CN112255907A - 计算机串口接入bd/gps秒脉冲与数据实现定位授时的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，属于BD/GPS应用、定位和授时领域。BD/GPS模块数据信息由其RS‑232串口的TXD、RXD、GND三个端子分别接入到计算机的COM口的RXD、TXD、GND三个端子上，向计算机发送时间和地理位置数据；BD/GPS模块的PPS秒脉冲经电平转换电路由TTL电平变换为RS‑232电平后，接入到计算机COM口的DSR端子上，使得PPS秒脉冲电平的高低变化能够触发计算机COM口状态变化中断，进而由计算机进行时间对准和定位数据提取，并通过其它接口发送定位、授时信息。本发明通过计算机的一个RS‑232串口同时进行BD/GPS模块数据信息和秒脉冲信息的接入和秒脉冲的输出，减少了接口数量，且简单易行，且保证了时间对准的精度。

Description

计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法
技术领域
本发明属于BD/GPS应用、定位和授时领域，特别涉及多计算机系统实现位置和精确时间对准以及授时的方法。
背景技术
在多计算机数据处理、存储与控制系统中，各计算机之间往往需要精确的时间同步和统一的位置服务，以实现各计算机间的协同工作。通过BD/GPS模块为系统进行定位授时通常的实现方法主要包括两种，一种是由专用的定位授时设备进行位置获取和时间对准处理后，再接入到系统，为系统提供定位和授时；另一种则通过BD/GPS模块提供原始的数据和PPS秒脉冲入到系统，由系统进行数据解析和时间对准。第一种定位授时设备一般属于独立装置，其电气和机械接口相对固定，在系统集成中存在一定局限性，且成本高；第二种方法需要由使用系统通过计算机数据接口(通常为RS-232接口)接收BD/GPS模块数据，并采用专用板卡或电路接口采集PPS秒脉冲，再通过计算机软硬件进行时间对准和授时，该方法在结构、电气和软件设计上较为灵活，但设计难度较大、接口较多。
BD/GPS模块通常具备RS-232串口(满足EIA-RS-232C标准)，具备发送数据(TXD)、接收数据(RXD)和接地(GND)三个引脚，可进行串行数据的收发；通用计算机系统通常具备9针RS-232串口，除了TXD、RXD和GND外，还具备数据载波检测(DCD)、数据终端准备(DTR)、数据准备好(DSR)、请求发送(RTS)、清除发送(CTS)和振铃指示(RI)引脚信号可以与外部设备进行控制，通过DSR可采集外部的输入控制信号，通过RTS可发送控制信号，因此，可通过这些引脚信号进行秒脉冲的输入输出，用以触发串口中断。
和相似专利的本质区别：
经过专利查询，公开号为CN1749916A的专利甲《用计算机接入GPS秒脉冲信号实现精确时间对准的方法》中陈述，“GPS数据通过RS-232电平传送给计算机第一个COM口；GPS的PPS秒脉冲信号经过电平转换电路后引入计算机第二个COM口，将其作为中断触发信号，在嵌入式实时操作系统环境下设置接收计算机串口控制器，使计算机能够直接响应PPS信号引发的中断，获得中断的精确时间”。该专利中，PPS秒脉冲由TTL电平转换为RS-232电平后，连接到数据接收计算机1、2......n的串口数据载波检出(DCD)信号线；将需要精确时间对准的各种数据通过RS-232电平(COM口)连接到接收计算机1、2......n，在各接收计算机中通过PPS秒脉冲信号和GPS数据的时间信息实现本机的精确时间对准。其在嵌入式实时操作系统VxWorks环境下，对接收PPS秒脉冲信号的串行通信接口重新编写驱动程序，“使能”串口中断寄存器，设置串口控制寄存器，使DCD信号能够引发串口中断，这样，当PPS秒脉冲到来时即可引发中断。
