基于北斗rdss系统的双向定时模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及北斗卫星技术，具体涉及一种基于北斗RDSS系统的双向定时模块。
【背景技术】
[0002]北斗一号卫星定位系统是我国建立的第一代卫星导航定位系统，具有定位、短报文通信和授时三大功能。该系统自2003年建成后，在国防建设和国民经济生产中发挥了巨大作用，尤其是其短报文通信功能，为边防、边远地区以及通信网络没有覆盖的地区提供了可靠的通信手段。但目前北斗一号的应用主要集中在定位和短报文通信方面，在授时方面还没有得到很好地推广应用，其主要原因是本领域还没有开发出性能更为先进并能够满足北斗授时精度的北斗一号授时型定时模块。
[0003]利用北斗一号卫星定位系统进行授时的原理基于对卫星信号传播延迟时间的精确测量。假设北斗授时用户位于北斗一号某卫星的下行波束覆盖区，用户接收地面控制中心(以下简称“控制中心”)播发的时间帧询问信号，一方面测出第η帧出站信号参考时标与本地钟秒信号的时间间隔Al(见图1)，一方面向中心控制系统转发响应信号，由中心控制系统测出信号的往返时间值△ 2，并计算出该信号由中心发出至定时模块收到的正向传播时延值?，再发给该用户及作为双向定时试验修正值，则用户可根据下式求得用户时钟与地面控制中心时钟的钟差Δ ε，进而得到精确时间:Δ ε = 1- Δ 1- ξ -η Δ to
[0004]上式中:Δ1为授时型用户设备实测值，nAt = nX31.24(ms)为帧号对应的时间，ξ为地面控制中心计算的信号正向传播时延。
[0005]北斗一号双向授时由于是立足于地面控制中心的原子钟以及对信号延迟的准确估计，因此双向授时要求的精度为20ns，高于美国GPS系统(GPS的授时精度立足于卫星钟和用户对信号延迟误差的估计，一般授时精度为50?100ns)。在地面控制中心将ξ计算出来并发送给用户时刻，用户可以得到满足精度要求的时间，并可以通过外部接口输出，一般输出信号为IPPS(每秒一脉冲)。但是对于北斗一号授时定时模块来说，由于受北斗一号卫星定位系统通信带宽所限，一般授时定时模块与地面控制中心之间只能一分钟通信一次，因此授时定时模块只能一分钟得到一次准确的时间信息。而在I分钟的其它时间内，定时模块只能根据机内的时间(频率)基准自己产生IPPS信号，因此如何保证时间基准的稳定，是实现高精度授时的关键。
[0006]根据地面控制中心给出的ξ计算出的时间的精度已接近20ns，因此在整分钟之间仍然要维持20ns精度的时间输出信号大约只有I?2ns的调节空间。根据分析只有时间(频率)基准的稳定度达到I X 10—11才能满足需求。一般时间(频率)基准都采用高精度石英频率标准或原子频率标准(如铷原子频率标准、铯原子频率标准)。原子频率标准的长期频率稳定度(稳定时间在I秒以上)优于任何石英频率标准，而通过优良设计的晶体振荡器的短期频率稳定度(I秒内)可以超过原子频率标准。北斗一号授时型定时模块输出的标准信号为1PPS，所以稳定度为长期稳定度。
[0007]目前北斗一号授时定时模块维持时间基准常用的方法有两种。一种方法是采用原子频率标准，即采用原子钟作为本机的时间基准。北斗一号授时定时模块首先通过双向定时确定整分钟时刻的满足精度要求的时间，在整分钟之间则利用原子钟维持时间，输出IPPS时间信号。由于原子频率标准的长期稳定度很高(一般为1X10—11或更高)，所以这种方法可以满足北斗一号双向授时精度要求，但是这种方法的缺点是原子频率标准的价格昂贵，最低也不少于7万元，导致北斗一号授时定时模块整机价格较高(目前价格在10万元左右)，不利于推广使用。
[0008]另外一种方法就是采用高精度恒温石英晶体频率标准，其优势是价格低。由于一般高精度恒温石英频率标准的稳定度为IX 10_9，无法满足北斗一号授时定时模块中维持时间基准精度要求，为了提高频率标准的稳定度，常采用一种称为晶体驯服的技术，就是根据准确的时间，如北斗一号双向授时给出的整秒时刻的时间，经过一段时间的对比统计，推断出以恒温石英晶体频率标准为基准的时钟的钟差、钟速和钟漂等参数，然后采用一定的算法对恒温石英晶体频率标准进行校准，从而提高其稳定度。在北斗一号双向型授时定时模块中，由于校准后的稳定度比原来稳定度提高两个数量级(从1X10_9提高到IX1H以难度非常大。这些都是目前国内还没有开发出更多技术成熟的北斗一号双向授时定时模块的主要原因。
