CN114002711A - 一种基于标准6u-vpx的多功能通用授时系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于标准6U‑VPX的多功能通用授时系统，包括前插板和后插板，前插板和后插板通过背板连接；前插板主要包括嵌入式处理器、FPGA；后插板包括高精度卫星导航授时测向模块、北斗短报文模块、1PPS+TOD输出、B码输入输出、NTP/PTP网口、PTPE1接口、10MHz输出、光接口、FPGA协议转换、外部时钟输入等，本发明提供BDS/GPS卫星导航授时、网络时间协议授时、高精度时间同步协议授时、IRIG‑B码授时等多种高精度授时功能和守时功能，并支持北斗定位、测向、短报文通信及位置报告等功能。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航授时领域，尤其涉及一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统。
背景技术
卫星导航授时具有精度高、覆盖范围广、全天时、全天候等诸多优点，广范应用于电力、金融、通信、军事等重要领域，在航空航天和军事通信等复杂环境下，对主从结合、多种授时方式结合、授时与守时结合的需求起来越多，而能灵活满足不同应用场合的多功能授时产品还缺乏对应设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，包括前插板和后插板，所述前插板和后插板通过背板进行信号转换传输，所述前插板通过RS232和LAN与前面板进行信号传输；其特征在于：所述前插板包括嵌入式处理器和FPGA，所述FPGA通过铷钟提供时钟信号；所述嵌入式处理器与FPGA进行双向信号传输；所述后插板包括高精度卫星导航授时测向模块、通信模块、时钟隔离低噪放大器以及E1接口波形转换接口，所述高精度卫星导航授时测向模块通过背板输出1PPS和导航电文给前插板FPGA，北斗短报文模块通过背板与前插处理器进行交互，所述通信模块用于背板和后面板之间的双向信号传输。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述前面板将信息通过RS232接口和LAN接口输入给嵌入式处理器，所述嵌入式处理器通过IPMB协议和SNMP协议以及短报文通信与背板双向通信；所述E1接口波形转换接口将后插板E1信号进行信号转换并传送给FPGA的PTP模块；所述北斗短报文模块接收北斗短报文信息并送到嵌入式处理器进行解析处理，且通过天线实现短报文信息发送。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述通信模块包括两路RS422、网口以及光接口；所述一路RS422用来将1PPS+TDD信息从背板至后面板单向信号传输，另一路RS422用来进行B码于背板与后面板之间的双向传输；所述网口用来进行NTP/PTP报文于背板与后面板之间的双向传输；所述光接口将经由FPGA协议转换后的1PPS+TOD通过光纤授时。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述FPGA包括导航电文解析模块、B码调制解调模块、时间源选择模块、NTP模块、PTP模块以及时钟驯服守时模块，所述时钟驯服守时模块与铷钟1PPS频率双向通信，所述铷钟时钟信号频率为10MHZ；所述B码编码模块接收并解析外部输入的B码，将得到的1PPS+TOD送至时间源选择模块，并根据时钟驯服守时模块信息所生成的B码输出至后插板内的通信模块接口；所述NTP模块根据时钟驯服守时模块的1PPS+TOD生成NTP协议报文送至后插板的网口；所述PTP模块接收外部PTP主时钟报文并解析得到1PPS+TOD信息，将其送至时间源选择模块，同时根据守时模块的1PPS+TOD信息生成PTP协议报文输出至后插板网口，所述时钟驯服守时模块输出的10MHZ信号。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述嵌入式处理器与FPGA之间采用EMI总线进行双向信号传输，所述IPMB协议利用嵌入式处理器的两路I2C总线模拟实现。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述时间源选择模块可设置手动/自动时频输入源功能，所述自动设置按照BDS/GPS、B码、PTP以太网、PTPE1接口、内部频率源以及外部频率源的优先顺序。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述时钟驯服守时模块根据时间源选择模块的1PPS+TOD，对1PPS进行卡尔漫滤波后与高稳铷钟输出的1PPS进行鉴相，将得到的相位差结合PID控制对铷钟进行驯服。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
