CN115932910A - 一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置和方法，其特征在于：包括：电路板，在电路板上布设有北斗集成模块、FPGA模块、单片机、多个电平转换电路模块、电平驱动电路模块和DC/DC电源转换电路模块。本发明能够实现双模式北斗授时及分发。
Description
技术领域
本发明属于双模式北斗授时及分发技术领域，涉及一种双模式北斗授时及分发装置和方法，尤其是一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置和方法。
背景技术
随着我国北斗三号卫星导航系统的建成，卫星定位导航授时技术已从满足军事、政治需要，发展到广泛服务于国民经济和社会生活的各个领域。总体来看，北斗卫星导航系统的部署虽然起步较晚，但其发展非常迅速。北斗卫星导航系统不仅可以提供其他卫星导航系统所有类型的开放式无源服务，而且还可以提供需授权的短报文服务和双向有源定位导航/授时服务；而双向有源定位导航/授时服务可以获得更高精度的定位/授时性能；有源定位导航精度可达10m，有源授时精度可达20ns。北斗卫星导航系统是我国自行开发和部署而不受其他任何国家制约的独立自主的卫星导航系统，除性能外，应用安全性也是其一大优势。
但是在当前的通信领域中，北斗授时虽然已在频率同步网、时间同步网以及无线通信网中取得了一些应用，但是与传统的GPS授时相比，北斗授时所占份额还非常小，其在通信领域的推广应用还具有巨大的前景和发展。
在当前国产化背景下，无论在系统级还是模块级，对于自主可控能力都提出了更高的要求。当前国内对于全国产化平台下的北斗授时及分发技术仍处在起步阶段，无法满足愈加丰富及定制化的应用需求。
因此，本发明提出一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置及方法，将为国产化北斗授时领域的发展提供更为强大的支持，同时也符合未来相关技术发展的大趋势。经检索，未发现与本发明相同或相似的已公开的专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置和方法，能够实现双模式北斗授时及分发。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，包括：电路板，在电路板上布设有北斗集成模块、FPGA模块、单片机、多个电平转换电路模块、电平驱动电路模块和DC/DC电源转换电路模块；
所述FPGA模块的输入端与单片机相连接，用于实现时码信息、星历信息及秒脉冲信号的输入输出通道选择及分发，并根据收到的单片机发出的信号进行自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换的功能的控制和实现；
所述单片机用于实现对外部指令的协议解析，并依据协议对FPGA模块发送控制信号，以协助FPGA实现协议要求的控制功能；
所述电路板为6UCPCI结构，所述时码信息、星历信息和秒脉冲信号均通过CPCI连接器及其对应的电平转换电路模块进行输入和输出；所述外部指令依次通过CPCI连接器和对应的电平转换电路模块输入单片机，并经单片机解析后再输入至FPGA模块；
所述北斗集成模块的输出端通过对应的电平转换电路模块与FPGA模块相连接，用于采集北斗三号及GPS卫星参数，并下发时码信息、星历信息及秒脉冲信号。
而且，所述电平转换电路模块包括TTL电平转换422串口电平电路或/和TTL电平转换232串口电平电路；
而且，所述电平驱动电路的输入端与FPGA模块相连接，其输出端与CPCI连接器相连接，用于将FPGA模块输出电能脉冲幅值转换为28VIO电平后输出至CPCI连接器；
而且，所述DC/DC电源转换电路模块的输入端通过CPCI连接器与外部电源相连接，用于接收外部输入的5V电压，并将其转换为3.3V及1.8V电压用于电路中各芯片供电。
一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发方法，包括以下步骤：
步骤1、通过单片机对外部指令进行解析，确定当前采用单板自授时模式或外部主机授时模式中的一种模式进行后续处理；
步骤2、若采用单板自授时模式，则由板载的国产北斗集成模块提供时码信息、星历信息及秒脉冲信号，并经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后输入至FPGA中进行处理，输出一路时码信息或星历信息，以及一路秒脉冲，经电平转换电路后输出至CPCI连接器，同时还另外输出18路秒脉冲，经电平驱动电路转换为28V的脉冲幅值后输出至CPCI连接器；
