CN113824522B - 一种基于vde星-船同步通信系统的校时系统 - Google Patents

一种基于vde星-船同步通信系统的校时系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于VDE星‑船同步通信系统的校时系统，包括星载广播时间码校时模块、星载GPS秒脉冲校正模块、星载GPS秒脉冲校时模块、船舶GPS时间码授时模块、船舶GPS秒脉冲校正模块和船舶GPS秒脉冲校时模块。本发明提供的基于VDE星‑船同步通信系统的校时系统消除了综合电子广播时间码延迟带来的星地时间码误差、秒脉冲抖动和秒脉冲丢失时带来的星地同步误差，达到了星‑船同步通信系统高精度时间同步的目的，提高了星船间时间同步的可靠性和准确通信的效率，对VDE星船同步系统具有十分重要的意义与十分广阔的应用前景。

Description

一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统
技术领域
本发明涉及校时技术领域，特别涉及一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统。
背景技术
随着海事通信技术的发展，为了解决现有船舶AIS通信系统在某些区域时隙冲突严重，通信速率低的瓶颈，国际航标组织(IALA)提出了船舶的VDE通信系统，并在VDE系统中增加了卫星与船舶的通信链路，以满足近海和远海船舶的不同需求，为未来复杂、多功能的海上通信应用打下了基础。
星载VDE通信系统中时间同步技术是一项关键技术，时间同步方法的优劣将会影响系统的可靠性和整体性能。星载VDE采用时分多址(TDMA)接入方式进入网络，网络内的卫星主要根据自组织时分多址(SOTDMA)的方式为卫星站预约时隙，在预约的时隙内播发相应消息完成卫星站任务。因此，星载VDE设备的系统时间必须与网络保持一致，才能保证每个时隙都能正确地播发卫星消息，保证信息的准确性与完整性，防止时隙占用冲突，星-船消息混乱转发的情况发生。
对于VDE星-船通信系统，VDE载荷作为卫星系统的一部分，接收综合电子广播的GPS时间码和GPS秒脉冲信号；船舶接收GPS时间码和GPS秒脉冲信号。VDE通信系统采用帧和时隙的概念，在与时隙起始处同步后，卫星开始接入网络，预约时隙等操作，并且通过星-船通信链路进行信息传输通信。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，包括星载广播时间码校时模块、星载GPS秒脉冲校正模块、星载GPS秒脉冲校时模块、船舶GPS时间码授时模块、船舶GPS秒脉冲校正模块和船舶GPS秒脉冲校时模块，其中：
所述星载广播时间码校时模块，用于校正从星务总线接收综合电子广播的GPS时刻信息；
所述星载GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号；
所述星载GPS秒脉冲校时模块，用于根据从综合电子接收到的GPS秒脉冲信号，对整秒时间码寄存器进行校准；
所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码；
所述船舶GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号；
所述船舶GPS秒脉冲校时模块，用于根据GPS有效秒脉冲和校正秒脉冲校准时间码。
进一步的，所述星载广播时间码校时模块，上电启动后，毫秒计数器按照第一步进周期计数器进行累加计数，以后每接收到一次有用秒脉冲信号的下降沿，毫秒计数器清零；如果接收到广播时间码的毫秒值小于毫秒计数器，则证明在下一个秒脉冲到来之前收到了广播时间，将接收到的广播时间取整，然后更新到整秒时间码寄存器中；否则接收到广播时间码的毫秒值大于毫秒计数器，则证明收到的广播时间跨越了秒脉冲信号，将接收到的广播时间取整加1，然后更新到整秒时间码寄存器，从而保证星-船时间码同步。
进一步的，所述星载GPS秒脉冲校正模块，上电启动后，按照第二步进周期计数器进行计数器累加计数；在判断出起始秒脉冲之前每接收到一次秒脉冲的下降沿，将计数器清零；如果连续接收到3次秒脉冲信号时，计数器均≥门限值，则将此时的秒脉冲信号作为起始秒脉冲，以后每接收到一次秒脉冲下降沿时，若计数器≥门限值，则记为有效秒脉冲，计数器清零，否则计数器继续累加；若计数器累加到最大值时，仍未判断到秒脉冲下降沿，则断定秒脉冲丢失，模拟产生校正秒脉冲信号；将有效秒脉冲和校正秒脉冲作为有用秒脉冲信号：