采用FPGA处理器具有实时性强、控制精度高以及二次开发效率高的特点，插板的设计有利于系统布线和维修更换受损模块；RS422和I2C总线使传信号输效率高，铷钟为整个授时系统提供稳定的时钟信号。
附图说明
图1是本发明系统结构图。
具体实施方式
一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，包括前插板和后插板，所述前插板和后插板通过背板进行信号转换传输，前插板通过RS232和LAN与前面板进行信号传输，前面板将信息通过RS232接口和LAN接口输入给嵌入式处理器，嵌入式处理器通过IPMB协议和SNMP协议以及短报文通信与背板双向通信，后插板的处理数据通过后面板输出；前插板包括嵌入式处理器和FPGA，FPGA通过铷钟提供时钟信号；嵌入式处理器与FPGA进行双向信号传输；后插板包括高精度卫星导航授时测向模块、通信模块、时钟隔离低噪放大器以及E1接口波形转换接口，E1接口波形转换接口将后插板E1信号进行信号转换并传送给FPGA的PTP模块，高精度卫星导航授时测向模块通过背板输出1PPS和导航电文给前插板FPGA，北斗短报文模块通过背板与前插处理器进行交互，北斗短报文模块接收北斗短报文信息并送到嵌入式处理器进行解析处理，且通过天线实现短报文信息发送，通信模块用于背板和后面板之间的双向信号传输，其中通信模块包括两路RS422、网口以及光接口；一路RS422用来将1PPS+TDD信息从背板至后面板单向信号传输，另一路RS422用来进行B码于背板与后面板之间的双向传输；网口用来进行NTP/PTP报文于背板与后面板之间的双向传输；光接口将经由FPGA协议转换后的1PPS+TOD通过光纤授时。
系统中FPGA包括导航电文解析模块、B码调制解调模块、时间源选择模块、NTP模块、PTP模块以及时钟驯服守时模块，时钟驯服守时模块与铷钟1PPS频率双向通信，铷钟时钟信号频率为10MHZ；B码编码模块接收并解析外部输入的B码，将得到的1PPS+TOD送至时间源选择模块，并根据时钟驯服守时模块信息所生成的B码输出至后插板内的通信模块接口；NTP模块根据时钟驯服守时模块的1PPS+TOD生成NTP协议报文送至后插板的网口；PTP模块接收外部PTP主时钟报文并解析得到1PPS+TOD信息，将其送至时间源选择模块，同时根据守时模块的1PPS+TOD信息生成PTP协议报文输出至后插板网口，时钟驯服守时模块输出的10MHZ信号。时间源选择模块根据嵌入式处理器的参数设置程序手动或自动设置时频输入源，并将所选择的时间源1PPS+TOD信息送给时钟驯服守时模块。自动设置时按照时间源优先顺序从高到低自动选择，默认为BDS/GPS、B码、PTP以太网、PTPE1接口、内部频率源、外部频率源的顺序。
时钟驯服守时模块根据时间源选择模块的1PPS+TOD，对1PPS进行卡尔漫滤波后与高稳铷钟输出的1PPS进行鉴相，将得到的相位差结合PID控制对高稳铷钟进行驯服。若没有时间源输入的情况下，进行守时，守时精度为驯服120分钟，72小时25us。同时将高稳铷钟输出的1PPS结合TOD信息，发送给各个对外授时单元，将高稳铷钟的10MHz信号通过背板发送给后插板对外输出。
工作时，系统中信号具体传输方式为：一路1PPS+TOD信号通过背板送到后插板422接口输出对外进行1PPS+TOD授时，一路1PPS+TOD送到B码编码解码模块，进行B码的编码，并通过背板送到后插板的422接口对外进行B码授时，一路1PPS+TOD送到NTP模块生成NTP报文，通过背板送到后插的网口对外进行NTP授时，一路1PPS+TOD送到PTP模块生成PTP报文，通过背板送到后插的网口对外进行PTP授时，同时通过E1转换电路生成PTPE1信号对外进行PTP授时，一路1PPS+TOD送至后插板的FPGA进行协议转换，而后通过光模块发送出去，对外进行光纤授时，一路10MHz信号通过背板传输给后插板进行时钟隔离低哭噪放后对外输出；北斗短报文模块接收RDSS信息并通过背板送至前插板的嵌入式处理器，嵌入式处理器对北斗短报文进行解析，并通过背板送至其他单元，嵌入式处理器将要发送的短报文进行转换，生成北斗短报文命令发送给北斗短报文模块，通过天线发送出去；嵌入式处理器运行管理服务程序和SNMP代理程序，可通过网络和SNMP对授时参数进行配置，并将配置数据通过EMI总线发送给FPGA。嵌入式处理器通过两路I2C实现IPMB，对板卡的健康状态进行上报和控制。
