专利名称：一种gnss监测装置及时钟模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及监测领域，特别涉及一种GNSS监测装置及时钟模块。
背景技术：
利用GNSS (全球卫星定位)监测装置对目标进行监测， 一般GNSS接收模块通过探索、 捕捉、追尾GNSS卫星，接收来自GNSS卫星对监测目标的的测位信息，GNSS接收模块将 依据收集到的测位信息，通过软件等信息进行处理；然而，由于GNSS接收模块的这-处 理所依据的测位信息，如轨道信息，都是动态的，并不是固定的，所以导致有时接收模 块接收卫星的信息需要IO分钟以上的时间。
GNSS接收模块获得的轨道信息对后面的信息处理都是必要的；通过利用获得的轨道 信息，进行测位计算，从而得到测位计算结果。测位计算结果只能判断大致准确的时刻 信息，随着GNSS接收机连续的工作，温度补偿晶体振荡器(TCX0振荡器)频率的偏差慢 慢地能得到补正，时刻信息的正确性慢慢地就得到了提高。
为了提高测位的精度，GNSS接收模块就要连续工作，对时刻信息进行管理，然而， 如果当GNSS接收机的电源被切断，TCXO振荡器的温度就发生变化，TCXO振荡器频率的 偏差就不能被补正，TCXO振荡器的补正值不能使用，因此，需要重新启动，而从重新启 动的时刻到GNSS接收模块稳定后需要一定的时间。
在获取有关GNSS卫星本身的信息，如轨道信息等，利用GNSS卫星发送的测位信息， GNSS接收机就能进行测位计算，但是，在GNSS接收模块内部并没有关于GNSS卫星本身 的信息，这样，首先需获取有关GNSS卫星本身的信息；然而，获取全部的轨道信息需要 12.5分钟，随机的话需要25分钟；而且在收集轨道信息期间，GNSS接收模块能同时进 行探索、捕捉卫星状态的操作，在GNSS接收模块输出测位结果之前，接收测位结果的装 置一直处于等待状态。
因此，在现有的GNSS监测装置中，GNSS接收模块还不能对卫星的信息进行快速的处 理，从而导致信息处理时间的延长，相应的接收装置也不能被充分的利用。发明内容
为了提高GNSS监测系统中，对卫星信息的处理速度，本实用新型提供了一种目标监测 装置及时钟模块。
本实用新型中，监测装置搭载了在电源停止时也可以运行的时钟集成电路(IC)，因为 搭载了时钟IC，监测装置在电源断开时，通过时钟IC的运行，可自动更新时刻。
这个时钟可以在断电到通电(GPS接收机能够正确管理时刻)的过程中，虽然与GP S接 收机接收时相比不是很准确，但也可以确保提供日差在数十秒的误差内时刻的环境。由于有 时刻的数据，GNSS卫星的探索、捕捉时间将比没有的情况下縮短很多。
该技术方案如下
一种GNSS监测装置，包括
GNSS接收单元，包括GNSS天线部和GNSS接收机，用于接收GNSS卫星的信号数据； 通信控制单元，包括微型计算机部，时钟部，存储卡，用于控制GNSS接收单元、电
源单元和无线电单元；时钟部中包含有时钟集成电路，时钟集成电路不间断工作，根据
GNSS接收单元修正内部时刻；
数据处理单元，用于处理接收到的信号数据；
电源单元，包括太阳能电池，蓄电池，用于为GNSS监测装置提供电源； 无线电单元，包括无线天线部和无线收发信机，用于传送GNSS卫星和GNSS接收单 元之间信息。
其中，通信控制单元中的微型计算机部包括中央处理器，只读存储器，随机存储器，
寄存器，只读存储器保存GNSS卫星的参数信息，寄存器保存时刻信息。 时钟集成电路具体为石英振荡回路。