【实用新型内容】
[0009]发明目的:本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于北斗RDSS系统的双向定时模块。
[0010]技术方案:本实用新型的一种基于北斗RDSS系统的双向定时模块，包括收发天线模块、收发通道模块、数字处理模块以及用户终端；
[0011]所述收发天线模块通过有源天线接收信号并传输至收发通道模块，以及通过有源天线将从收发通道模块接收的信号发射出去；
[0012]所述收发通道模块中包括第一射频放大电路和第二射频放大电路，第一射频放大电路将从收发天线模块收到的北斗卫星信号依次传输通过第一混频器、带通滤波器、自动增益控制电路、第二混频器、低通滤波器、基带放大电路和AD转换器得到数字量化的信号，然后再将信号传输至数字处理模块；
[0013]所述数字处理模块包括接收扩频码模块、数字正交下变频器和CPU，所述数字正交下变频器从数字处理模块接收数字信号，且数字正交下变频器上并联有信号捕获器、信号跟踪器和信号解扩器，解扩器解扩后的信号依次通过解调器和译码器后传输至CPU处理，所述CPU将处理后的数字信号依次发送至同步串口器、扩频调制器和码片形成器，然后再经由收发通道模块中的第一 DA转换器转为模拟信号，该模拟信号再依次通过低通滤波器、驱动放大器、BPSK调制器和第二射频放大电路，经过第二射频放大电路放大后的信号从收发天线模块发射出去；
[0014]所述用户终端与CPU之间相互连通。
[0015]进一步的，所述收发天线模块包括接收信号端和发射信号端；接收信号端通过有源天线将收到的北斗卫星信号依次传输至接收滤波器和低噪声放大器，然后传输至收发通道模块；发射信号端将依次通过发送滤波器滤波和功放器放大后的信号经有源天线发射出去。
[0016]进一步的，所述数字处理模块中还设有能量检测器，能量检测器的两端分别连接于AD转换器和第二 DA转换器，第二 DA转换器的另一端分别连接于自动增益控制电路和16.32MHZ参考源。当能量检测器发现接收信号能量小于门限时，调整本地时钟频点，从而跟踪射频频点以使接收机频点与卫星广播频点对齐。
[0017]为提高定时精度，将卫星射频信号进行两次下变频后进行采样，所述16.32MHZ参考源与数字正交下变频器之间设置有三倍频电路，16.32MHZ参考源的另一端还分别连接于两个本地时钟振荡电路，且该两个本地时钟振荡电路的另一端分别连接于第一混频器和第二混频器。
[0018]为了能在标准时刻发送串口信息给用户，以及发送扩频码用于调制，所述数字处理模块中还设有发送定时器，发送定时器分别连接于同步串口器和发送扩频编码器且发送扩频编码器与扩频调制器相连接。
[0019]进一步的，所述CPU与用户终端之间还分别连通有用户串口、调试串口、SM卡口和IPPS接P O
[0020]进一步的，还包括电源及接口电路；所述收发通道模块和数字处理模块均设有电压转换模块。
[0021]有益效果:与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0022](I)现有技术中，未对发送时刻进行调整，零值一致性不够精确。而本实用新型中的发送时刻的精确调整可用于修正各个定时模块之间的个体差异，使定时模块的零值一致性很好。
[0023](2)现有技术方案中，未对控制中心和卫星位置进行设定，在实际计算中，会带入相关误差。本实用新型中，定时模块中可以设定定时系统节点位置参数，进一步降低系统误差，提高定时精度。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型中的硬件连接框图；
[0025]图2为本实用新型中RDSS定时流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
[0027]如图1和图2所示，本实用新型的一种基于北斗RDSS系统的双向定时模块，包括收发天线模块、收发通道模块、数字处理模块以及用户终端；收发天线模块通过有源天线接收信号并传输至收发