CN210428114U - 多系统时间源冗余定时设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多系统时间源冗余定时设备，包括若干外部时间源接收模块、铷钟模块、主控模块、NTP/PTP模块和B码产生模块，外部时间源接收模块分别接收外部时间源信号送往主控模块；主控模块根据设定的优先级或用户操作选择一种外部时间源作为参考时间源，产生本地标准时间信息和1PPS信号发送给B码产生模块和NTP/PTP分模块；B码产生模块、NTP/PTP模块分别对外提供IRIG‑B码授时、NTP网络授时和PTP网络授时；主控模块驯服铷钟，对外提供串口授时服务。本实用新型能够同时接收多种授时信号，当多个时间源有效时，根据设定的优先级选择精度最高的时间源作为本地时间；当外部时间源无效时，采用内置铷原子钟进行守时。

Description

多系统时间源冗余定时设备

技术领域

本发明属于多系统、高可靠性、高精度授时领域，具体涉及一种定时设备。

背景技术

人们对高精度时间和频率的需求随着科学技术的进步而不断发展，我国GNSS卫星导航系统以“北斗”投入运营服务为标志，已经形成规模体系。虽然卫星授时是目前精度最高、应用最广的一种授时技术，但随着国际和我国周边大环境的不断变化，单一时间源的时间同步设备其抗干扰性能、稳定性和可靠性并不高。

目前，有许多测量和分配授时方法都不依赖于卫星导航系统，如通过电离层传播的长波授时、短波授时、低频时码授时等授时方法。虽然这些授时技术精度不如卫星授时技术，但电离层稳定可靠，不易被摧毁，可以很好的弥补卫星授时易受干扰、易被摧毁的缺点，能够有效解决单一卫星系统授时可靠性低的问题。目前的大部分多时钟源产品或设备，主要是以GPS、BDS、Galileo卫星系统互为备份的多系统定时设备，或是以GNSS与IRIG-B编码为时钟源的定时终端，缺少同时接收GNSS卫星信号、长波信号、短波信号、低频时码信号等多种授时信号的集成设备。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多系统时间源冗余定时设备，支持卫星共视、GNSS、长波BPL、短波BPM、低频时码BPC以及IRIG-B码六种时间源的输入，并选择一种时钟源做为整个设备的标准源，同时对外实现IRIG-B码授时、串口授时、NTP网络授时和PTP网络授时功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多系统时间源冗余定时设备，包括若干外部时间源接收模块、铷钟模块、主控模块、NTP/PTP模块和B码产生模块。

所述的主控模块连接所述的外部时间源接收模块、铷钟模块、NTP/PTP模块和B码产生模块；所述的外部时间源接收模块分别接收外部时间源信号送往主控模块；所述的主控模块根据设定的优先级或用户操作选择一种外部时间源作为参考时间源，产生本地标准时间信息和1PPS信号发送给B码产生模块和NTP/PTP分模块；B码产生模块、NTP/PTP模块分别对外提供IRIG-B码授时、NTP网络授时和PTP网络授时；主控模块驯服铷钟，对外提供串口授时服务。

所述的外部时间源接收模块包括GNSS接收模块、共视接收模块、长短波接收模块、低频时码接收模块和B码解调模块。

本发明还包括触摸显示模块，主控模块将外部时间源接收模块、铷钟模块、NTP/PTP模块和B码产生模块的工作状态向触摸显示模块发送，并通过状态指示灯进行显示；主控模块同时接收来自触摸显示模块的配置信息和操作信息，对相应模块进行配置并执行相应操作。

所述的优先级由高到低依次设定为卫星共视、GNSS信号、IRIG-B码、长波BPL信号、短波BPM信号、低频时码BPC信号。

所述的GNSS接收模块和共视接收模块分别使用射频功分模块提供的一路射频信号，解调产生时间信息和1PPS时间信号送往主控模块。

本发明的有益效果是：能够同时接收BDS/GPS、BPL、BPM、BPC以及IRIG-B多种授时信号，具备定时和守时两种功能：当多个时间源有效时，可根据设定的优先级选择精度最高的时间源作为本地时间；当外部时间源无效时，采用内置铷原子钟进行守时。

所述多系统时间源冗余定时设备时间源的优先级设定：定时精度小于十纳秒的卫星共视作为一级时间源，定时精度小于百纳秒的GNSS信号作为二级时间源，以定时精度在微秒量级的IRIG-B码作为三级时间源，以定时精度在微秒量级的长波BPL信号作为四级时间源，以定时精度在毫秒量级的短波BPM信号作为五级时间源，以低频时码BPC信号定时精度小于10ms作为六级时间源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括GNSS接收模块、共视接收模块、长短波接收模块、低频时码接收模块、B码解调模块、铷钟模块、主控模块、NTP/PTP模块、B码产生模块、触摸显示模块和射频功分模块。本发明的主控模块作为多系统时间源冗余定时设备的控制核心，与所有内部模块和外部时间源产生交互，并对各模块进行调度和时序分配，其技术方案实现如下：

