[发明专利]基于多导航系统的抗遮挡的高精度同步时钟系统及其同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及时间频率技术领域及其应用领域，特别涉及基于多导航系统的抗遮挡的高精度同步时钟系统及其同步方法。

背景技术

高精度同步时钟在各个领域的应用越来越广泛，基于多导航系统的抗遮挡的高精度同步时钟系统利用包括北斗导航系统在内的多个导航系统对本地时钟频率实时校正，并提供与多模接收机的时间信号严格同步的同步信号。该同步时钟系统可用于野外测量勘探、网络授时、电力电网系统、通信系统等，为这些领域提供高精度、高可靠的同步时钟，且该发明设备具有抗遮挡特性，所以特别适合野外测量勘探。

本发明利用了国家大力发展的北斗导航系统，弥补了目前国内同步时钟只利用GPS、GLONASS的不足之处，同时使用其他导航系统增强了同步时钟的可靠性、稳定性及提高了时间同步精度。本发明采用以嵌入式FPGA为主要核心器件的架构，提高了系统运行速度，降低了系统功耗和成本，同时解决了同步时钟应用领域中野外测量勘探、电力电网系统等野外同步难的问题。

目前基于导航系统的同步时钟大多数都是基于铷钟、铯钟，限制了其应用范围，且原子钟有功耗大、预热时间长、成本高、体积大等不足，本发明同步时钟系统的时钟源采用普通的恒温晶振，有效的解决了这些不足之处，且同步时钟系统发明中采用了一种独特的同步方法，使系统具有抗遮挡性，这是目前驯服时钟领域不具备的性能，保证了导航信号被遮挡时系统也能够提供高精度同步信号，并且短暂接收到有效导航信号后也能够有效驯服本地时钟，清除累计同步误差，延长抗遮挡时间。

发明内容

本发明的目是提供基于多导航系统的抗遮挡的高精度同步时钟系统及其同步方法，并为其他设备提供高精度同步信号，且在导航信号被遮挡的一段时间内也能保证较高的同步精度。

本发明所采用的技术方案是：

基于多导航系统的抗遮挡的高精度同步时钟系统至少包括信号处理模块、核心控制模块、压控电压模块、恒温晶振模块、多模接收机模块及外部接口模块。所述信号处理模块与核心控制模块、恒温晶振模块、多模接收机模块及外部接口模块相连，并实现高精度时间间隔测量、IRIG_B码编码、同步信号产生等功能；所述核心控制模块与信号处理模块、多模接收机模块、压控电压模块相连，且实现了本地恒温晶振驯服算法、压控电压控制及时间同步方法；所述压控电压模块与核心控制模块和恒温晶振相连，同时通过数模转换器(DAC)和放大电路控制本地恒温晶振的压控电压；所述恒温晶振模块与压控电压模块和信号处理模块相连，为本发明提供系统时钟信号；所述多模接收机模块与信号处理模块和核心控制模块相连，且多模接收机模块的时间信号作为本发明的参考时间信号；所述外部接口模块与信号处理模块相连，并提供标准接口形式的高精度同步信号和通信接口。

所述高精度时间间隔测量方法为连续不间断的脉冲填补法，所述本地恒温晶振驯服算法为基于改进滑动平均滤波的算法，所述IRIG_B码格式的时间信号包括高精度时间同步信号及详细的时间信息(秒、分、时、天、月、年)。

按上述方案，所述信号处理模块的核心器件为现场可编程门阵列器件(FPGA)，FPGA内部逻辑单元采用连续不间断的脉冲填补法测量本地时钟与参考时间信号(多模接收机模块的时间信号作为同步时钟系统的参考时间信号)的相位差，且在多模接收模块失锁期间信号处理模块也始终测量二者的相位差，连续不间断的测量能够实现了高精度时间间隔测量。

按上述方案，核心控制器(Cortex-M3内核)先对时间间隔测量数据(包括多模接收机模块失锁期间测量的时间间隔数据)进行基于改进滑动平均滤波算法的滤波，然后计算出本地恒温晶振的频率偏差，最后根据频率偏差调节本地恒温晶振的频率，但在多模接收机模块失锁期间核心控制器不计算本地恒温晶振的频率偏差。

按上述方案，可编程门阵列器件(FPGA)内部逻辑单元采用沿触发方式提供固定频率的1Hz、10Hz、50Hz、100Hz，250Hz高精度同步信号，同时提供IRIG_B码格式的时间信号。

按上述方案，同步时钟系统可根据用户需求提供以1ms为单位的周期可变的采样脉冲和以1s为单位的周期和启动时间都可设置的启动脉冲，且采样脉冲、启动脉冲与秒信号严格同步。

按上述方案，所述的压控电压模块包含了数模转换器(DAC)，压控电压控制电路利用放大倍数不同(放大倍数大于1的放大电路用于调节压控电压的范围，放大倍数小于1的放大电路用于提高压控电压的分辨率)的两路放大电路放大DAC输出电压，该方法提高了压控电压的分辨率。