时钟集成电路不间断工作，根据GNSS接收单元修正内部时刻，具体通过启动中央 处理器，中央处理器监视GNSS接收单元，并依据GNSS接收单元对微型计算机部中的寄 存器中的时刻信息进行修正，从而实现修正时钟部的内部时刻。
时钟集成电路不间断工作，根据GNSS接收单元每2小时修正一次内部时刻。
一种时钟模块，包含有时钟集成电路；
时钟模块位于GNSS监测装置中，与GNSS监测装置中的寄存器相连接；寄存器保存时刻 {曰息；
时钟集成电路不间断工作，根据GNSS监测装置中的GNSS接收单元修正内部时刻。其中，时钟集成电路不间断工作，根据GNSS接收单元每2小时修正一次内部时刻。 时钟集成电路不间断工作，根据GNSS接收单元修正内部时刻，具体通过启动GNSS
监测装置中的中央处理器，中央处理器监视GNSS接收单元，并依据GNSS接收单元，对
寄存器中的时刻信息进行修正，从而实现修正时钟模块的内部时刻。
通过本实用新型中技术方案，可以提高GNSS接收机对卫星的探索、捕捉和追尾等信
息处理的速度，大大提高了 GNSS监测系统的工作效率。
图1是实施例中提供的GNSS监测装置的示意图2是实施例中提供的PI0—A寄存器位分配方框图3是实施例中提供的PIO一B寄存器位分配方框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施 方式作进一歩地详细描述。
本实施例提供一种GNSS监测装置。GNSS监测装置由通信控制单元、电源单元、GNSS 接收装置、无线电收发信装置等组成；在通信控制单元中，包括时钟部，电压控制部， 电源控制部，电池部等模块；
图1是GNSS监测装置的示意其中，1为GNSS接收单元，由GNSS天线部及GNSS接收机部构成；GNSS接收单元接 收从人造卫星发出的测位信号，在GNSS接收机内进行测位运算，再由GNSS接收机输出 位置信息，时钟信息及时刻同步信号；
2为通信控制单元，由中央处理器(CPU)2a，只读存储器(R0M) 2b，随机存储器(RAM) 2c的微型多用计算机部，时钟部2d，存储卡2d构成；CPU2a具有中断控制器(1NTC)、 串行通信端口 (SIO)、通用的并行输入输出端口 (PIO)、计数器(COUNT)等基本功能；
通常，串行通信端口2个，16位计数器3个、8位并行输入输出端口 4个。
3为电源单元，由太阳能电池板3f在白天接收太阳光来发电，在供给装置直流电源的 同时为蓄电池充电。 一旦太阳能电池不能发电时，将由蓄电池供给装置直流电源。供给 的直流电源可制造出通信控制部2所需的电压+VCC，并且为使电源开关3e切断后RAM 2c 内容不消失，利用搭载在基片上的电池3d也制造出电压+Vback;同时，对无线电收发信装置4的电源0N-0FF控制及收发信许可、禁止等操作；
4为无线电收发信单元，由无线天线部及无线收发信机组成。 在通信控制单元2中，时钟部2d由计数器模块，同步信号管理模块构成 计数器模块，用于管理卫星捕捉时的正确同步计时， 同步信号管理模块，用于管理GNSS接收机输出的同步信号。
为了提高GNSS接收机对卫星信息的处理速度，本实施例中的GNSS监测系统采用了如 下装置
1、 在通信控制单元中，微型多用计算机部采用的CPU IC具有中断控制器(工NTC)、串 行通信端口 (SIO)、通用的并行输入输出端口 (PIO)、计数器(COUNT)等基本功能；
作为优选方法，串行通信端口2个，16位计数器3个、8位并行输入输出端口 4个。
2、 在GNSS接收装置中，GNSS卫星通过GNSS时系被精确控制，发送基于GNSS时系 的同歩信号。 一方面，我们利用的时刻是基于UTC时系运转的，该GNSS时系是将UTC的 1980年IO月作为基准开始的，根据随后的闰秒的补正，现在比UTS时系慢了 12秒。尽 管时系不同，但是，时间的刻度是相同的。
