、进行码元解析；
S2、提取时间信息；
S3、输出PPS信号；
所述S1进行码元解析，包括以下步骤：
S11、由主控制模块检测信号的上升沿；检测到上升沿后，主控制模块向计数器1模块发送开始计数信号；
S12、计数器1模块以频率A开始计数，若产生计数溢出，则设置溢出标志；
S13、主控制模块检测信号的下降沿和计数器1模块的溢出标志；向计数器1模块发出停止计数信号；
S14、计数器1模块收到主控制模块发来的停止计数信号后停止计数；
S15、若计数器模块1因为溢出而停止，则直接跳回步骤S11，否则主控制模块采集计数器1模块的计数值N1，判断当前码元是P码，0码或者是1码；
脉宽8ms为P码，脉宽2ms为0码，脉宽5ms为1码。
所述步骤S2提取时间信息，包括以下步骤：
S21、确定帧起始位置或P码位置；
若连续两个码元均为P码，则第二个P码为PR-帧参考标志；否则为帧数据中的位置识别标识P1-P0中的一个；
S22、根据IRIG-B码规则，依次提取秒、分、时、天等信息，完成P1-P9共9段数据的解码提取；
S23、检验解码数据的合法性，若合法，输出时间数据，否则丢弃。
所述步骤S3输出PPS信号，包括以下步骤：
S31、确认帧起始位置，主控制模块向计数器2模块、计数器4模块发出开始计数信号；计数器4模块在未收到计数器3模块的计数结束信号时不启动计数；
若连续两个码元均为P码，则第二个P码为PR-帧参考标志，随即向计数器2模块发出开始计数信号；
S32、以本地晶振测量的一帧数据的持续时长；
S321、计数器2模块以计数器1模块的当前计数值为初始值、以频率A持续计数到T时，停止计数并发出同步信号；
S322、计数器3模块检测到计数器2模块发出的同步信号，以频率A从零开始计数；
S323、重复步骤S31内容及步骤S321内容，计数器3模块在计数过程中检测到计数器2模块发出的同步信号，停止计数，产生测量计数结束信号；获得以本地晶振测量的一帧数据的持续时长；
S33、确认步骤S32中获得的计数器3模块计数值N3是否满足误差要求，若满足，将其作为计数器4模块的最大计数值N4max；否则丢弃数据，返回步骤S31；
S34、生成PPS信号；计数器4模块检测到计数器3模块的停止计数信号，同时收到主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1模块的当前计数值为初始值、以频率A开始计数，计数到步骤S33中获得的计数器4模块的最大计数值N4max时，计数值清零，输出与准时沿同步的PPS信号；
S35、重复步骤S34，持续向外输出与准时沿同步的PPS信号。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
通过采用本地晶振测量一帧数据的时长，实现了解码出的PPS信号与IRIG-B码的高精度同步。
计数器1模块设置有高电平时长阈值，计数器3模块设置有允许误差范围，实现了解码过程的高可靠性和高抗干扰性。
附图说明
图1为IRIG-B码的三种码元示意图；
图2为一帧IRIG-B码的示意图；
图3为本发明的IRIG-B码的解码设备的功能框图；
图4为本发明的IRIG-B码的解码方法解码过程中各计数器状态示意图；附图中各标号所代表的组件名称如下：
1、计数器1模块；
2、计数器2模块；
3、计数器3模块；
4、计数器4模块；
5、主控制模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图3所示，其为本发明的一种IRIG-B码的解码设备的功能框图。
一种IRIG-B码的解码设备，包括：主控制模块5、计数器1模块1、计数器2模块2、计数器3模块3、计数器4模块4；所述计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块分别与所述主控制模块电连接；所述计数器3模块还与所述计数器2模块和计数器4模块电连接；所述计数器1模块设有溢出标志。
所述主控制模块用于检测IRIG-B码的上升沿和下降沿，并向计数器1模块、计数器2模块、计数器4模块发送开始计数及停止计数指令；读取、记录计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块的计数数值并进行分析处理；判断码元类别，检验解码数据的合法性，并输出时间数据。
当检测到上升沿时，向计数器1模块发送开始计数信号；
当检测到下降沿或者计数器1的溢出标志时，向计数器1模块发送停止计数信号；
读取计数器1模块的计数值N1并判断码元类别；
当检测连续两个P码时，向计数器2模块和计数器4模块发出开始计数信号；
读取计数器3模块的计数值N3并判断是否在允许的误差范围内，若在允许的误差范围内则将计数器3模块的计数值N3设为计数器4模块的最大计数值N4max，否则将数据丢弃。
由于计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块、是以固定频率计数，故计数值可以换算成时间值，为了简洁，在描述中会直接以计数值来表示时间。
请参照图4所示，图4中，向上的箭头表示计数器开始计数，向下的箭头表示计数器停止计数。
