CN212181272U

CN212181272U - 应用于航空多目标遥测地面站的授时装置

Info

Publication number: CN212181272U
Application number: CN202021339185.6U
Authority: CN
Inventors: 操飞
Original assignee: CHENGDU FOURIER ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: CHENGDU FOURIER ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2030-07-09

Abstract

应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，包括：时频控制器、支持IEEE1588的以太网交换机。时频控制器连接卫星定位接收机，卫星定位接收机用于根据GPS/北斗产生时码信号，时频控制器根据时码信号以及通过串口获取的外部时统信号产生主时钟；以太网交换机具有IEEE1588边界时钟功能，提供多个从时钟端口；天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统分别连接一个从时钟端口，以通过以太网交换机接收主时钟的时间信息对本地时钟进行频率及相位进行校准。降低多目标遥测系统的授时连接复杂度，增加授时同步的精度，使用以太网通信网络来完成授时操作，能够解决传统的采用IRIG‑B码授时方式带来的问题。

Description

应用于航空多目标遥测地面站的授时装置

技术领域

本实用新型属于通信领域，涉及遥测技术，尤其与一种应用于航空多目标遥测地面站的授时装置结构相关。

背景技术

现代飞机和航空武器新技术应用多，功能齐全，综合程度高，飞行试验的难度越来越大，风险越来越高。为保障试飞质量和试飞安全，降低试飞成本，确保数据的可信度，缩短试飞周期，实时遥测数据处理系统必不可少。

目前遥测系统使用的授时技术多为IRIG-B码授时系统。

IRIG时间标准有两大类：一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，其应用并不广泛。另一类是串行时间码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H，它们的主要差别是时间码的帧速率不同，IRIG-B即为其中的B型码。B型码的时帧速率为1帧/s；可传递100位的信息。作为应用广泛的时间码，B型码具有以下主要特点：携带信息量大，经译码后可获得1、10、100、1000 c/s的脉冲信号和BCD编码的时间信息及控制功能信息；高分辨率；调制后的B码带宽，适用于远距离传输；分直流、交流两种；具有接口标准化，国际通用等特点。

IRIG-B（DC）码多采用RS485总线进行传输，由于其精度较AC码更高，使用更为广泛。AC码的同步精度一般为10~20us，DC码的同步精度一般可达几十ns量级。但是由于采用RS485总线连接的授时系统，主时钟需要输出很多路的RS485总线接口，每个接口连接到对应的分系统授时接口上，这样分系统的连线会非常的多，且由于RS485总线的线长受限，易受干扰，可靠性较差。

多目标遥测地面站具备的特点是需授时的解调设备个数多，一般数个到数十个之间。采用IRIG-B码授时方式会随着多目标遥测系统中的设备数量的增加而大幅增加连接的电缆，特别是采用IRIG-DC码的授时方式，必须采用点对点的传输方式，需要为每个用时设备单独牵引一根授时电缆，系统中的电缆连接关系复杂。

实用新型内容

本实用新型针对上述相关现有技术的不足与缺陷，结合多目标遥测的授时要求，提供一种应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，降低多目标遥测系统的授时连接复杂度，增加授时同步的精度，使用以太网通信网络来完成授时操作，能够解决传统的采用IRIG-B码授时方式带来的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术：

应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，包括：

时频控制器；以及

与时频控制器连接的支持IEEE1588的以太网交换机；

其中：

以太网交换机分别连接多目标遥测地面站的天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统；

时频控制器连接卫星定位接收机，卫星定位接收机用于根据GPS/北斗产生时码信号，时频控制器用于根据时码信号以及通过串口获取的外部时统信号产生主时钟；

以太网交换机，其具有IEEE1588边界时钟功能，提供多个从时钟端口；

天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统分别连接一个从时钟端口，以通过以太网交换机接收主时钟的时间信息对本地时钟进行频率及相位进行校准。

