[发明专利]GPS/北斗双模卫星时钟晶体振荡器驯服系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种时钟晶体振荡器驯服系统，特别是涉及一种利用GPS卫星或北斗卫星所发出的标准时间信号对于晶体振荡器进行驯服控制的GPS/北斗双模卫星时钟晶体振荡器驯服系统，适用于电力、通信、铁路、航空等行业需要高精度时钟装置的部门。

背景技术

在电力、通信、铁路、航空等需要高精度时钟装置的部门中，人们对仪器测量的精度和同步性要求也越来越高，尤其是要求分布在不同区域的仪器能够实现同步采集，并且在相当长的时间内保证采样的同步性，因此对时钟系统的稳定性提出了非常高的要求。不仅要求每个仪器的时钟要稳定，而且各个仪器之间的时钟要求同步匹配。但是，目前市面上的晶振短时稳定性好，但长时间工作后存在较大的累计误差。此外，不同晶振之间即使是同一批生产的晶振，个体间也是有一定的差异的，应用在高精度的仪器中将会带来严重的累计误差。而高精度的晶振，价格昂贵，并且也同样存在累计误差。

卫星定位系统或北斗卫星定位系统能够提供远距离传输的高精度基准时间信号，具有高精度定位、授时和测速能力。GPS或北斗卫星发出的秒脉冲信号具有长期稳定性好的特点，但短期较差。

由于GPS为美国军方所开发，受到意识形态和政治因素的影响，用GPS时钟做为唯一时钟源对于时钟系统安全性和稳定性存在一定安全隐患。

北斗卫星导航系统为我们开辟了一条新途径。随着近几年我国“北斗一号”技术的成熟， GPS/北斗卫星时钟晶体振荡器服技术中，有文献提出根据GPS卫星的秒信号建立晶振的一元二次方程，以此为依据对晶振进行修正，此种方法需要事先对晶振进行大量测试，但由于晶体振荡器本身的离散性以及生产工艺上的差异，此方法不具备普遍性。有文献利用单片机读入GPS/北斗卫星的标准脉冲与晶振分频之后的相差，建立其数字锁相环，再根据锁相环的输出调整恒温晶振的控制电压，但文献并没有给出数字锁相环的具体设计方法；有文献将卫星接收器与短稳性能好的高稳晶振结合，构成数字锁相环，以卫星锁定后的频率作为直接数字频率合成器的参考，但文献中未能详细描述数字锁相环的设计和实现。别外，上述文献均未能实现GPS/北斗双模驯服晶体振荡器。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，针对晶体振荡器和GPS卫星或北斗卫星信号的特点，设计一种基于GPS/北斗双模卫星时钟晶体振荡器驯服系统，利用卫星所提供的标准秒脉冲信号，对于晶体振荡器进行驯服控制，使晶体振荡器经分频输出的秒信号与GPS卫星或北斗卫星的标准时间锁定，实现其同频同相输出。

本发明的技术解决方案是：这种基于GPS/北斗双模卫星时钟的晶体振荡器驯服系统，其特征在于，系统包括时钟源模块、单片微处理器、D/A转换器、恒温晶体振荡器、调频调相控制单元、相位超前滞后检测单元、跟踪/守时控制门、第一2分频电路和第二2分频电路、相位超前/滞后处理及分频单元、异或门等部分，上述系统中，时钟源模块中包括GPS模板，北斗卫星接收模板，时钟源选择单元。

模板输入与GPS天线相连，一条输出线与单片微处理器的RXD引脚相连，另一条输出线与时钟源选择单元相连。北斗卫星接收模板的输入线与北斗天线相连，一条输出线与单片微处理器的RXD2引脚相连，另一条输出线与钟源选择单元相连。

转换器与单片微理器的P23、P24、P25引脚相连，输出模拟电压与恒温晶体振荡器的控制电压引脚相连；恒温晶体振荡器输出分别与调频调相控制单元、相位超前/滞后处理及分频单元相连；相位超前/滞后处理及分频单元接收恒温晶体振荡器发出的高频脉冲并且与单片微处理器的P20、P21引脚相连，输出1PPS标准脉冲信号，并与第二2分频电路相连；跟踪/守时控制门的输入分别与单片微处理器的P21引脚相连和时钟源模块的输出相连，其输出与第一2分频电路相连；异或门的输入分别与第一2分频电路、第二2分频电路的输出相连，输出与单片微处理器的INT0引脚相连；调频调相控制单元的输入与恒温晶体振荡器和第二2分频电路的输出相连，其输出与单片微处理器的T0引脚相连；相位超前滞后检测单元的输入分别与第一2分频电路、第二2分频电路的输出相连，其输出与单片微处理器的P22引脚相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用北斗与GPS双时钟源设计，同时接收北斗和GPS卫星信号，采用先进的时间控制处理算法，实现双时间源智能切换，可确保系统时间同步的同时也可以实现GPS和北斗卫星同时失锁后在一段时间内保持失锁前的稳定度和准确度。