若采用外部主机授时模式，则由外部主机通过422电平串口分别提供时码信息、星历信息及秒脉冲信号，并经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后输入至FPGA中进行处理，输出一路时码信息或星历信息，以及一路秒脉冲，经电平转换电路后输出至CPCI连接器，同时还另外输出18路秒脉冲，经电平驱动电路转换为28V的脉冲幅值后输出至CPCI连接器。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明提出一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，其可实现在国产化平台下获取最多18颗北斗三号及GPS卫星参数并下发时码信息、星历信息及秒脉冲信号的功能，可支持单板自授时及外部主机授时两种模式，并根据不同需求进行切换使用，同时可将秒脉冲信号分发18路进行输出以实现多设备的时统功能。此外，该方法还支持外部指令控制，可通过识别外部输入的指令进行自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换等可定制功能。
2、本发明采用FPGA及单片机进行异构处理，极大地增强了外部控制的灵活性及可扩展性，可根据具体需求对外部指令集进行扩展，以实现更多定制化功能需求，同时有效提高了系统的稳定性；且本发明采用全国产化厂家器件设计，满足未来自主可控的发展趋势。
附图说明
图1是本发明的基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，包括：电路板，在电路板上布设有北斗集成模块、FPGA模块、单片机、多个电平转换电路模块、电平驱动电路模块和DC/DC电源转换电路模块；
所述FPGA模块的输入端与单片机相连接，用于实现时码信息、星历信息及秒脉冲信号的输入输出通道选择及分发，并根据收到的单片机发出的信号进行自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换等多种功能的控制和实现；
所述单片机用于实现对外部指令的协议解析，并依据协议对FPGA模块发送控制信号，以协助FPGA实现协议要求的控制功能；
所述电路板为6UCPCI结构，所述时码信息、星历信息和秒脉冲信号均通过CPCI连接器及其对应的电平转换电路模块进行输入和输出；所述外部指令依次通过CPCI连接器和对应的电平转换电路模块输入单片机，并经单片机解析后再输入至FPGA模块；
所述北斗集成模块的输出端通过对应的电平转换电路模块与FPGA模块相连接，用于采集北斗三号及GPS卫星参数，并下发时码信息、星历信息及秒脉冲信号；
所述电平转换电路模块包括TTL电平转换422串口电平电路或/和TTL电平转换232串口电平电路；
所述电平驱动电路的输入端与FPGA模块相连接，其输出端与CPCI连接器相连接，用于将FPGA模块输出电能脉冲幅值转换为28VIO电平后输出至CPCI连接器；
所述DC/DC电源转换电路模块的输入端通过CPCI连接器与外部电源相连接，用于接收外部输入的5V电压，并将其转换为3.3V及1.8V电压用于电路中各芯片供电。
下面对本发明的各模块的组成和功能作进一步说明：
在本实施例中，所述基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置包括一块电路板、一套FPGA程序及一套单片机程序。
其中电路板以一个国产北斗集成模块、一个国产FPGA芯片以及一个国产单片机芯片为核心，同时搭配信号电平转换电路、电平驱动电路以及DC/DC电源转换电路组成，实现双模式北斗授时及分发；
FPGA程序主要实现时码信息、星历信息及秒脉冲信号的输入输出通道选择及分发，并根据收到的单片机信号进行自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换等多种功能的控制和实现；单片机程序主要实现对外部指令的协议解析，并依据协议对FPGA发送控制信号，以协助FPGA实现协议要求的控制功能。
在本实施例中，所述电路板为6UCPCI结构，所述时码信息、星历信息、秒脉冲信号以及外部指令均通过CPCI连接器进行输入和输出；
在本实施例中，所述国产北斗集成模块为自研模块，用于采集北斗三号及GPS卫星参数，并下发时码信息、星历信息及秒脉冲信号；模块支持北斗B1A、B3A、B3AE、B1C、B1I、B3I，具有单频及多系统联合定位功能，支持抗窄带干扰能力和高动态应用，可提供可用性、完好性更高的高精度位置、速度、时间等信息，具有高精度1PPS授时功能，支持多路串口输出时码信息。该模块主要由射频单元、基带信号信息处理单元及接口单元等三部分组成。卫星下行的RNSS信号和S频点信号经空间损耗至多频天线，由天线低噪声放大器放大后通过射频端口进入射频单元，经多工器分为B2B3频点、B1频点。信号经功分器分别滤波后进入集成芯片完成对B1、B2、B3滤波和中频放大处理后输出模拟中频；除此之外，射频单元产生系统所需的80MHz采样时钟。基带信号信息处理单元通过AD变换器采样中频模拟信号生成数字信号，然后在定位解算芯片中进行信号的搜索、捕获、解调等，完成RNSS导航定位和授时解算。接口单元由电源及接口电路组成，为各电路模块供电并实现接口转换功能。