此处，GNSS接收机在地上接收GNSS信号，考虑了地上位置的测定。
GNSS卫星位于地上约20000km的位置、来自GNSS接收机头顶上的GNSS卫星放送的 信号约需70 ms到达接收机(仰角越低，到达时间越迟)。
原理性的以地上的GNSS接收机为例，如果通过3个GNSS卫星判定GNSS卫星与地上 的GNSS接收机的天线间的距离，则可知地上的位置。
利用时间来测定距离。将时间乘以电磁波的速度(电磁波的速度是光速，约300000 km/h)即可求得。
对于重叠的GNSS电磁波信号有表示时刻开始的标记，如果地上的GNSS接收机正确 求解该标记的接收时刻，则可测定出从GNSS卫星出发到电磁波到达GNSS接收机的天线 的时间。
此外，如果假定地上的GNSS接收机的测位精度是300m,那么地上的GNSS接收机的 时刻的系统误差变成lii秒。也就是说，即使在全世界范围内让相同的GNSS接收机动作 的场合、全部的GNSS接收机在ly秒散乱的范围内可以取得同步。
实际上连使用了车载导航等的GNSS接收机的测位精度也是30m，根据上述所述，具 有比己经说明了的更好的时刻精度(测位精度更高的意思)。
为了利用该时刻信号，GNSS接收机输出经UTS时系同步的脉冲信号。每l秒输出的时刻同歩信号被称做ipps信号。
除了1pps外，还有输出5pps、 iopps、 20pps等信号的gnss接收机。 3、由时钟来控制电源部的起动、停止；
(1) 电源部的动作
电源3e处于开(ON)状态，直流正电压(+DC)输入电压电阻3h，就接通电源丌关、为 电源控制部施加+DC输入电压3h。电源控制部一有电源控制部的+DC输入电压3h，电源 控制内的开关振荡回路就开始动作、产生电压+Vcc，电压+Vcc—稳定，就接受+Vcc的供 给，CPU控制部开始动作，CPU控制部在+Vcc的供给的同时产生一个让CPU复位的信号， CPU回路按照记录在附属的ROM中的程序开始动作/控制。
图2是本实施例中提供的PI0—A寄存器(时刻寄存器)位分配方框根据CPU输出PI0-A寄存器的位-6电源0N信号为1信号，将位-6信号供给给电源 控制部的电源开关ON信号。启动时通过电源开关回路供给给电源控制回路的电源开关 0N信号， 一旦变成位-6信号供给的状态，则即使电源开关回路的信号消失，电源控制回 路中的信号的供给也持续下去，只要+Vcc电压产生回路，不停止动作就具备了连续动作 的条件。另外，基于+DC输入电压3h，蓄电池3g被充电。蓄电池3g在+DC输入电压3h 不再供给的情况时，将由该蓄电池3g向整个装置提供必要的电源。
以上是对+DC输入信号的说明，太阳能电池板3f的工作原理与上述+DC输入信号的 工作过程一致。
(2) GNSS接收机部由+Vback驱动
为了使GNSS接收机连续动作，GNSS接收部通过电池+Vback控制电源的话，只要电 池+Vback供给电源，GNSS接收机就能够持续动作。
(3) 时钟部即使没有+Vcc也能够动作
连时钟部即使没有+Vcc电压也能维持动作，时钟部也由+Vback电源供电。
(4) 在指定时刻电源+Vcc启动的方案
图3是本实施例中提供的PI0—B寄存器(时刻寄存器)位分配方框图； 由于时钟部及GNSS接收机由电源+back驱动，为了基于时钟部指定的时间输出信号、
预先利用时钟部的报警设置功能、通过PI0-B寄存器的位-0、位-1、位-2、位-3在时钟
部设置报警信号输出时刻；
另外，位-0是许可时钟IC从外部进行操作的信号；位-l是从时钟IC读出的连续数