实施例一
本系统的授时参考源可以有BDS/GPS、B码、PTP以太网、PTPE1接口、内部频率源、外部频率源，本系统的对外授时方式有1PPS+TOD、B码、NTP、PTP等方式，高精度卫星导航授时测向模块接收GPS或北斗信号，输出定位、测向和授时信息，通过背板给前插板的嵌入式处理器和FPGA。嵌入式处理器将解析定位测向信息并通过背板传输给其他功能板。FPGA通过导航电文解析模块得到时间信息，将1PPS+TOD发送给时间源选择模块；后插板输入的B码信号通过背板传输给FPGA的B码编码解码模块，解析出1PPS+TOD信息传输给时间源选择模块。
后插板网口输入的PTP授时信息通过背板传输给FPGA的PTP模块解析出1PPS+TOD给时间源选择模块，后插板E1接口输入的PTP E1授时信号通过背板传输给前插板的E1信号转换电路进行信号转换，再送给FPGA的PTP模块解析出1PPS+TOD给时间源选择模块。
时间源选择模块根据嵌入式处理器的参数设置程序手动或自动设置时频输入源，并将所选择的时间源1PPS+TOD信息送给时钟驯服守时模块。自动设置时按照时间源优先顺序从高到低自动选择，默认为BDS/GPS、B码、PTP以太网、PTPE1接口、内部频率源、外部频率源的顺序。
时钟驯服守时模块根据时间源选择模块的1PPS+TOD，对1PPS进行卡尔漫滤波后与高稳铷钟输出的1PPS进行鉴相，将得到的相位差结合PID控制对高稳铷钟进行驯服。若没有时间源输入的情况下，进行守时，守时精度为驯服120分钟，72小时25us。同时将高稳铷钟输出的1PPS结合TOD信息，发送给各个对外授时单元，将高稳铷钟的10MHz信号通过背板发送给后插板对外输出。
一路1PPS+TOD信号通过背板送到后插板422接口输出对外进行1PPS+TOD授时，一路1PPS+TOD送到B码编码解码模块，进行B码的编码，并通过背板送到后插板的422接口对外进行B码授时，一路1PPS+TOD送到NTP模块生成NTP报文，通过背板送到后插的网口对外进行NTP授时，一路1PPS+TOD送到PTP模块生成PTP报文，通过背板送到后插的网口对外进行PTP授时，同时通过E1转换电路生成PTP E1信号对外进行PTP授时，一路1PPS+TOD送至后插板的FPGA进行协议转换，而后通过光模块发送出去，对外进行光纤授时，一路10MHz信号通过背板传输给后插板进行时钟隔离低哭噪放后对外输出。
北斗短报文模块接收RDSS信息并通过背板送至前插板的嵌入式处理器，嵌入式处理器对北斗短报文进行解析，并通过背板送至其他单元。嵌入式处理器将要发送的短报文进行转换，生成北斗短报文命令发送给北斗短报文模块，通过天线发送出去。
嵌入式处理器运行管理服务程序和SNMP代理程序，可通过网络和SNMP对授时参数进行配置，并将配置数据通过EMI总线发送给FPGA。嵌入式处理器通过两路I2C实现IPMB，对板卡的健康状态进行上报和控制。
本发明达到的功能指标：
1.系统具有定位功能，具备BDSB1/B2/B3C码定位功能和GPSL1/L2/L5定位功能；
2.具备测向功能；
3.具备1PPS+TOD 授时功能；
4.具备NTP、PTP（1588V2）网络授时功能，PTP支持外网口及E1接口，可通过SNMP协议配置PTP主/从授时；
5.具备B码输出授时功能；
6.具备B码输入守时功能；
7.具备时钟输入输出功能；
8.具备北斗短报文通信功能。
本发明达到的性能指标：
1.定位精度：水平≤10m，垂直≤10m；
2.速度精度：≤0.2m/s；
3.测向灵敏度：0.2°，信息更新频率10Hz、20Hz可调；
4.1PPS输出：100Ω阻抗，正极性；准时点为信号前沿；脉宽100ms，上升沿时间≤20ns，抖动≤50ns，输出条件为同步卫星前不发出信号，同步后卫星丢失保持输出，机箱内部为MLVDS电平，后插板为RS422电平；
5.TOD输出：机箱内部为MLVDS电平，背板为422电平，100Ω阻抗；
6.B码输入输出：授时精度≤1us，接口符合GJB2291A-2008标准，锁定外参考B码时间≤5s，机箱内部背板输出为MLVDS电平，后插板输入输出为422电平；