门限值＝1s-秒脉冲发送周期最大误差-时钟抖动误差。
进一步的，所述星载GPS秒脉冲校时模块，根据秒脉冲校正模块产生的有用秒脉冲信号，将整秒时间码寄存器加1，更新到整秒时间码寄存器。
进一步的，所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码并将其缓存到第一时间码寄存器中。
进一步的，所述船舶秒脉冲校时模块，用于根据GPS有效秒脉冲信号和校正秒脉冲信号校准时间码，若判断到有效秒脉冲下降沿，则将第一时间码寄存器加1更新到第二时间码寄存器中，若判断到校正秒脉冲下降沿，则将第二时间码寄存器加1更新到第二时间码寄存器中。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提供一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，结合VDE协议层应用场景主要是采用时分多址接入方式进入网络，保证了卫星在可能出现的任何状况下，对关键的UTC时间同步进行可靠的管理，同时保证了星船通信系统对关键的时间码进行严格的同步管理，有序的执行同步过程并维持稳定可靠的同步精度。其中，星载广播时间码校时方法，消除了综合电子广播时间码延迟带来的星地时间码误差；秒脉冲校时方法，消除了秒脉冲抖动和秒脉冲丢失时带来的星地同步误差，达到了星-船同步通信系统高精度时间同步的目的。本发明提供的基于VDE星-船同步通信系统的校时系统不仅可以保证同步精度，保证了星船时间码严格对齐，还对关键的UTC时间同步进行可靠的管理，提高了星地间时间同步的可靠性和准确通信的效率，对VDE星船同步系统具有十分重要的意义与十分广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明一实施例的基于VDE星-船同步通信系统的校时系统的框架示意图；
图2是本发明一实施例的综合电子分系统向VDE通信处理机提供的秒脉冲信号示意图；
图3是本发明一实施例的综合电子分系统向VDE通信处理机广播的时间码示意图；
图4是本发明一实施例的综合电子分系统向VDE通信处理机广播的时间码示意图；
图5是本发明一实施例的广播时间码校时流程图；
图6是本发明一实施例的秒脉冲校正流程图；
图7是本发明一实施例的GPS信号示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1-7所示，本实施例公开了一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，包括星载广播时间码校时模块、星载GPS秒脉冲校正模块、星载GPS秒脉冲校时模块、船舶GPS时间码授时模块、船舶GPS秒脉冲校正模块和船舶GPS秒脉冲校时模块，其中：
所述星载广播时间码校时模块，用于校正从星务总线接收综合电子广播的GPS时刻信息；
所述星载GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号；
所述星载GPS秒脉冲校时模块，用于根据从综合电子接收到的GPS秒脉冲信号，对整秒时间码寄存器进行校准；
所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码；
所述船舶GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号；
所述船舶GPS秒脉冲校时模块，用于根据GPS有效秒脉冲和校正秒脉冲校准时间码。
本实施例中，如图2所示，综合电子通过星务总线向VDE载荷提供一路GPS秒脉冲信号，发送周期为1s±0.2ms，脉冲单端为负脉冲，脉冲宽度为1±0.2ms，脉冲下降沿小于50ns，脉冲下降沿同步精度1us。
