本發(fā)明涉及光纖地基授時，具體涉及一種光纖地基授時系統(tǒng)及時間頻率同步的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種設(shè)備和技術(shù)均需要以高精度的時間和頻率為基礎(chǔ)。例如，智能化交通系統(tǒng)的建立和數(shù)字化地球的實現(xiàn)均需要以高精度的時間和頻率為基礎(chǔ)，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的各種監(jiān)測和武器發(fā)射等也需要以高精度的時間和頻率為基礎(chǔ)。目前，應(yīng)用最為廣泛的均為基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時系統(tǒng)，即采用無線網(wǎng)絡(luò)傳播信號，容易受到外界干擾而不能使用(如人為的電磁波干擾)，也容易受天氣或氣候的影響。并且，只能在露天場所采用信號，如果衛(wèi)星信號被障礙物遮擋就不能使用。顯然，現(xiàn)有技術(shù)基于衛(wèi)星的高精度授時系統(tǒng)存在著易受干擾、易受天氣或氣候的影響和只能在露天場所采用信號等問題。故提供一種光纖地基授時系統(tǒng)及時間頻率同步的方法，使其解決以上問題

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種光纖地基授時系統(tǒng)，其系統(tǒng)包括：電源轉(zhuǎn)換單元、天線單元、射頻單元、授時單元、本地時鐘單元和顯示控制單元，所述授時單元包括信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和授時時標合成模塊，所述授時單元用于接收光纖限號，進行時間同步，所述射頻單元將來自天線單元的經(jīng)低噪聲放大的rnss信號，經(jīng)下變頻及放大，agc控制后，為信號處理模塊提供滿足一定信噪比和幅度要求的中頻信號。

2、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述電源轉(zhuǎn)換單元用于為系統(tǒng)提供電源，系統(tǒng)外部采用220v交流電輸入，內(nèi)部使用的電源包括12v和5v直流電源。

3、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述天線單元用于接收已配置完成的衛(wèi)星信號，在射頻單元中經(jīng)低噪放大以后，再由經(jīng)光纖電纜進入相應(yīng)接收射頻通道，完成信號的下變頻及中放處理。

4、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述本地時鐘單元具備時鐘選擇電路，采用內(nèi)部時鐘或者外部參考時鐘輸入，進而確保高精度穩(wěn)定的本地時間基準。

5、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述信號處理模塊用于負責(zé)基帶信號處理，完成導(dǎo)航信號的采樣、捕獲、跟蹤、導(dǎo)航電文解調(diào)、原始觀測量計算任務(wù)。

6、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于負責(zé)從信號處理模塊讀取原始觀測量和電文信息，完成導(dǎo)航電文解析、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)平滑濾波、衛(wèi)星位置計算、偽距計算、定位解算、各種時鐘誤差補償、時間信息串口輸出、響應(yīng)用戶控制指令功能。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述時標合成模塊用于計算本地時間與系統(tǒng)時間的鐘差，在增加了數(shù)字濾波和容錯設(shè)計后，實現(xiàn)精確的同步時標生成，可以輸出與協(xié)調(diào)世界時utc時間同步精度優(yōu)于50ns的秒脈沖，并按照一定格式將時間信息通過串行口輸出。

8、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括導(dǎo)航電文解析模塊、原始觀測量提取模塊、定位解算模塊以及授時模塊，所述導(dǎo)航電文解析模塊通過信號處理模塊將解調(diào)的導(dǎo)航電文存儲在寄存器中，當接收到一個子幀數(shù)據(jù)后即觸發(fā)導(dǎo)航電文讀取中斷，在導(dǎo)航電文解析處理函數(shù)中對電文數(shù)據(jù)進行分析。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述原始觀測量提取模塊為接收衛(wèi)星信號，在fpga中觀測量準備好時，觸發(fā)dsp外部中斷，觸發(fā)原始觀測量提取函數(shù)，所述定位解算模塊可根據(jù)導(dǎo)航電文解析數(shù)據(jù)中解析的星歷信息，調(diào)用相關(guān)的誤差補償處理模塊，對電離層、對流層、地球自轉(zhuǎn)各種誤差進行相應(yīng)的計算，對偽距進行補償，然后采用最小二乘法或者kalman濾波法進行定位解算，所述授時模塊用于根據(jù)存儲的配置或接收串口數(shù)據(jù)處理模塊解析的控制配置指令，根據(jù)配置指令實現(xiàn)衛(wèi)星信號的接收，并根據(jù)本地位置是否已知配置授時工作模式。

10、一種光纖地基授時系統(tǒng)的時間頻率同步的方法，包括以下步驟：

11、步驟一：首先將時間信息和位置信息通過顯控單元進行顯示，同時輸出同步時標信號，并且通過外部數(shù)據(jù)接口將時間報文數(shù)據(jù)傳輸給主控機，同時通過顯控單元或者通過數(shù)據(jù)接口來配置授時接收機工作參數(shù)；

12、步驟二：系統(tǒng)可完成各個功能模塊的自檢，如果出現(xiàn)異常則給出相應(yīng)的狀態(tài)提示，如果各模塊均檢測正常則待時鐘單元正常輸出參考秒脈沖，信號接收單元開始搜索并捕獲衛(wèi)星信號；

13、步驟三：授時接收機的天線接收導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)播的射頻信號，將接收到的微弱衛(wèi)星信號送到前置濾波器進行濾波處理，然后將信號經(jīng)低噪聲放大器放大，射頻單元通過二次下變頻的方式將信號變換成中頻信號，送給信號處理模塊進行信號解調(diào)；