所述计数器1模块用于记录码元高电平的持续时长；在收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，从零开始、以160MHz的频率开始计数，当收到主控制模块发来的停止计数指令时停止计数；获得计数器1模块的计数值N1，当计数达到设定阈值8.5ms时标记所述溢出标志。
计数器1模块的工作流程如下：
步骤1：当收到来自主控制模块的开始计数信号后，以160MHz的频率开始计数，同时复位溢出标志。
步骤2：当收到来自主控制模块的停止计数信号时停止计数，获得计数器1模块的计数值N1。
步骤3：如果计数到设定阈值则置位溢出标志。
设定阈值为8.5ms，因为正确的IRIG-B码中仅包含8ms，5ms，2ms三种脉宽，故码元高电平不可能超过8.5毫秒，该溢出标志可有效的避免误码的产生。
如图4所示，计数器1模块在IRIG-B时间串码中的每一个上升沿开始新一轮的计数，在时间串码的每一个下降沿，结束计数。
所述计数器2模块用于输出比准时沿延后10ms的同步信号；在收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1的当前计数值为初值、以160MHz的频率计数，计数到10ms时，停止计数，并输出同步信号。
计数器2模块的工作流程如下：
步骤1：当收到来自主控制模块的开始计数信号后，以计数器1的当前计数值为初值、以160MHz的频率开始计数。
步骤2：当计数到10毫秒时停止计数，输出准时沿延后10毫秒的同步信号。
所述计数器3模块用于以本地晶振测量相邻两个所述同步信号之间的时间差；当检测到同步信号时，所述计数器3模块以160MHz的频率开始计数，当检测到下一个同步信号时停止计数，获得计数器3模块的计数值N3。
如图4所示，计数器2模块在PR下降沿开始计数，在延后准时沿10ms位置结束计数，并发出一个同步信号，随后直到下一帧时间串码的准时沿后10ms位置再发出一个同步信号，即每秒在准时沿后10ms位置发出一个同步信号。
计数器3模块工作的流程如下：
步骤1：检测到准时沿延后10ms的同步信号，以160MHz的频率从零开始计数。
步骤2：检测到下一个准时沿延后10ms的同步信号，停止计数，获得计数器3模块的计数值N3，如果N3满足大于999.5毫秒且小于1000.5毫秒的允许误差，则锁存该计数值，将N3设为计数器4模块的最大计数值N4max，产生测量计数结束信号，否则丢弃不用。±0.5ms的误差范围，充分考虑了晶振制作工艺导致的偏差，又将偶然因素引起的脉冲干扰排除在外。该限幅滤波法有效的克服因偶然因素引起的脉冲干扰。如图4所示，计数器3模块在计数器2模块中的在前同步信号的上升沿开始计数，在计数器2模块中下一个同步信号的上升沿结束计数，获得计数器3模块的计数值N3。
所述计数器4模块用于输出与准时沿同步的PPS(Pulse Per Second，每秒一脉冲)信号；当检测到计数器3模块测量结束信号，同时收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1模块的当前计数值为初始值、以160MHz的频率开始计数，当计数到计数器4模块的最大计数值N4max时计数归零，输出与准时沿同步的PPS信号。
步骤1：检测到计数器3模块测量计数结束信号
步骤2：当收到来自主控制模块的开始计数信号，以计数器1的当前计数值为初值、以160MHz的频率开始计数，实现与准时沿信号的相位同步调整。
步骤3：计数到计数器4模块的最大计数值N4max时清零，输出与准时沿同步的PPS信号，实现与与准时沿信号的频率同步调整。
步骤4：重复步骤2，步骤3。持续生成PPS信号。
如图4所示，计数器4模块在PR下降沿开始计数，在下一帧时间串码的PR上升沿结束计数，并生成PPS信号，由此计数器4模块结束计数位置距离本帧时间串码的准时沿的时长为N4max，而这个N4max取自N3，由此实现了PPS信号与IRIG-B码的准时沿高精度同步。
由此本发明的用于IRIG-B码的解码设备，通过采用本地晶振测量一帧数据的时长，实现了解码出的PPS信号与IRIG-B码的高精度同步。
计数器1模块设置有高电平时长阈值，计数器3模块设置有允许误差范围，实现了解码过程的高可靠性和高抗干扰性。
本发明还公开了一种IRIG-B码的解码方法，基于上述IRIG-B码的解码设备，包括以下步骤：
S1、进行码元解析；
S2、提取时间信息；
S3、输出PPS信号；
所述S1进行码元解析，包括以下步骤：
S11、由主控制模块检测信号的上升沿；检测到上升沿后，主控制模块向计数器1模块发送开始计数信号；
S12、计数器1模块以160MHz的频率开始计数，若产生计数溢出，则设置溢出标志。
S13、主控制模块检测信号的下降沿和计数器1模块的溢出标志；向计数器1模块发出停止计数信号。
S14、计数器1模块收到主控制模块发来的停止计数信号后停止计数。
S15、若计数器模块1因为溢出而停止，则直接跳回步骤S11，否则主控制模块采集计数器1模块的计数值N1，判断当前码元是P码，0码或者是1码；
脉宽8ms为P码，脉宽2ms为0码，脉宽5ms为1码。
所述步骤S2提取时间信息，包括以下步骤：
S21、确定帧起始位置或P码位置；