进一步的，所述星载广播时间码校时模块，用于校正从星务总线接收综合电子广播的时刻信息。开机时综合电子广播的时刻是随机的，由于时间码从综合电子到VDE分系统存在传输延迟，当广播时刻靠近秒脉冲下降沿时，就会导致在秒脉冲到来之后收到此次广播的时间码，从而导致星地时间相差1s。本系统针对广播随机特性采用的校时方法为：上电启动后，毫秒计数器按照第一步进周期计数器进行累加计数，以后每接收到一次有用秒脉冲信号的下降沿，毫秒计数器清零；如果接收到广播时间码的毫秒值小于毫秒计数器，则证明在下一个秒脉冲到来之前收到了广播时间，将接收到的广播时间取整，然后更新到整秒时间码寄存器中；否则接收到广播时间码的毫秒值大于毫秒计数器，则证明收到的广播时间跨越了秒脉冲信号，将接收到的广播时间取整加1，然后更新到整秒时间码寄存器，从而保证星-船时间码同步。
本实施例中，所述星载广播时间码校时模块，广播时间码解析出来为时分秒.毫秒。综合电子时间码广播延时≤100ms，所以，这里步进设定为1ms，广播GPS时刻信息是准确的，广播延时误差由以下方案校准。上电启动后，按照1ms的周期进行计数器Pulse_counter1累加计数。以后每接收到一次有用秒脉冲的下降沿，将毫秒计数器Pulse_counter1清零。如果接收到广播时间码的毫秒值小于毫秒计数器Pulse_counter1，则证明在下一个秒脉冲到来之前收到了广播时间，如图3所示，将接收到的广播时间取整，然后更新到整秒时间码寄存器Timer_reg1中，如图5所示；否则接收到广播时间码的毫秒值大于毫秒计数器，则证明收到的广播时间跨越了秒脉冲信号，如图4所示，将接收到的广播时间取整加1，然后更新到整秒时间码寄存器Timer_reg1，如图5所示。
进一步的，所述星载GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号。上电启动后，按照第二步进周期计数器进行计数器累加计数；在判断出起始秒脉冲之前每接收到一次秒脉冲的下降沿，将计数器清零；如果连续接收到3次秒脉冲信号时，计数器均≥门限值，则将此时的秒脉冲信号作为起始秒脉冲，以后每接收到一次秒脉冲下降沿时，若计数器≥门限值，则记为有效秒脉冲，计数器清零，否则计数器继续累加；若计数器累加到最大值时，仍未判断到秒脉冲下降沿，则断定秒脉冲丢失，模拟产生校正秒脉冲信号；将有效秒脉冲和校正秒脉冲作为有用秒脉冲信号：
门限值＝1s-秒脉冲发送周期最大误差-时钟抖动误差。
本实施例中，所述星载秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号，由于综合电子通过星务总线向VDE载荷提供一路GPS秒脉冲信号，发送周期为1s±0.2ms，同时考虑时钟抖动和脉冲下降沿同步精度，所以这里允许的误差是0.3ms，即步进设为0.1ms，门限值设为9996。如图6所示，上电启动后，按照0.1ms的周期进行计数器Pulse_counter2累加计数，Pulse_counter2的范围为0～9999。在判断出起始秒脉冲之前每接收到一次秒脉冲的下降沿，将计数器Pulse_counter2清零。如果连续接收到3次秒脉冲信号，均有计数器Pulse_counter2≥9996，则将此时的秒脉冲信号作为起始秒脉冲，Pulse_counter3清零之后累加计数，以后每接收到一次秒脉冲下降沿时，若计数器Pulse_counter3≥9996，则记为有效秒脉冲，计数器Pulse_counter3清零，若计数器Pulse_counter3＝9999时，仍未判断到秒脉冲的下降沿，断定为秒脉冲信号丢失，产生校正秒脉冲信号；将有效秒脉冲和校正秒脉冲作为有用秒脉冲信号。
进一步的，所述星载GPS秒脉冲校时模块，用于根据从综合电子分系统接收到的秒脉冲信号，对整秒时间码寄存器进行校准。根据秒脉冲校正模块产生的有用秒脉冲信号，将整秒时间码寄存器加1，更新到整秒时间码寄存器。
本实施例中，所述星载GPS秒脉冲校时模块，用于根据从综合电子分系统接收到的秒脉冲信号，对整秒时间码寄存器进行校准。如图5所示，根据秒脉冲校正模块产生的有用秒脉冲信号下降沿，将整秒时间码寄存器加1，更新到整秒时间码寄存器Timer_reg1。
进一步的，所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码并将其缓存到第一时间码寄存器中。本实施例中，GPS时间码和秒脉冲位置关系如图7所示。所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码，并将其缓存到时间码寄存器Timer_reg2中。