7.NTP授时指标：授时精度优于100us，NTP带载1000次/秒，接口为外网口和背板接口；
8.PTP授时指标：授时精度优于100ns，经过2级交换（不支持1588协议的交换机）授时精度优于100us，接口支持外网口及E1接口，PTP带载为100个以上客户端@8条消息/每秒；
9.守时精度：驯服120分钟，72小时25us；
10.北斗短消息通信成功率大于90%，极化方式：S为右旋圆极化 L为左旋圆极化。
Claims (7)
1.一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，包括前插板和后插板，所述前插板和后插板通过背板进行信号转换传输，所述前插板通过RS232和LAN与前面板进行信号传输；其特征在于：所述前插板包括嵌入式处理器和FPGA，所述FPGA通过铷钟提供时钟信号；所述嵌入式处理器与FPGA进行双向信号传输；所述后插板包括高精度卫星导航授时测向模块、通信模块、时钟隔离低噪放大器以及E1接口波形转换接口，所述高精度卫星导航授时测向模块通过背板输出1PPS和导航电文给前插板FPGA，北斗短报文模块通过背板与前插处理器进行交互，所述通信模块用于背板和后面板之间的双向信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，其特征在于:所述前面板将信息通过RS232接口和LAN接口输入给嵌入式处理器，所述嵌入式处理器通过IPMB协议和SNMP协议以及短报文通信与背板双向通信；所述E1接口波形转换接口将后插板E1信号进行信号转换并传送给FPGA的PTP模块；所述北斗短报文模块接收北斗短报文信息并送到嵌入式处理器进行解析处理，且通过天线实现短报文信息发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，其特征在于:所述通信模块包括两路RS422、网口以及光接口；所述一路RS422用来将1PPS+TDD信息从背板至后面板单向信号传输，另一路RS422用来进行B码于背板与后面板之间的双向传输；所述网口用来进行NTP/PTP报文于背板与后面板之间的双向传输；所述光接口将经由FPGA协议转换后的1PPS+TOD通过光纤授时。
4.根据权利要求1所述的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，其特征在于:所述FPGA包括导航电文解析模块、B码调制解调模块、时间源选择模块、NTP模块、PTP模块以及时钟驯服守时模块，所述时钟驯服守时模块与铷钟1PPS频率双向通信，所述铷钟时钟信号频率为10MHZ；所述B码编码模块接收并解析外部输入的B码，将得到的1PPS+TOD送至时间源选择模块，并根据时钟驯服守时模块信息所生成的B码输出至后插板内的通信模块接口；所述NTP模块根据时钟驯服守时模块的1PPS+TOD生成NTP协议报文送至后插板的网口；所述PTP模块接收外部PTP主时钟报文并解析得到1PPS+TOD信息，将其送至时间源选择模块，同时根据守时模块的1PPS+TOD信息生成PTP协议报文输出至后插板网口，所述时钟驯服守时模块输出的10MHZ信号。
5.根据权利要求2所述的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，其特征在于:所述嵌入式处理器与FPGA之间采用EMI总线进行双向信号传输，所述IPMB协议利用嵌入式处理器的两路I2C总线模拟实现。
6.根据权利要求4所述的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，其特征在于:所述时间源选择模块可设置手动/自动时频输入源功能，所述自动设置按照BDS/GPS、B码、PTP以太网、PTPE1接口、内部频率源以及外部频率源的优先顺序。
7.根据权利要求4所述的一种基于标准6U-VPX的多功能通用授时系统，其特征在于:所述时钟驯服守时模块根据时间源选择模块的1PPS+TOD，对1PPS进行卡尔漫滤波后与高稳铷钟输出的1PPS进行鉴相，将得到的相位差结合PID控制对铷钟进行驯服。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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