若连续两个码元均为P码，则第二个P码为PR-帧参考标志；否则为帧数据中的位置识别标识P1-P0中的一个。
S22、根据IRIG-B码规则，依次提取秒、分、时、天等信息，完成P1-P9共9段数据的解码提取。
S23、检验解码数据的合法性，若合法，输出时间数据，否则丢弃。
所述步骤S3输出PPS信号，包括以下步骤：
S31、确认帧起始位置，主控制模块向计数器2模块、计数器4模块发出开始计数信号；计数器4模块在未收到计数器3模块的计数结束信号时不启动计数。
若连续两个码元均为P码，则第二个P码为PR-帧参考标志，随即向计数器2模块发出开始计数信号；
S32、以本地晶振测量的一帧数据的持续时长；
S321、计数器2模块以计数器1模块的当前计数值为初始值、以160MHz的频率持续计数到10ms时，停止计数并发出同步信号；
S322、计数器3模块检测到计数器2模块发出的同步信号，以160MHz的频率从零开始计数；
S323、重复步骤S31内容及步骤S321内容，计数器3模块在计数过程中检测到计数器2模块发出的同步信号，停止计数；获得以本地晶振测量的一帧数据的持续时长。
S33、确认步骤S32中获得的计数器3模块计数值N3是否满足误差要求，若满足，将其作为计数器4模块的最大计数值N4max；否则丢弃数据，返回步骤S31；
S34、生成PPS信号；计数器4模块检测到计数器3模块的停止计数信号，同时收到主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1模块的当前计数值为初始值、以160MHz的频率开始计数，计数到步骤S33中获得的计数器4模块的最大计数值N4max时，计数值清零，输出与准时沿同步的PPS信号。
S35、重复步骤S34，持续向外输出与准时沿同步的PPS信号。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
通过采用本地晶振测量一帧数据的时长，实现了解码出的PPS信号与IRIG-B码的高精度同步。
计数器1模块设置有高电平时长阈值，计数器3模块设置有允许误差范围，实现了解码过程的高可靠性和高抗干扰性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种IRIG-B码的解码设备，其特征在于，包括：主控制模块、计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块；所述计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块分别与所述主控制模块电连接；所述计数器3模块还与所述计数器2模块和计数器4模块电连接；所述计数器1模块设有溢出标志；
所述主控制模块用于检测IRIG-B码的上升沿和下降沿，并向计数器1模块、计数器2模块、计数器4模块发送开始计数及停止计数指令；读取、记录计数器1模块、计数器2模块、计数器3模块、计数器4模块的计数数值并进行分析处理；判断码元类别，检验解码数据的合法性，并输出时间数据；
当检测到上升沿时，向计数器1模块发送开始计数信号；
当检测到下降沿或者计数器1的溢出标志时，向计数器1模块发送停止计数信号；
读取计数器1模块的计数值N1并判断码元类别；
当检测连续两个P码时，向计数器2模块和计数器4模块发出开始计数信号；
读取计数器3模块的计数值N3并判断其是否在允许的误差范围内，若在允许的误差范围内，则将计数器3模块的计数值N3设为计数器4模块的最大计数值N4max，否则将数据丢弃。
2.根据权利要求1所述的IRIG-B码的解码设备，其特征在于，所述计数器1模块用于记录码元高电平的持续时长；在收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，从零开始、以频率A计数，当收到主控制模块发来的停止计数指令时停止计数，获得计数器1模块的计数值N1；当计数达到设定阈值时标记所述溢出标志；所述频率A大于100MHz。
3.根据权利要求2所述的IRIG-B码的解码设备，其特征在于，所述计数器2模块用于输出比准时沿延后T的同步信号；在收到所述主控制模块发来的的开始计数信号后，以计数器1模块当前计数值为初值，以频率A计数，计数到T时，停止计数，并输出同步信号,其中所述T大于8.5ms，小于10.5ms。
4.根据权利要求3所述的IRIG-B码的解码设备，其特征在于，所述计数器3模块用于以本地晶振测量相邻两个所述同步信号之间的时间差；当检测到同步信号时，所述计数器3模块从零开始、以频率A计数，当检测到下一个同步信号时停止计数，产生测量计数结束信号，获得计数器3模块的计数值N3。
5.根据权利要求4所述的IRIG-B码的解码设备，其特征在于，所述计数器4模块用于输出与准时沿同步的PPS信号；当检测到计数器3模块的测量计数结束信号，同时收到所述主控制模块发来的开始计数信号后，以计数器1模块的当前计数值为初始值、以频率A开始计数，当计数到计数器4模块的最大计数值N4max时计数归零，输出与准时沿同步的PPS信号。
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