据由CPU接收寄存器的位端口；位-2是对时钟IC进行添加数据时的发送连续数据位端口，为使时钟IC读取和添加连续数据，位-3信号输出脉冲信号，使连续数据与该信号 同步，读取并进行添加。
为电源控制部加入报警信号后电源控制内的开关振荡回路就开始工作，产生+Vcc电 压。+Vcc电压一稳定，就接受+Vcc的供给、CPU控制部开始动作。CPU控制部在+Vcc的 供给的同时产生一个让CPU复位的信号，CPU回路按照记录在附属的ROM中的程序丌始 动作/控制。根据CPU输出PIO-A寄存器的位-6电源0N信号为l信号、将电源ON信号 供给给电源控制部。启动时通过报警信号供给给电源控制回路的电源ON信号，--旦变成 电源ON信号供给的状态，则即使报警信号消失，电源控制回路中的电源ON信号的供给 也持续下去，只要+Vcc电压产生回路不停止动作就具备了连续动作的条件。
(5) 管理回路内时刻的方案
能够根据CPU设定GNSS接收机的测位时刻，当1日1次GNSS处于测位状态时，在 最新的测位时刻修正时钟部内的时刻寄存器。该修正即使是1闩1次也能正确地维持时 钟部内的内部时刻寄存器。
(6) 在指定时刻内+Vcc电源停止方案
为了停止电源，按照CPU的软件的指示，如果指示停止PI0-A寄存器的位--6的电源 ON信号，贝ij维持电源控制回路动作的信号消失，电源控制部内的丌关振荡回路停止动作， 十Vcc电压停止。
这样构成了基于电源部启动信号和按照CPU动作产生维持电压发生动作的信号，电 源部产生/停止+Vcc电压的方案。
还有，在切断控制部的电源前，设定时钟部的最新GNSS测位时刻，然后，电源ON 信号设定为"0"，使电源ON信号停止。
4. 准确管理时刻的方案；
时钟部本身具有石英振荡回路，根据振荡回路产生的频率数来管理时刻。为此，时 钟部内的时刻精度依靠本身的石英振荡器。为此，时钟部的时刻精度始终保留确定启动 时间的目标的时刻管理能力。
为此，搭载有GNSS接收机，基于以GNSS接收机输出的l秒信号管理时刻的时钟利 用CPU内的计数器，设计作为控制部内的基本时刻的时钟。
GNSS接收机输出的1秒脉冲与UTC的时刻差的精度达到100ns，计数器能够构成正 确的1秒计时的时钟。
5. 时钟IC (集成电路)校正的方案；启动后的GNSS接收机处于进行卫星的探索/捕捉/追尾的测位状态。该时间虽然与 GNSS接收机的轨道信息的收集时间有关，但是大约2分钟最迟至4分钟后到达追尾/测 位状态，NSS接收机准备完毕，与此同时，启动通信控制部的CPU， CPU监视GNSS接收 机的接收模式，当卫星一变成探索/捕捉/追尾/测位的状态，GNSS接收机输出的时刻的精 度就达到数十纳秒。GNSS接收机到达测位状态后按照基于时钟IC现在的正确时刻的CPU 软件设定时钟IC的时刻。时钟IC在GNSS接收机到达测位状态的时候校正GNSS时刻。 这样，控制表示极度正确的时刻，该极度正确的时刻是基于时钟IC校正的GNSS的时刻。 还有，在连续运转的场合因为GNSS接收机启动模式和测位模式切换都不只一次，所以 CPU在GNSS接收机连续运转的场合每隔2小时就进行时钟IC的校正。
通过本实施例中的技术方案，GNSS接收机追尾、捕捉GNSS卫星，获得最新的轨道信息， 用对测位计算必要的最新信息进行测位计算得到测位计算结果。测位结果一出来就判断大致 正确的时刻，然后随着连续运转自身一直使用着的TCXO振荡器的频率数的差慢慢地得到补 正，从而时刻的正确性慢慢地得到提高。
