[发明专利]一种信号触发时刻值获取装置

说明书

技术领域

本发明属于感知与测控技术领域，尤其涉及一种信号触发时刻值获取装置。

背景技术

分布式场信号测试系统需要记录系统各测点的状态及测试信号的到达时间，通过各测点获取的精确时间信息可以得到整个测试系统的测试结果。信号触发时获取的时间精度越高，越有利于场信号的综合分析、测试精度也就越高。

目前分布式场信号测试系统中高精度触发时间获取主要有两种方式：一种是将标准时间基准引入到分布式测试系统各测试节点，达到各测试节点间的绝对时间同步；另一种在分布式测试系统内使用同步算法，使各测试节点达到相对时间同步。但是该两种方式均存在一定缺陷：

标准时间基准引入指的是为每个测试节点配备含有绝对时钟的装置，如原子钟和GPS。原子钟的精度比GPS的精度要高的多，但成本高、体积大、常作为标定设备，目前尚无用于分布式测试的微型化产品，GPS在市场上使用广泛，已实现微型化和低成本，无需定期校准，使用方便。常见的低成本GPS器件能够提供长期较稳定的秒脉冲信号PPS，但是所能提供的时间分辨率有限。

分布式测试系统内使用同步算法，如无线传感器网络的网络时间同步算法，使各测试节点的本地时间稳定到相对同步的时间轴上，但时间同步算法较复杂，同步精度最高可达几us，对于传播速度较快的场信号，测试精度会受到影响。随着现代测控技术对时间的精度要求不断提高，系统也日趋复杂，高精度的场信号触发时刻值获取就显得越来越重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种信号触发时刻值获取装置，采用低成本且具有长期稳定性的高精度GPS器件和短时间较稳定的低成本晶振，通过可编程逻辑器件对GPS器件输出的秒脉冲PPS进行细分、对晶振输出的频率值实时更新、对GPS器件输出的NMEA消息（GPS接收机输出的标准信息，有几种不同的格式，如$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等，每种都是独立相关的ASCII格式，逗点隔开数据流，数据流长度从30-100字符不等，以每秒间隔输出）进行实时解析以及在场信号触发特征点处对时间的锁存及处理，为分布式场信号测试节点在信号触发时刻提供高精度的绝对时间值。本发明能实现ns级的触发时间精度。

本发明的信号触发时刻值获取装置包括：场信号测试用传感器输入接口、可编程逻辑器件、晶振、GPS器件以及电源器件；

所述场信号测试用传感器输入接口与所述可编程逻辑器件相连，用于输入各种场信号（适用于数字输入信号，模拟输入信号需经过A/D等转换电路转换为数字信号）；

所述可编程逻辑器件，用于判定所述各种场信号的信号触发时刻、解析并输出触发时刻值，该可编程逻辑器件用硬件编程语言实现五个模块：锁相环PLL模块，信号触发检测模块，NMEA消息解析模块，秒内时刻解析模块和时间输出控制模块，其中所述的秒内时刻解析模块包括计数器，寄存器1，寄存器2；

所述晶振与所述可编程逻辑器件相连，晶振输入经过所述锁相环PLL模块，通过不同的分频/倍频为所述可编程逻辑器件的信号触发检测模块、秒内时刻解析模块、NMEA消息解析模块提供时钟；

所述GPS器件通过串口将NMEA消息输入所述可编程逻辑器件，通过普通I/O口为所述可编程逻辑器件提供秒脉冲PPS，所述GPS器件的两路输出信号同时输入给可编程逻辑器件；

所述电源器件负责为所述场信号测试用传感器输入接口、可编程逻辑器件、晶振、GPS器件提供电源。

进一步的，所述可编程逻辑器件中锁相环PLL模块为所述信号触发时刻值获取装置提供时钟，通过倍频为信号触发检测模块提供时钟信号，通过分频为所述NMEA消息解析模块提供时钟，所述秒内时刻解析模块使用1倍频晶振输入频率；

所述信号触发检测模块在检测到场测试信号超过预设阈值，且场测试信号的当前信号值比前两个连续信号值小时（即到达第一个信号峰值开始下降时）进行触发置位；

所述NMEA消息解析模块对从所述GPS器件输入的NMEA消息进行解析，提取出相应的年月日、时分秒信息以及GPS器件的卫星定位状态等，并用寄存器缓存，同时设置秒时刻解析标志位flag；在秒脉冲PPS上升沿处对所述flag置1，所述NMEA消息解析模块在当前秒时刻解析出来时对所述flag置0，当触发信号到来时，寄存器缓存的秒时刻加上所述flag的值即为此时真实的触发时刻秒时刻值；