公开号为CN102193497A的专利乙《用GPS秒脉冲信号实现多源数据精确时间对准的方法》中陈述，“将GPS设备输出的数据信息通过RS-232协议传送给计算机第一个COM口；GPS的PPS秒脉冲信号经过电平转换电路后引入计算机第二个COM口，作为终端触发信号；在嵌入式实时操作系统环境下设置接收计算机COM口控制器的工作模式，使计算机能够直接相应PPS信号引发的终端；通过获得终端发生过的精确时间与GPS数据中时间信息进行比较，以实现本机时间与GPS标准时间的精确对准，进而实现多台计算机、多种数据源数据的精确对准。”该专利与专利甲采取了同样的秒脉冲连接、处理和时间对准方式，未见本质的区别。
上述两个专利特征在于：
1)GPS数据信息与PPS秒脉冲需要占用计算机2个COM口。
2)为了使PPS秒脉冲所接入的COM口DCD信号触发中断，在VxWorks环境下，需对该COM口重新编写驱动程序、“使能”串口中断寄存器、设置串口控制寄存器等一系列复杂处理。
3)GPS数据信息和PPS秒脉冲信息分别与1、2......n各计算机连接，尤其是GPS数据信息通过RS-232并联方式与各计算机连接，对GPS模块的RS-232串口而言，其驱动能力和并联的计算机数量会受到较大约束。
4)由各计算机独自接入GPS数据信息和PPS秒脉冲信息后进行时间对准处理，在不同串口受到干扰、误码、间断或者无GPS信号时，各计算机间的时间对准将失去统一性。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免解决现有的定位授时方法中所需计算机和接口数量多，操作复杂且精度不高的问题，本发明提出一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法。通过计算机的1个RS-232串口同时接入BD/GPS秒脉冲与数据，进行位置获取和时间对准，实现定位、授时和秒脉冲的输出。
技术方案
一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：BD/GPS模块数据信息由其RS-232串口的TXD、RXD、GND三个端子分别接入到计算机的COM口的RXD、TXD、GND三个端子上，向计算机发送时间和地理位置数据；BD/GPS模块的PPS秒脉冲经电平转换电路由TTL电平变换为RS-232电平后，接入到计算机COM口的DSR端子上，使得PPS秒脉冲电平的高低变化能够触发计算机COM口状态变化中断，进而由计算机进行时间对准和定位数据提取，并通过其它接口发送定位、授时信息；在计算机COM口中断处理服务程序中，还可根据需要控制RTS使能状态，通过该COM口的RTS端子再次输出秒脉冲供其它设备使用。
本发明技术方案更进一步的说：计算机通过串口接收的时间数据是滞后于秒脉冲信号的，串口时间数据提取中仅提取年、月、日、时、分、秒信息，秒脉冲中断处理中对毫秒进行清零同步，毫秒计数则由精度为1ms的高精度定时器产生。
本发明技术方案更进一步的说：所述PPS秒脉冲电平的高低变化触发计算机COM口中断，是通过秒脉冲上升沿时刻触发计算机串口DSR的状态变化，从而触发计算机串口ModemStateChange服务，其前提在串口初始化时，设置该串口DtrControl为有效Enable状态。
本发明技术方案更进一步的说：所述定位授时结果通过其它串口或以太网络进行播发，其周期根据系统使用需求可灵活设定为1ms、10ms、20ms以及其它周期。
本发明技术方案更进一步的说：所述对秒脉冲的再次输出，是在输入的秒脉冲所触发的COM口中断处理服务程序中，通过对计算机COM口的RTS使能有效Enable、无效Disable控制来实现。
本发明技术方案更进一步的说：所述BD/GPS模块的PPS秒脉冲TTL电平因使用的BD/GPS模块不同而可能存在差异，若其秒脉冲输出高电平在RS-232的输入触发电平+3V～+15V内，则可直接连接到计算机COM口的DSR端子上进行驱动。
本发明技术方案更进一步的说：其他接口为串口或以太网络。
有益效果
本发明提出的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其有益效果如下：
1)通过计算机的一个RS-232串口同时进行BD/GPS模块数据信息和秒脉冲信息的接入和秒脉冲的输出，减少了接口数量，且简单易行，具备良好的应用的灵活性；