进一步，时频控制器，包括：

一IEEE1588时间服务器PTP，连接卫星定位接收机，用于根据时码信号以及通过串口获取的外部时统信号产生主时钟；

一时钟源，连接IEEE1588时间服务器PTP，用于提供内部时钟源以完成时钟运转；以及

一PHY芯片，连接连接IEEE1588时间服务器PTP，用于根据主时钟向以太网交换机输出PTP包时间。

IEEE1588时间服务器PTP，用于向以太网交换机发出1pps秒脉冲。

进一步，天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统分别设有从时钟单元，从时钟单元，包括；

一PHY芯片，用于从以太网交换机接收PTP包时间；

一FPGA，与该PHY芯片连接，用于解析从该PHY芯片接收并输出的PTP包时间，通过计算主从时钟发送的延时，确定主从时钟间的频率偏差以及相位偏差，以使天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统进行调整时钟完成时间同步。

进一步，解调分系统，包括多个解调设备/板卡，各解调设备/板卡分别连接以太网交换机。

进一步，天馈分系统，作为无线电信号分系统，用于接收、合成目标发送的信号，并将处理后的信号发送给采集分系统。

进一步，采集分系统，用于接收天馈分系统发送过来的模拟信号，并通过直接射频ADC单元完成模拟信号的数字下变频、通过FPGA芯片完成数字信号预处理、通道AGC自动调整以及进行数字波束合成，并将处理后的信号发送给解调分系统。

进一步，解调分系统，用于将采集分系统发送过来的零中频信号通过频率跟踪、解码、位帧同步后输出码流数据到监控分系统。

进一步，解调分系统，用于在输出的码流数据帧前，实时获取IEEE1588从时钟同步的时间并写入到码流数据帧中再输出。

进一步，监控分系统，用于完成解调的码流数据接收、处理、并显示。

本实用新型有益效果在于：

1、可以解决多目标遥测地面站需要授时的解调设备/板卡较多的情况，如数个到数十个之间，能够解决传统的采用IRIG-B码授时方式不能适配多目标遥测地面站、且抗干扰能力差、需要花费较大的代价来保证系统授时的稳定性和可靠性等问题；

2、授时网络集通信网络为一体，将时统与通讯采用同一个网络实现，大幅降低了系统中设备间的电缆连接数量，大大简化了采用额外授时线缆带来的复杂度以及稳定度问题；

3、FPGA内部解析以太网PTP包，通过计算主从时钟发送的延时，确定主从时钟间的频率偏差以及相位偏差，通过计算延时以及offset偏差，能够调整时钟偏差到1个时钟周期的级别，实现了传输路径补偿功能，系统中各设备的同步精度更高，可达到ns级别。

附图说明

图1为本申请实施例的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置结构图。

图2为本申请实施例的解调分系统与以太网交换机连接关系图。

图3为本申请实施例的时频控制器结构图。

图4为本申请实施例的从时钟单元结构图。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示，本实例的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，包括时频控制器；以及与时频控制器连接的支持IEEE1588的以太网交换机。

具体的，以太网交换机分别连接多目标遥测地面站的天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统。

具体的，时频控制器连接卫星定位接收机，卫星定位接收机用于根据GPS/北斗产生时码信号，时频控制器用于根据时码信号以及通过串口获取的外部时统信号产生主时钟。

具体的，以太网交换机，其具有IEEE1588边界时钟功能，提供多个从时钟端口。天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统分别连接一个从时钟端口，以通过以太网交换机接收主时钟的时间信息对本地时钟进行频率及相位进行校准。

支持IEEE1588的以太网交换机采用和普通的以太网交换机一样的连接方式，通过在交换机内部实现IEEE1588边界时钟功能。该交换机能够自主选择最佳时钟端口作为全局时钟，分发给各个端口，选择最佳时钟端口的算法一般采用最优主时钟算法。若在交换网络中没有固定的主时钟发送Announce指令，各个边界时钟会假定自己为主时钟，直到有“更好”的时钟出现。

作为时频控制器的一种具体实施方式，如图3所示，时频控制器，包括：一IEEE1588时间服务器PTP、一时钟源、一PHY芯片。

时频控制器提供符合IEEE1588协议的标准时间信号和频率信号，以保证多目标遥测系统内部各设备在统一的时间和频率下同步工作。

IEEE1588时间服务器PTP产生精度最高的授时主时钟，整个系统的授时精度取决于主时钟的时间精度，主时钟采用GPS/北斗授时时间作为基准时间，同时内部具备高精度10MHz时钟源（如铷钟）完成时钟的运转。