1)通过GNSS接收模块、共视接收模块、长短波接收模块、低频时码接收模块、B码解调模块分别接收和解调BDS/GPS卫星信号、长波BPL信号、短波BPM信号、低频时码BPC信号和IRIG-B码信号，并将解调产生的时间信息和1PPS信号送往主控模块；

2)主控模块根据设定的优先级或用户操作选择一种时间源作为装置的参考时间源，对时间源的有效标志位进行判定，对有效标志位为1的时间源信息进行格式转换，产生本地标准时间信息和1PPS信号发送给B码产生模块、NTP/PTP分模块。B码产生模块、NTP/PTP模块分别对外提供IRIG-B码授时、NTP网络授时和PTP网络授时服务；

4)主控模块监测内部各模块的工作状态，实时向触摸显示模块发送，并通过状态指示灯进行显示；主控模块同时接收来自触摸显示模块的配置信息和操作信息，分拣后对相应模块进行配置并执行相应操作；

5)主控模块根据配置指令和铷钟锁定源工作状况实时驯服铷钟，并通过串口授时接口对外提供串口授时服务。

参见图1，本发明的实施例由时间源模块1、时间源模块2、时间源模块3、时间源模块4、时间源模块5、铷钟模块6、主控模块7、NTP/PTP模块8、B码产生模块9、触摸显示模块10和射频功分模块11连接构成。

时间源模块1为卫星共视接收模块，与主控模块7和射频功分模块11相连接，接收来自射频功分模块11的一路射频信号，解调并产生共视时间信息和1PPS时间信号送往主控模块7。时间源模块1支持GPS和北斗共视、支持卫星共视标准数据格式GGTTS、定时精度(1σ)优于5ns，作为一级时间源为设备提供时钟参考。

时间源模块2为GNSS接收模块，与主控模块7和射频功分模块11相连接，接收来自射频功分模块11的另一路射频信号，解调并产生GNSS时间信息和1PPS时间信号送往主控模块7。时间源模块2跟踪灵敏度-165dBm，支持GPS的L1、L2频点和北斗B1、B2频点卫星信号的接收，并实时向主控模块发送时间信息和1PPS信号。时间源模块2输出的1PPS信号定时精度(1σ)优于30ns，作为二级时间源为设备提供时钟参考。

时间源模块3为B码解调模块，与主控模块7相连接，接收并解调输入的IRIG-B码TTL信号、V.11信号和直流码信号，监测三种信号的有效性并将监测结果、时间信息和1PPS信号送往主控模块7。时间源模块3输出的TTL信号同步精度优于100ns；V.11信号同步精度优于100ns；直流码时延标定分辨率10ns，时延标定范围-100ms～100ms，时延标定后与时间源同步精度优于100ns。时间源模块3作为三级时间源为设备提供时钟参考。

时间源模块4为长短波接收模块，与主控模块7相连接，接收国家授时中心发播的BPL长波信号和BPM短波信号，解调并产生BPL、BPM时间信息和1PPS时间信号送往主控模块7。在BPL定时模式下，定时精度优于(1σ)10μs，时间源模块4作为四级时间源为设备提供时钟参考；在BPM定时模式下，定时精度优于(1σ)5ms，时间源模块4作为五级时间源为设备提供时钟参考。

时间源模块5为低频时码接收模块，与主控模块7相连接，接收国家授时中心商丘台发播的68.5KHz的BPC授时信号，解调并产生BPC时间信息和1PPS时间信号送往主控模块7。时间源模块5的定时精度优于(1σ)10ms，作为六级时间源为设备提供时钟参考。时间源模块1～5按照优先级顺序从高到底的顺序排列，时间源模块1的优先级最高，时间源模块5的优先级最低。

铷钟模块6与主控模块7相连接，铷钟模块采用超低相位噪声的PRS10铷原子振荡器作为频率基准。铷钟模块6通过RS232串行接口与主控模块相连接，接收主控模块发送的驯服控制指令，驯服控制指令波特率为9600bps，数据位8比特，无校验，停止位1比特；铷钟模块6工作稳定后，输出一个锁定指示信号到主控模块；同时，主控模块7输出一个1PPS信号对铷钟模块进行锁相驯服。只有在一级、二级时间源有效的情况下，主控模块7才将1PPS信号和驯服信息输出至铷钟模块。

主控模块7作为多系统时间源冗余定时设备的控制核心，与时间源模块1～5、铷钟模块6、NTP/PTP模块8、B码产生模块9和触摸显示模块10相连接。主控模块7接收时间源模块1～5发送的时间信息和信号，对时间信息的有效标志位进行判定，选择有效标志位为1且优先级最高的一种时间源作为本地时间参考，并对选定的时间源信息进行解码和信息格式转换，对外提供串口授时服务。串口授时服务参数设置为9600bps，数据为8比特，无校验，停止位1比特。同时，用户也可通过触摸显示模块10发送设置信息至主控模块7，设置本地时间参考。

