CN112666611A - 一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块及其工作方法，该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的时钟同步单元，时钟同步单元为模块提供时钟同步信号，该模块还包括CPCI接口处理单元和与CPCI接口处理单元电连接的智能监控单元、电源处理单元，智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，电源处理单元为智能监控单元和时钟同步单元供电。本发明所公开的时钟同步模块，精度高，可以提高空间电离层环境层析成像测量设备的相位精度，从而进一步提高包括电离层闪烁指数、电离层电子总含量TEC和电离层不均匀体的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于空间电离层环境层析成像测量的信标信号处理领域，特别涉及该领域中的一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块及其工作方法。
背景技术
针对空间天气监测预警、地震前兆预警、空间科学研究对空间电离层大范围、不间断、高精度测量需求，突破电离层参数实时监测与成像反演等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的空间电离层环境层析成像测量仪，实现对电离层总电子含量和电子密度、电离层闪烁等参数的精确测量是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块及其工作方法。该时钟同步模块是一种针对特定空间电离层环境层析成像测量的接收设备的核心模块。
本发明采用如下技术方案：
一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其改进之处在于：该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的时钟同步单元，时钟同步单元为模块提供时钟同步信号，该模块还包括CPCI接口处理单元和与CPCI接口处理单元电连接的智能监控单元、电源处理单元，智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，电源处理单元为智能监控单元和时钟同步单元供电。
进一步的，前面板接口单元的GNSS模块参考时钟信号调理输出符合GNSS模块要求的时钟信号；射频模块参考时钟信号调理输出符合射频模块要求的时钟信号；中频模块参考时钟信号调理输出符合中频处理模块要求的时钟信号；计算机模块参考时钟调理输出符合计算机模块要求的时钟信号，前面板接口单元通过同轴接口输出时钟信号。
进一步的，时钟同步单元的参考时钟产生四路时钟同步信号，分别是GNSS模块参考时钟、射频模块参考时钟、中频模块参考时钟和计算机参考时钟。
进一步的，CPCI接口处理单元符合CompactPCI R3.0标准；CompactPCI R3.0信号通过欧式卡座进入模块内部，电源信号通过电源处理单元转换为与智能监控单元和时钟同步单元兼容的电源信号；智能监控单元通过PCI协议与外界通信。
进一步的，CPCI接口处理单元包括P1/J1 接口和P2/J2接口，CPCI接口处理单元的电路包括33MHz32位PCI通信电路、热插拔设计电路、ESD设计电路和电源设计电路。
进一步的，CPCI接口处理单元的电源设计电路以12V电源为输入。
进一步的，智能监控单元与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接。
进一步的，智能监控单元内包括接口转换电路和MCU，其中接口转换电路与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接，MCU则监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，接口转换电路与MCU之间通过RS232接口电连接。
进一步的，电源处理单元从CPCI接口处理单元的电源设计电路取电，然后通过其内置的电压转换电路为智能监控单元提供5V电源，为时钟同步单元提供12V电源。
一种工作方法，适用于上述的时钟同步模块，其改进之处在于：时钟同步单元的参考时钟产生10MHz调谐参考时钟信号，此信号通过时钟同步处理产生四路时钟信号，分别为GNSS模块参考时钟，射频模块参考时钟，中频模块参考时钟和计算机参考时钟，并且确保这四路时钟信号的相位同步，四路时钟信号通过前面板接口单元输出；电源处理单元从CPCI接口处理单元取电后，为智能监控单元和时钟同步单元供电；智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，智能监控单元通过CPCI接口处理单元与外部通信，如果工作状态异常，智能监控单元可以切断模块电源。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的时钟同步模块，精度高，可以提高空间电离层环境层析成像测量设备的相位精度，从而进一步提高包括电离层闪烁指数、电离层电子总含量TEC和电离层不均匀体的测量精度。减少时钟引起的测量误差和时钟同步以前的系统误差，时间分辨率高，满足电离层静态假设条件，水平分辨率高，可对电离层进行水平扫描。
本发明所公开的工作方法，运行流畅，稳定性高。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开时钟同步模块的组成框图；
图2是本发明实施例1所公开时钟同步模块中电源处理单元的电路连接示意图；
图3是本发明实施例1所公开时钟同步模块中前面板接口单元输出时钟信号的流程示意图；
图4是本发明实施例1所公开时钟同步模块中时钟同步单元的工作流程示意图；
图5是本发明实施例1所公开时钟同步模块中CPCI接口处理单元的组成框图；
图6是本发明实施例1所公开时钟同步模块中智能监控单元的电路连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的时钟同步单元，时钟同步单元为模块提供高精度低噪声稳定的时钟同步信号，该模块还包括CPCI接口处理单元和与CPCI接口处理单元电连接的智能监控单元、电源处理单元，智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，如图2所示，电源处理单元为智能监控单元和时钟同步单元供电，为模块稳定工作提供可靠电源。
在本实施例中，如图3所示，前面板接口单元的GNSS模块参考时钟信号调理输出符合GNSS模块要求的时钟信号；射频模块参考时钟信号调理输出符合射频模块要求的时钟信号；中频模块参考时钟信号调理输出符合中频处理模块要求的时钟信号；计算机模块参考时钟调理输出符合计算机模块要求的时钟信号，前面板接口单元通过同轴接口输出同步时钟信号。