在本实施例中，所述FPGA芯片为深圳市国微电子股份有限公司的国产SMQ4VLX25系列芯片；
在本实施例中，所述国产单片机为北京兆易创新科技有限公司的GD32F103系列芯片；
在本实施例中，所述电平转换电路包括TTL电平转换422串口电平电路以及TTL电平转换232串口电平电路；用于实现不同电平接口之间的通信。其中使用的232转换芯片为深圳国微的SM3232型芯片，该芯片用于将TTL电平转换232串口电平，最大传输速率为120kbps；使用的422转换芯片为深圳国微的SM490型芯片，该芯片用于将TTL电平转换422串口电平，最大传输速率为2.5Mbps。
在本实施例中，所述电平驱动电路包括两个NPN型三极管；秒脉冲信号输入至三极管1的基极，三极管1的发射极接地，三极管1的集电极接三极管2的基极，三极管2的发射极接地，三极管2的集电极接28V电平并输出，当秒脉冲为高电平及低电平时，三极管2分别为导通及截止状态，由此将输出脉冲幅值转换为28VIO电平进行输出。
在本实施例中，外部指令采用422串口电平及协议进行输入；
在本实施例中，外部主机授时采用422串口电平及协议进行输入；
在本实施例中，FPGA程序包括时码信息转发，星历信息转发，秒脉冲多路分发，以及单片机解析后的控制指令接收及响应等功能。FPGA接收国产北斗集成模块或外部主机发送的TTL电平串口时码信息、TTL电平串口星历信息及秒脉冲信号，经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后，将时码信息及星历信息复用同一个422电平串口输出至CPCI连接器上；将秒脉冲信号转发为19路，其中1路通过422电平串口输出至CPCI连接器上，另外18路输出至电平驱动电路进行处理。同时，FPGA经单片机解析后的控制指令处理后，可实现单板自授时及外部主机授时模式的切换。
在本实施例中，单片机程序包括接收外部指令，对指令进行协议解析，将解析后的控制指令发送给FPGA等功能。单片机调用串口处理单元接收通过422电平串口输入的外部指令，对其报文有效数据位进行解析，并将其转换为IO信号输出至FPGA，使FPGA仅需通过IO电平高低即可实现对应功能的控制。同时，单片机还分别对报文的帧头、帧尾、帧长及CRC校验位进行识别，可有效避免耦合进来的无效信号的串扰，提高了系统的稳定性。
本发明的工作过程和工作原理是：
工作时，首先通过单片机对外部指令进行解析，确定当前采用单板自授时及外部主机授时中的一种模式进行后续处理。
若采用单板自授时模式，则由板载的国产北斗集成模块提供时码信息、星历信息及秒脉冲信号，并经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后输入至FPGA中进行处理，输出一路时码信息或星历信息，以及一路秒脉冲，经电平转换电路后输出至CPCI连接器，同时还另外输出18路秒脉冲，经电平驱动电路转换为28V的脉冲幅值后输出至CPCI连接器。其中，FPGA通过接收单片机解析后的控制指令，可实现自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换等多种功能。
若采用外部主机授时模式，则由外部主机通过422电平串口分别提供时码信息、星历信息及秒脉冲信号，并经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后输入至FPGA中进行处理，输出一路时码信息或星历信息，以及一路秒脉冲，经电平转换电路后输出至CPCI连接器，同时还另外输出18路秒脉冲，经电平驱动电路转换为28V的脉冲幅值后输出至CPCI连接器。其中，FPGA通过接收单片机解析后的控制指令，可实现自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换等多种功能。
综上所述，本发明提出了一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发的方法，其可实现在国产化平台下获取最多18颗北斗三号及GPS卫星参数并下发时码信息、星历信息及秒脉冲信号的功能，可支持单板自授时及外部主机授时两种模式，并根据不同需求进行切换使用，同时可将秒脉冲信号分发18路进行输出以实现多设备的时统功能。此外，该方法还支持外部指令控制，可通过识别外部输入的指令进行自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换等可定制功能。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