14、步驟三：信號處理模塊中的a/d轉(zhuǎn)換器將射頻單元送來的中頻信號進行采樣量化，轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻，并完成對衛(wèi)星信號的偽碼捕獲跟蹤和數(shù)據(jù)解擴解調(diào)操作，然后將解碼后的導(dǎo)航電文和計算出的觀測量送到數(shù)據(jù)處理模塊；

15、步驟四：通過數(shù)據(jù)處理模塊完成相關(guān)的偽距計算、定位解算、各種時間誤差補償后得到本地鐘差測量值，得到未調(diào)整秒脈沖偏差，并通過串口輸出時間信息，時標合成模塊通過秒脈沖偏差和本地時鐘單元同步秒脈沖，實現(xiàn)時間同步。

16、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明的授時系統(tǒng)，時間同步的時頻信號和參考頻率信號精度均滿足偽衛(wèi)星子系統(tǒng)指標要求，同時提高了授時系統(tǒng)的可靠性，且不存在信號中斷問題，保證了長期的高精度時間基準，提高授時秒脈沖精度，實現(xiàn)時間同步，具有很好的實用性，可以為后續(xù)正式推廣應(yīng)用進行技術(shù)儲備。

技術(shù)特征：

1.一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括：電源轉(zhuǎn)換單元、天線單元、射頻單元、授時單元、本地時鐘單元和顯示控制單元，所述授時單元包括信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和授時時標合成模塊，所述授時單元用于接收光纖限號，進行時間同步，所述射頻單元將來自天線單元的經(jīng)低噪聲放大的rnss信號，經(jīng)下變頻及放大，agc控制后，為信號處理模塊提供滿足一定信噪比和幅度要求的中頻信號。

2.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換單元用于為系統(tǒng)提供電源，系統(tǒng)外部采用220v交流電輸入，內(nèi)部使用的電源包括12v和5v直流電源。

3.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述天線單元用于接收已配置完成的衛(wèi)星信號，在射頻單元中經(jīng)低噪放大以后，再由經(jīng)光纖電纜進入相應(yīng)接收射頻通道，完成信號的下變頻及中放處理。

4.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述本地時鐘單元具備時鐘選擇電路，采用內(nèi)部時鐘或者外部參考時鐘輸入，進而確保高精度穩(wěn)定的本地時間基準。

5.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊用于負責(zé)基帶信號處理，完成導(dǎo)航信號的采樣、捕獲、跟蹤、導(dǎo)航電文解調(diào)、原始觀測量計算任務(wù)。

6.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于負責(zé)從信號處理模塊讀取原始觀測量和電文信息，完成導(dǎo)航電文解析、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)平滑濾波、衛(wèi)星位置計算、偽距計算、定位解算、各種時鐘誤差補償、時間信息串口輸出、響應(yīng)用戶控制指令功能。

7.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述時標合成模塊用于計算本地時間與系統(tǒng)時間的鐘差，在增加了數(shù)字濾波和容錯設(shè)計后，實現(xiàn)精確的同步時標生成，可以輸出與協(xié)調(diào)世界時utc時間同步精度優(yōu)于50ns的秒脈沖，并按照一定格式將時間信息通過串行口輸出。

8.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括導(dǎo)航電文解析模塊、原始觀測量提取模塊、定位解算模塊以及授時模塊，所述導(dǎo)航電文解析模塊通過信號處理模塊將解調(diào)的導(dǎo)航電文存儲在寄存器中，當接收到一個子幀數(shù)據(jù)后即觸發(fā)導(dǎo)航電文讀取中斷，在導(dǎo)航電文解析處理函數(shù)中對電文數(shù)據(jù)進行分析。

9.如權(quán)利要求1所述的一種光纖地基授時系統(tǒng)，其特征在于，所述原始觀測量提取模塊為接收衛(wèi)星信號，在fpga中觀測量準備好時，觸發(fā)dsp外部中斷，觸發(fā)原始觀測量提取函數(shù)，所述定位解算模塊可根據(jù)導(dǎo)航電文解析數(shù)據(jù)中解析的星歷信息，調(diào)用相關(guān)的誤差補償處理模塊，對電離層、對流層、地球自轉(zhuǎn)各種誤差進行相應(yīng)的計算，對偽距進行補償，然后采用最小二乘法或者kalman濾波法進行定位解算，所述授時模塊用于根據(jù)存儲的配置或接收串口數(shù)據(jù)處理模塊解析的控制配置指令，根據(jù)配置指令實現(xiàn)衛(wèi)星信號的接收，并根據(jù)本地位置是否已知配置授時工作模式。

10.一種光纖地基授時系統(tǒng)的時間頻率同步的方法，其特征在于，應(yīng)用于上述權(quán)利要求1-9任一項所述的系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種光纖地基授時系統(tǒng)及時間頻率同步的方法，系統(tǒng)包括：電源轉(zhuǎn)換單元、天線單元、射頻單元、授時單元、本地時鐘單元和顯示控制單元，授時單元包括信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和授時時標合成模塊，授時單元用于接收光纖限號，進行時間同步，射頻單元將來自天線單元的經(jīng)低噪聲放大的RNSS信號，經(jīng)下變頻及放大，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明的授時系統(tǒng)，時間同步的時頻信號和參考頻率信號精度均滿足偽衛(wèi)星子系統(tǒng)指標要求，同時提高了授時系統(tǒng)的可靠性，且不存在信號中斷問題，保證了長期的高精度時間基準，提高授時秒脈沖精度，實現(xiàn)時間同步。

技術(shù)研發(fā)人員：黃水權(quán),韓順添,凌遠強,姚宏亮,高軍,羅翌恒,黃長裕
受保護的技術(shù)使用者：惠州市駿亞數(shù)字技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30