主控模块7对选定的时间源模块发送的时间信息和信号进行处理和恢复，根据设定的优先级或根据用户操作选择一种时间源作为时间参考，产生本地标准时间信息和信号，并将本地时间信息和信号分发至NTP/PTP模块和B码产生模块。主控模块7监测与之相连的各模块的工作状态，并将各模块状态信息通过串行接口发送至触摸显示模块10。主控模块7接收来自触摸显示模块10的配置信息，对信息进行分拣并执行相应操作。主控模块7通过RS232串行接口向铷钟模块6发送控制指令，实时驯服铷钟。

NTP/PTP模块8与主控模块7相连接，以主控模块输出的本地时间源和1PPS信号作为同步参考，支持标准的NTP和SNTP网络对时协议，支持IEEE1588-2008(PTPv2)协议，支持UDP/IPv4帧格式和多播消息的分布式网络。在NTP授时模式下，同步精度小于10ms，响应次数大于一千次；在PTP授时模式下，采用延时请求应答机制。设计采用专用的硬件时间戳芯片及两步同步报文操作方式，背靠背直连模式同步精度小于50ns，经过50％流量一级交换机同步精度小于1us。

B码产生模块9与主控模块7相连接，接收主控模块7输出的本地时间源和1PPS信号，产生并输出IRIG-B(DC)码TTL、IRIG-B(DC)码V.11和IRIG-B(AC)码信号。输出的时间码格式兼容GJB2991A-2009《B时间码接口终端规范》、《IRIG STANDARD 200-04》和《IEEE StdC37.118.1》标准，包含UTC时间信息和闰秒信息。输出的IRIG-B(AC)码信号的调制比和峰峰值可调，并对用户开放IRIG-B(AC)码信号时延标定量接口，用户可通过触摸显示模块10输入标定值，向前或向后调整IRIG-B(AC)码信号。输出的IRIG-B(DC)码TTL信号与时间源同步精度优于100ns；IRIG-B(DC)码V.11信号与时间源同步精度优于100ns；IRIG-B(AC)码时延标定分辨率10ns，时延标定范围-49us至49us，时延标定后与时间源同步精度优于500ns。

触摸显示模块10与主控模块7相连接，能够实时显示源状态(铷钟锁定源、参考频率源、时间源)、时区状态、时间信息、状态信息、模块工作状态和模块配置、模块时间有效状态和工作模式配置参数信息，同时用户可通过触摸显示模块10中加载的人机交互界面实现对多系统时间源冗余定时设备的时间信息、时区、时间源和工作模式的设置。触摸显示模块主要由4.3英寸多点触摸电容TFT触摸显示屏和ARM芯片STM32F746构成，像素为480×272。

射频功分模块11与GNSS接收模块1和共视接收模块2相连接，接收外部输入的GNSS射频信号，对信号进行滤波、放大后分为完全相同的两路信号分别送往GNSS接收模块1和共视接收模块2。射频功分模块11增益1.5dB，输入输出驻波≤1.5，输出端口隔离度优于20dB。

Claims (5)

1.一种多系统时间源冗余定时设备，包括若干外部时间源接收模块、铷钟模块、主控模块、NTP/PTP模块和B码产生模块，其特征在于：所述的主控模块连接所述的外部时间源接收模块、铷钟模块、NTP/PTP模块和B码产生模块；所述的外部时间源接收模块分别接收外部时间源信号送往主控模块；所述的主控模块根据设定的优先级或用户操作选择一种外部时间源作为参考时间源，产生本地标准时间信息和1PPS信号发送给B码产生模块和NTP/PTP分模块；B码产生模块、NTP/PTP模块分别对外提供IRIG-B码授时、NTP网络授时和PTP网络授时；主控模块驯服铷钟，对外提供串口授时服务。

2.根据权利要求1所述的多系统时间源冗余定时设备，其特征在于：所述的外部时间源接收模块包括GNSS接收模块、共视接收模块、长短波接收模块、低频时码接收模块和B码解调模块。

3.根据权利要求2所述的多系统时间源冗余定时设备，其特征在于：所述的GNSS接收模块和共视接收模块分别使用射频功分模块提供的一路射频信号，解调产生时间信息和1PPS时间信号送往主控模块。

4.根据权利要求1所述的多系统时间源冗余定时设备，其特征在于：还包括触摸显示模块，主控模块将外部时间源接收模块、铷钟模块、NTP/PTP模块和B码产生模块的工作状态向触摸显示模块发送，并通过状态指示灯进行显示；主控模块同时接收来自触摸显示模块的配置信息和操作信息，对相应模块进行配置并执行相应操作。

5.根据权利要求1所述的多系统时间源冗余定时设备，其特征在于：所述的优先级由高到低依次设定为卫星共视、GNSS信号、IRIG-B码、长波BPL信号、短波BPM信号、低频时码BPC信号。

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