具体的，IEEE1588时间服务器PTP连接卫星定位接收机，用于根据时码信号以及通过串口获取的外部时统信号产生主时钟。

具体的，时钟源连接IEEE1588时间服务器PTP，用于提供内部时钟源以完成时钟运转。

具体的，PHY芯片连接IEEE1588时间服务器PTP，用于根据主时钟向以太网交换机输出PTP包时间。

具体的，IEEE1588时间服务器PTP，用于向以太网交换机发出1pps秒脉冲。

作为具体实施方式之一，天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统分别设有从时钟单元。

如图4所示，为本实例提供的一种从时钟单元结构，包括；一PHY芯片，以及与该PHY芯片连接的一FPGA。

PHY芯片，用于从以太网交换机接收PTP包时间。FPGA，用于解析从该PHY芯片接收并输出的PTP包时间，通过计算主从时钟发送的延时，确定主从时钟间的频率偏差以及相位偏差，以使天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统进行调整时钟完成时间同步。

本实例的从时钟采用FPGA+嵌入式实现方案，其中FPGA内部解析以太网PTP包，通过计算主从时钟发送的延时，确定主从时钟间的频率偏差以及相位偏差。由于采用FPGA抓取以太网包进行处理，能够精确获取PHY芯片输出的PTP包时间，通过计算延时以及offset偏差，能够调整时钟偏差到1个时钟周期的级别。当FPGA内部采用100MHz的系统时钟时，实际达到的时间同步精度则可达10ns左右。

具体的，如图2所示，解调分系统与以太网交换机的连接关系图。解调分系统，包括多个解调设备/板卡，各解调设备/板卡分别连接以太网交换机。

在本实例中，航空多目标遥测地面站的天馈分系统，作为无线电信号分系统，用于接收、合成目标发送的信号，并将处理后的信号发送给采集分系统。

在本实例中，航空多目标遥测地面站的采集分系统，用于接收天馈分系统发送过来的模拟信号，并通过直接射频ADC单元完成模拟信号的数字下变频、通过FPGA芯片完成数字信号预处理、通道AGC自动调整以及进行数字波束合成，并将处理后的信号发送给解调分系统。

在本实例中，航空多目标遥测地面站的解调分系统，用于将采集分系统发送过来的零中频信号通过频率跟踪、解码、位帧同步后输出码流数据到监控分系统。具体的，解调分系统在输出的码流数据帧前，实时获取IEEE1588从时钟同步的时间并写入到码流数据帧中再输出。

在本实例中，航空多目标遥测地面站的监控分系统，用于完成解调的码流数据接收、处理、并显示。

Claims

1.应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，包括：

时频控制器；以及

与时频控制器连接的支持IEEE1588的以太网交换机；

其中：

2.根据权利要求1所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，时频控制器，包括：

3.根据权利要求2所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，IEEE1588时间服务器PTP，用于向以太网交换机发出1pps秒脉冲。

4.根据权利要求2所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，天馈分系统、采集分系统、解调分系统、监控分系统分别设有从时钟单元，从时钟单元，包括；

一PHY芯片，用于从以太网交换机接收PTP包时间；

5.根据权利要求1所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，解调分系统，包括多个解调设备/板卡，各解调设备/板卡分别连接以太网交换机。

6.根据权利要求1所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，天馈分系统，作为无线电信号分系统，用于接收、合成目标发送的信号，并将处理后的信号发送给采集分系统。

7.根据权利要求6所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，采集分系统，用于接收天馈分系统发送过来的模拟信号，并通过直接射频ADC单元完成模拟信号的数字下变频、通过FPGA芯片完成数字信号预处理、通道AGC自动调整以及进行数字波束合成，并将处理后的信号发送给解调分系统。

8.根据权利要求7所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，解调分系统，用于将采集分系统发送过来的零中频信号通过频率跟踪、解码、位帧同步后输出码流数据到监控分系统。

9.根据权利要求8所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，解调分系统，用于在输出的码流数据帧前，实时获取IEEE1588从时钟同步的时间并写入到码流数据帧中再输出。

10.根据权利要求8所述的应用于航空多目标遥测地面站的授时装置，其特征在于，监控分系统，用于完成解调的码流数据接收、处理、并显示。