如图4所示，时钟同步单元的参考时钟产生四路时钟同步信号，分别是GNSS模块参考时钟、射频模块参考时钟、中频模块参考时钟和计算机参考时钟。
CPCI接口处理单元符合CompactPCI R3.0标准；CompactPCI R3.0信号通过欧式卡座进入模块内部，电源信号通过电源处理单元转换为与智能监控单元和时钟同步单元兼容的电源信号；智能监控单元通过PCI协议与外界（例如计算机）通信。时钟同步单元以高精度低相位噪声的恒温晶振为基础产生其他单元所需的时钟同步信号。
如图5所示，CPCI接口处理单元包括P1/J1 接口和P2/J2接口，为3U CPCI模块，尺寸基本符合国际CompactPCI R3.0标准。CPCI接口处理单元的电路包括33MHz32位PCI通信电路（计算机可以通过本接口控制时钟同步模块的工作状态）、热插拔设计电路（符合PICMG2.1 Hot Swap R2.0规范）、ESD设计电路（确保符合CompactPCI R3.0标准要求）和电源设计电路。
CPCI接口处理单元的电源设计电路以12V电源为输入，提供其他单元需要的电源。
智能监控单元与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接。
如图6所示，在智能监控单元内包括接口转换电路和MCU，其中接口转换电路与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接，MCU则监控模块的工作温度（通过温度传感器）、工作湿度（通过湿度传感器）和电源处理单元的工作状态，根据实际的工作环境调整模块的工作状态，如果工作状态异常，智能监控单元可以切断电源，接口转换电路与MCU之间通过RS232接口电连接。
电源处理单元从CPCI接口处理单元的电源设计电路取电，然后通过其内置的电压转换电路为智能监控单元提供5V电源，为时钟同步单元提供12V电源。
该时钟同步模块充分利用我国发射的张衡一号卫星，与相关国家（美国、俄罗斯等）卫星发射的信标信号进行综合处理，同时进一步综合GNSS卫星信号，提高电离层层析成像的测量精度，减少时钟引起的相位误差。
本实施例还公开了一种工作方法，适用于上述的时钟同步模块，时钟同步单元的参考时钟产生高精度低相位噪声的10MHz调谐参考时钟信号，此信号通过时钟同步处理产生四路时钟信号，分别为GNSS模块参考时钟，射频模块参考时钟，中频模块参考时钟和计算机参考时钟，并且确保这四路参考时钟信号的相位同步，四路时钟信号通过前面板接口单元输出；电源处理单元从CPCI接口处理单元取电后，为智能监控单元和时钟同步单元供电；智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，智能监控单元通过CPCI接口处理单元与外部通信，如果工作状态异常，智能监控单元可以切断模块电源。
Claims (10)
1.一种基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的时钟同步单元，时钟同步单元为模块提供时钟同步信号，该模块还包括CPCI接口处理单元和与CPCI接口处理单元电连接的智能监控单元、电源处理单元，智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，电源处理单元为智能监控单元和时钟同步单元供电。
2.根据权利要求1所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：前面板接口单元的GNSS模块参考时钟信号调理输出符合GNSS模块要求的时钟信号；射频模块参考时钟信号调理输出符合射频模块要求的时钟信号；中频模块参考时钟信号调理输出符合中频处理模块要求的时钟信号；计算机模块参考时钟调理输出符合计算机模块要求的时钟信号，前面板接口单元通过同轴接口输出时钟信号。
3.根据权利要求1所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：时钟同步单元的参考时钟产生四路时钟同步信号，分别是GNSS模块参考时钟、射频模块参考时钟、中频模块参考时钟和计算机参考时钟。
4.根据权利要求1所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：CPCI接口处理单元符合CompactPCI R3.0标准；CompactPCI R3.0信号通过欧式卡座进入模块内部，电源信号通过电源处理单元转换为与智能监控单元和时钟同步单元兼容的电源信号；智能监控单元通过PCI协议与外界通信。
5.根据权利要求1所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：CPCI接口处理单元包括P1/J1 接口和P2/J2接口，CPCI接口处理单元的电路包括33MHz32位PCI通信电路、热插拔设计电路、ESD设计电路和电源设计电路。
6.根据权利要求5所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：CPCI接口处理单元的电源设计电路以12V电源为输入。
7.根据权利要求5所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：智能监控单元与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接。
8.根据权利要求7所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：智能监控单元内包括接口转换电路和MCU，其中接口转换电路与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接，MCU则监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，接口转换电路与MCU之间通过RS232接口电连接。
9.根据权利要求5所述基于空间电离层环境层析成像测量的时钟同步模块，其特征在于：电源处理单元从CPCI接口处理单元的电源设计电路取电，然后通过其内置的电压转换电路为智能监控单元提供5V电源，为时钟同步单元提供12V电源。
10.一种工作方法，适用于权利要求1所述的时钟同步模块，其特征在于：时钟同步单元的参考时钟产生10MHz调谐参考时钟信号，此信号通过时钟同步处理产生四路时钟信号，分别为GNSS模块参考时钟，射频模块参考时钟，中频模块参考时钟和计算机参考时钟，并且确保这四路时钟信号的相位同步，四路时钟信号通过前面板接口单元输出；电源处理单元从CPCI接口处理单元取电后，为智能监控单元和时钟同步单元供电；智能监控单元监控模块的工作温度、工作湿度和电源处理单元的工作状态，智能监控单元通过CPCI接口处理单元与外部通信，如果工作状态异常，智能监控单元可以切断模块电源。
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