2)PPS秒脉冲的接收采用中断方式，保证了时间对准的精度；
3)时间对准、定位数据提取和定位、授时信息的输出通过计算机软件实现，在复杂的系统中接入到任意具备条件的一台计算机，具备良好的可移植性；
4)本发明所采用的方法适用于Windows、VxWorks等操作系统，也适用于X86、PowerPC等通用计算机系统，具备较强的通用性和适应性；
5)定位授时信息由单一源头的计算机处理和播发，具备良好的时间同步一致性；
6)本发明成本低廉，GPS/BD模块和电平转换电路均可选用市场通用的低成本成熟模块。
附图说明
图1为GPS/BD模块与计算机串口各端子连接图；
图2为BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法原理框图；
图3为本发明方法在防空雷达系统中的应用连接图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明方法的原理框图如图1所示，计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，BD/GPS模块输出包括基于RS-232电平的时间及地理位置等数据信息、基于TTL电平的PPS秒脉冲基准信号。
如图2所示中，BD/GPS模块数据信息由其RS-232串口的TXD、RXD、GND三个端子分别接入到计算机的COM口(RS-232串口)RXD、TXD、GND三个端子上，向计算机发送时间和地理位置数据；如图2所示中，BD/GPS模块的PPS秒脉冲经电平转换电路由TTL电平变换为RS-232电平后，接入到计算机COM口的DSR(数据准备好)端子上，使得PPS秒脉冲电平的高低变化能够触发计算机COM口状态变化中断，进而由计算机进行时间对准和定位数据提取，并通过其它串口或以太网络等接口发送定位、授时信息；在计算机COM口中断处理服务程序中，还可根据需要控制RTS使能状态，通过该COM口的RTS端子再次输出秒脉冲供其它设备使用。
所述计算机通过串口接收的时间数据是滞后于秒脉冲信号的，串口时间数据提取中仅提取年、月、日、时、分、秒信息，秒脉冲中断处理中对毫秒进行清零同步等处理，毫秒计数则由精度为1ms的高精度定时器产生。
所述PPS秒脉冲电平的高低变化触发计算机COM口中断，是通过秒脉冲上升沿时刻触发计算机串口DSR的状态变化，从而触发计算机串口ModemStateChange服务，其前提在串口初始化时，设置该串口DtrControl为有效(Enable)状态。
所述定位授时结果通过其它串口或以太网络进行播发，其周期根据系统使用需求可灵活设定为1ms、10ms、20ms以及其它周期。
所述对秒脉冲的再次输出，是在输入的秒脉冲所触发的COM口中断处理服务程序中，通过对计算机COM口的RTS使能有效(Enable)、无效(Disable)控制来实现。
所述BD/GPS模块的PPS秒脉冲TTL电平因使用的BD/GPS模块不同而可能存在差异，若其秒脉冲输出高电平在RS-232的输入触发电平+3V～+15V内，则可直接连接到计算机COM口的DSR端子上进行驱动。
以某防空雷达系统检飞试验为例，说明本发明方法的具体实施方式。
防空雷达在检飞过程中，对空中目标机进行探测，实时记录目标机的距离、方位、俯仰以及时标等信息作为测量值，目标机上可提供基于GPS的目标经度、纬度、高程以及时间信息作为真值数据。检飞结束后，通过对雷达测量值与目标机真值数据的坐标转换、时间对齐和对比等处理，求取雷达的检飞精度。因此，检飞过程中，需要为雷达提供定位信息和精准的GPS时间信息。利用本发明提出的定位授时方法，可将GPS/BD模块接入到雷达终端计算机或陪试的笔记本电脑，再由计算机通过以太网络为雷达内各处理计算机提供统一的定位授时服务。
下面说明涉及本发明方法部分。
如图3所示，GPS/BD模块1采用UM220-III模块，与防空雷达终端计算机11连接进行定位授时。
GPS/BD模块1共4个接口，DC 5V电源接口6、外置SMA型GPS/BD天线接口3、PPS秒脉冲接线端子4和DB9型RS-232数据接口5。
