[发明专利]一种高精度授时系统

说明书

本发明涉及一种高精度授时系统，以芯片级铷原子钟、多模授时型GNSS定位芯片、GNSS天线、ARM处理器、FPGA芯片、4G网络通信单元为硬件平台，搭建高精度授时系统，相较于现有授时方法提出了自适应频率调整算法、历元间高次差法计算钟差修正值算法，其具有PNT服务鲁棒性高、授时精度高、抗干扰性强的优点，有效的减少了FPGA平台对输出的1PPS信号较大的调整带来的信号抖动。整套系统包括主站和从站，实现了从站相对主站高精度授时，误差在3nS。适用于对多处设备间需要高精度同步控制场合。

技术领域

本发明涉及多模多系统GNSS卫星授时领域，具体涉及一种高精度授时系统。

背景技术

科学技术的发展推动着授时技术的不断进步，授时的方法的进步与人们对高精度时间和时频的需求紧密相连。在GNSS卫星导航系统建设完善之后，使得大范围获取高精度授时服务更加便捷。精密授时技术在移动通信网络、电力系统、轨道交通、金融系统、智慧城市、航天、国防体系等领域有着很广泛的应用。

在移动通信网络、电力系统、轨道交通、金融系统、智慧城市、航天、国防体系等领域对精密的时钟同步有着很高的要求，普通的晶振、OXCO、TXCO、VCXO很难满足高精度同步控制领域的需求，值得注意的是高精度晶振随着使用时间推移，累积误差不断增大，晶振本身老化导致一定的频漂也是一个不可避免的问题。芯片级铷原子钟是原子振荡器中价格最低的，却又是性价比最高的振荡器，性能好于晶体振荡器，造价远小于铯原子振荡器。GNSS卫星单向授时，授时方法简单，信号覆盖广，所需接收机成本低，单向授时精度受伪距观测量所包含的各项误差影响，导致精度不高，在对授时精度要求较高的场合是不合适的。GNSS卫星共视授时精度可以达到3nS，标准共视时间间隔为16分钟，显然是不满足实时性，存在一定的局限性。

授时型多模GNSS定位模块输出1PPS秒信号具有随机误差和无累积误差的特点，而芯片级铷原子钟无随机误差但是存在是存在累积误差，结合两者优缺点，多模GNSS定位模块输出1PPS秒信号驯服芯片级铷原子钟得到高稳频率信息，并将本地时钟同步到标准时间UTC。

发明内容

综上所述，为克服现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度授时系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高精度授时系统，包括GNSS天线单元、多模授时型GNSS定位芯片单元、ARM处理器单元、芯片级铷原子钟单元和FPGA芯片单元；

所述GNSS天线单元，其用于接收GNSS卫星所发射的电磁波信号并转变成电压或电流信号，再将转变成电压或电流信号发送给所述多模授时型GNSS定位芯片单元处理；

所述多模授时型GNSS定位芯片单元，其一方面用于观测北斗/GPS/GLONASS卫星信号，再把原始观测数据传递给ARM处理器单元；另一方面多模授时型GNSS定位芯片单元接收GNSS天线单元发送的信号，并将接收到的信号转变为1PPS信号输出到FPGA芯片单元；

所述ARM处理器单元，其用于解析多模授时型GNSS定位芯片单元观测数据，由加权最小二乘法算法解算得到GNSS定位芯片单元的位置和钟差，由历元间高次差法算法计算出钟差修正值，并将计算得到的钟差修正值上传至授时服务器单元；

所述芯片级铷原子钟单元，其用于输出高稳10M频率信号至FPGA芯片单元；

所述FPGA芯片单元，其一方面通过定时分频块对芯片级铷原子钟单元输出的高稳10M频率信号进行分频，并且通过接多模授时型GNSS定位芯片单元输出的1PPS秒脉冲信号对定时分频块提供一个复位信号，对定时分频块进行复位，以消除芯片级铷原子钟累积误差；另一方面FPGA芯片单元获取ARM处理器单元计算得到的钟差修正值，将本地时钟同步到UTC时钟。