进一步的，所述船舶秒脉冲校正模块，处理方案同所述星载秒脉冲校正模块，确保星地秒脉冲同步。
进一步的，所述船舶秒脉冲校时模块，用于根据GPS有效秒脉冲信号和校正秒脉冲信号校准时间码，若判断到有效秒脉冲下降沿，则将第一时间码寄存器加1更新到第二时间码寄存器中，若判断到校正秒脉冲下降沿，则将第二时间码寄存器加1更新到第二时间码寄存器中。本实施例中，所述船舶秒脉冲校时模块，用于根据GPS时间码和秒脉冲位置关系和GPS有效秒脉冲及校正秒脉冲校准时间码，若判断到有效秒脉冲下降沿，则将时间码寄存器Timer_reg2中的值加1更新到Timer_reg3中，若判断到校正秒脉冲下降沿，则将时间码寄存器Timer_reg3中的值加1更新到时间码寄存器Timer_reg3中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，其特征在于，包括星载广播时间码校时模块、星载GPS秒脉冲校正模块、星载GPS秒脉冲校时模块、船舶GPS时间码授时模块、船舶GPS秒脉冲校正模块和船舶GPS秒脉冲校时模块，其中：
所述星载广播时间码校时模块，用于校正从星务总线接收综合电子广播的GPS时刻信息；
所述星载GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号；
所述星载GPS秒脉冲校时模块，用于根据从综合电子接收到的GPS秒脉冲信号，对整秒时间码寄存器进行校准；
所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码；
所述船舶GPS秒脉冲校正模块，用于判断秒脉冲是否有效，并且在秒脉冲丢失时，产生校正秒脉冲信号；
所述船舶GPS秒脉冲校时模块，用于根据GPS有效秒脉冲和校正秒脉冲校准时间码。
2.根据权利要求1所述的一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，其特征在于，所述星载广播时间码校时模块，上电启动后，毫秒计数器按照第一步进周期计数器进行累加计数，以后每接收到一次有用秒脉冲信号的下降沿，毫秒计数器清零；如果接收到广播时间码的毫秒值小于毫秒计数器，则证明在下一个秒脉冲到来之前收到了广播时间，将接收到的广播时间取整，然后更新到整秒时间码寄存器中；否则接收到广播时间码的毫秒值大于毫秒计数器，则证明收到的广播时间跨越了秒脉冲信号，将接收到的广播时间取整加1，然后更新到整秒时间码寄存器，从而保证星-船时间码同步。
3.根据权利要求1所述的一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，其特征在于，所述星载GPS秒脉冲校正模块，上电启动后，按照第二步进周期计数器进行计数器累加计数；在判断出起始秒脉冲之前每接收到一次秒脉冲的下降沿，将计数器清零；如果连续接收到3次秒脉冲信号时，计数器均≥门限值，则将此时的秒脉冲信号作为起始秒脉冲，以后每接收到一次秒脉冲下降沿时，若计数器≥门限值，则记为有效秒脉冲，计数器清零，否则计数器继续累加；若计数器累加到最大值时，仍未判断到秒脉冲下降沿，则断定秒脉冲丢失，模拟产生校正秒脉冲信号；将有效秒脉冲和校正秒脉冲作为有用秒脉冲信号：
门限值＝1s-秒脉冲发送周期最大误差-时钟抖动误差。
4.根据权利要求1所述的一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，其特征在于，所述星载GPS秒脉冲校时模块，根据秒脉冲校正模块产生的有用秒脉冲信号，将整秒时间码寄存器加1，更新到整秒时间码寄存器。
5.根据权利要求1所述的一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，其特征在于，所述船舶GPS时间码授时模块，用于解析GPS时间码并将其缓存到第一时间码寄存器中。
6.根据权利要求1所述的一种基于VDE星-船同步通信系统的校时系统，其特征在于，所述船舶秒脉冲校时模块，用于根据GPS有效秒脉冲信号和校正秒脉冲信号校准时间码，若判断到有效秒脉冲下降沿，则将第一时间码寄存器加1更新到第二时间码寄存器中，若判断到校正秒脉冲下降沿，则将第二时间码寄存器加1更新到第二时间码寄存器中。
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