由于该模块1采用DC 5V电源供电，其PPS秒脉冲TTL信号输出高达+3.6V，可触发RS-232串口DSR的状态变化，因此，可将PPS秒脉冲接线端子4直接连接到DB9 RS-232数据接口端子6上，通过RS-232交叉连接电缆与雷达终端计算机11的RS-232串口COM112连接。若PPS秒脉冲输出的TTL信号电平低于+3V，或因线缆过长衰减等因素影响，则需要接入电平转换电路。
GPS/BD模块+5V供电通过雷达终端计算机USB口13输出供电；
GPS天线连接2到GPS/BD模块1的SMA天线接口3上，并将GPS天线2放置在雷达车顶无遮挡处。
雷达终端计算机加电启动后，在其嵌入式WindowXPE操作系统上运行定位授时服务软件，该软件开启COM1后首先进行RS-232串口的初始化，通过数据接收中断服务子函数、ModemStateChange中断服务子函数对串口时间和PPS秒脉冲的中断响应，结合时间间隔为1ms的高精度定时器进行时间对准，合成与PPS秒脉冲上升沿对齐的年、月、日、时、分、秒、毫秒时间信息，并根据系统通信协议采用网络组播周期播发定位授时信息，完成对防空雷达其它计算机及网络设备的统一定位与授时。

Claims (7)

1.一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：BD/GPS模块数据信息由其RS-232串口的TXD、RXD、GND三个端子分别接入到计算机的COM口的RXD、TXD、GND三个端子上，向计算机发送时间和地理位置数据；BD/GPS模块的PPS秒脉冲经电平转换电路由TTL电平变换为RS-232电平后，接入到计算机COM口的DSR端子上，使得PPS秒脉冲电平的高低变化能够触发计算机COM口状态变化中断，进而由计算机进行时间对准和定位数据提取，并通过其它接口发送定位、授时信息；在计算机COM口中断处理服务程序中，还可根据需要控制RTS使能状态，通过该COM口的RTS端子再次输出秒脉冲供其它设备使用。
2.根据权利要求1所述的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：计算机通过串口接收的时间数据是滞后于秒脉冲信号的，串口时间数据提取中仅提取年、月、日、时、分、秒信息，秒脉冲中断处理中对毫秒进行清零同步，毫秒计数则由精度为1ms的高精度定时器产生。
3.根据权利要求1所述的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：所述PPS秒脉冲电平的高低变化触发计算机COM口中断，是通过秒脉冲上升沿时刻触发计算机串口DSR的状态变化，从而触发计算机串口ModemStateChange服务，其前提在串口初始化时，设置该串口DtrControl为有效Enable状态。
4.根据权利要求1所述的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：所述定位授时结果通过其它串口或以太网络进行播发，其周期根据系统使用需求可灵活设定为1ms、10ms、20ms以及其它周期。
5.根据权利要求1所述的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：所述对秒脉冲的再次输出，是在输入的秒脉冲所触发的COM口中断处理服务程序中，通过对计算机COM口的RTS使能有效Enable、无效Disable控制来实现。
6.根据权利要求1所述的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：所述BD/GPS模块的PPS秒脉冲TTL电平因使用的BD/GPS模块不同而可能存在差异，若其秒脉冲输出高电平在RS-232的输入触发电平+3V～+15V内，则可直接连接到计算机COM口的DSR端子上进行驱动。
7.根据权利要求1所述的一种计算机串口接入BD/GPS秒脉冲与数据实现定位授时的方法，其特征在于：其他接口为串口或以太网络。
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