Claims (5)
1.一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，其特征在于：包括：电路板，在电路板上布设有北斗集成模块、FPGA模块、单片机、多个电平转换电路模块、电平驱动电路模块和DC/DC电源转换电路模块；
所述FPGA模块的输入端与单片机相连接，用于实现时码信息、星历信息及秒脉冲信号的输入输出通道选择及分发，并根据收到的单片机发出的信号进行自检、开启及关闭时码输出、开启及关闭秒脉冲输出、星历查询以及单板自授时及外部主机授时模式切换的功能的控制和实现；
所述单片机用于实现对外部指令的协议解析，并依据协议对FPGA模块发送控制信号，以协助FPGA实现协议要求的控制功能；
所述电路板为6UCPCI结构，所述时码信息、星历信息和秒脉冲信号均通过CPCI连接器及其对应的电平转换电路模块进行输入和输出；所述外部指令依次通过CPCI连接器和对应的电平转换电路模块输入单片机，并经单片机解析后再输入至FPGA模块；
所述北斗集成模块的输出端通过对应的电平转换电路模块与FPGA模块相连接，用于采集北斗三号及GPS卫星参数，并下发时码信息、星历信息及秒脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，其特征在于：所述电平转换电路模块包括TTL电平转换422串口电平电路或/和TTL电平转换232串口电平电路。
3.根据权利要求1所述的一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，其特征在于：所述电平驱动电路的输入端与FPGA模块相连接，其输出端与CPCI连接器相连接，用于将FPGA模块输出电能脉冲幅值转换为28VIO电平后输出至CPCI连接器。
4.根据权利要求1所述的一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发装置，其特征在于：所述DC/DC电源转换电路模块的输入端通过CPCI连接器与外部电源相连接，用于接收外部输入的5V电压，并将其转换为3.3V及1.8V电压用于电路中各芯片供电。
5.一种基于国产化平台的双模式北斗授时及分发方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、通过单片机对外部指令进行解析，确定当前采用单板自授时模式或外部主机授时模式中的一种模式进行后续处理；
步骤2、若采用单板自授时模式，则由板载的国产北斗集成模块提供时码信息、星历信息及秒脉冲信号，并经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后输入至FPGA中进行处理，输出一路时码信息或星历信息，以及一路秒脉冲，经电平转换电路后输出至CPCI连接器，同时还另外输出18路秒脉冲，经电平驱动电路转换为28V的脉冲幅值后输出至CPCI连接器；
若采用外部主机授时模式，则由外部主机通过422电平串口分别提供时码信息、星历信息及秒脉冲信号，并经过电平转换及单片机解析后的控制指令处理后输入至FPGA中进行处理，输出一路时码信息或星历信息，以及一路秒脉冲，经电平转换电路后输出至CPCI连接器，同时还另外输出18路秒脉冲，经电平驱动电路转换为28V的脉冲幅值后输出至CPCI连接器。
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| CN (1) | CN115932910A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117233804A (zh) * | 2023-11-13 | 2023-12-15 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统 |
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2022
- 2022-12-07 CN CN202211566827.XA patent/CN115932910A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117233804A (zh) * | 2023-11-13 | 2023-12-15 | 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 | 基于空间时域峰平比的脉冲干扰检测识别方法及系统 |
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