本实施例縮短了 GNSS接收机对卫星的探索、捕捉、追尾所使用的时间，提高了信息处 理的速度，大大提高了 GNSS监测系统的工作效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之 内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求1、一种GNSS监测装置，其特征在于，所述装置包括用于接收GNSS卫星的信号数据的GNSS接收单元，包括GNS8天线部和GNSS接收机；用于控制所述GNSS接收单元、电源单元和无线电单元的通信控制单元，包括微型计算机部，时钟部，存储卡；所述时钟部中包含有时钟集成电路，所述时钟集成电路不间断工作，根据所述GNSS接收单元修正内部时刻；用于处理接收到的信号数据的数据处理单元，；用于为GNSS监测装置提供电源的电源单元，包括太阳能电池，蓄电池；用于传送GNSS卫星和所述GNSS接收单元之间信息的无线电单元，包括无线天线部和无线收发信机。
2、 根据权利要求1所述的GNSS监测装置，其特征在于，所述通信控制单元中的微型 计算机部包括中央处理器，保存GNSS卫星的参数信息的只读存储器，随机存储器，保存 时刻信息的寄存器。
3、 根据权利要求1所述的GNSS监测装置，其特征在于，所述时钟集成电路具体为石 英振荡回路。
4、 根据权利要求l-3中任一项所述的GNSS监测装置，其特征在于，所述时钟集成电 路不间断工作，根据所述GNSS接收单元修正内部时刻，具体通过启动所述中央处理器， 所述中央处理器监视所述GNSS接收单元，并依据所述GNSS接收单元对所述微型计算机 部中的寄存器中的时刻信息进行修正，从而实现修正时钟部的内部时刻。
5、 根据权利要求1-3中任一项所述的GNSS监测装置，其特征在于，不间断工作的所 述时钟集成电路根据所述GNSS接收单元每2小时修正一次内部时刻。
6、 一种时钟模块，其特征在于，所述时钟模块中包含有时钟集成电路； 所述时钟模块位于GNSS监测装置中，与所述GNSS监测装置中的寄存器相连接；所述寄存器保存时刻信息；所述时钟集成电路不间断工作，根据所述GNSS监测装置中的GNSS接收单元修正内部 时刻。
7、 根据权利要求6所述的时钟模块，其特征在于，不间断工作的所述时钟集成电路 根据所述GNSS接收单元每2小时修正一次内部时刻。
8、 根据权利要求6或7中任一项所述的时钟模块，其特征在于，不间断工作的所述时钟集成电路根据所述GNSS接收单元修正内部时刻，具体通过启动所述GNSS监测装置 中的中央处理器，所述中央处理器监视所述GNSS接收单元，并依据所述GNSS接收单元， 对所述寄存器中的时刻信息进行修正，从而实现修正时钟模块的内部时刻。
专利摘要本实用新型公开了一种GNSS监测装置及时钟模块，属于监测领域。GNSS监测装置包括GNSS接收单元，通信控制单元，包含微型计算机部，时钟部，存储卡，该时钟部中包含有时钟集成电路，该时钟集成电路不间断工作，根据GNSS接收单元修正内部时刻；电源单元，包含太阳能电池板，蓄电池；无线电单元，包含无线天线部和无线收发信机。时钟模块，包含有时钟集成电路；该时钟模块位于GNSS监测装置中，与GNSS监测装置中的寄存器相连接，寄存器保存时刻信息；该时钟集成电路不间断工作，根据GNSS监测装置中的GNSS接收单元修正内部时刻。本实用新型可以提高GNSS接收机对卫星的探索、捕捉和追尾等信息处理的速度。
文档编号G04G7/00GK201352258SQ200820123469
公开日2009年11月25日 申请日期2008年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者文 武, 角谷一明 申请人:文 武