基于卫星授时的可驯服铷原子钟同步时钟设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种同步时钟装置，具体地说是一种基于卫星授时的可驯服铷原子钟同步时钟设备。
【背景技术】
[0002]卫星授时不仅在地球自转变化等地球动力学研究、相对论研究、脉冲星周期研究和人造卫星动力学测地等基础研究领域有重要的作用，而且在国防和国民经济建设中也具有普遍的应用，在当代社会中越来越需要正确的时间信息对系统的时间进行校正，例如在金融业界服务器、航天航空控制计算机等需要高精度的时间信息。随着现代数字通信网的发展和信息高速公路的高速发展，各行业对高精度时间频率提出了更高要求。
[0003]高精度授时是军事、电力、通信、交通等各行业系统运行的安全保障。高精度时钟源对国家的经济运行、通信网络是十分重要的。在各种时间同步技术中，卫星授时由于具有覆盖面广和频率基准精度高的优势而得到广泛的应用。目前基于卫星授时的同步时钟设备都是采用多套天线系统接受多种卫星信号，为了满足卫星授时系统中各个钟的精确同步还需要一个准确、稳定和可靠的时间参考，现阶段的基于卫星授时的同步时钟设备时间参考源稳定性较差，影响了卫星授时的准确度。此外，既增加了成本，又造成了同步时钟设备结构的复杂化，加大了设备的维修难度。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是提供一种基于卫星授时的可驯服铷原子钟同步时钟设备，以解决现有的基于卫星授时的同步时钟设备中存在的卫星授时准确度低、设备成本较高和不便于维修的问题。
[0005]本实用新型是这样实现的:
[0006]—种基于卫星授时的可驯服铷原子钟同步时钟设备，包括一体化天线单元和主机单元；
[0007]所述一体化天线单元包括壳体、基板、天线模块、天线多工器和功率放大器，所述基板、所述天线模块、所述天线多工器和与所述天线多工器连接的功率放大器设置在所述壳体内部，所述天线模块设置在所述基板的顶部，包括用于接收北斗BI频点导航信号和GPSLI频点导航信号的GNSS接收天线、用于接收S频段的RDSS信号的RDSS接收天线和用于发射L频段的RDSS信号的RDSS发射天线，所述GNSS接收天线、所述RDSS接收天线和所述RDSS发射天线采用叠层结构设置;所述天线多工器和所述功率放大器设置在所述基板的底部，所述天线多工器包括LNA放大器组和用于将经放大的北斗BI频点导航信号、GPS LI频点导航信号和S频段的RDSS信号汇集到同一电缆输出的多工器；
[0008]所述主机单元包括:
[0009]RDSS通信模块，用于进行北斗RDSS短报文通信，包括与所述天线多工器中的多工器电缆连接的用于将一线制送来的信号分路成多路不同频段信号通道的收发多工器、与所述收发多工器连接的射频通道单元和与所述射频通道单元连接的数字信号处理器；
[0010]GNSS定位授时模块，用于接收北斗BI频点信号和GPS LI频点信号并对铷钟进行控制和驯服，包括与所述收发多工器连接的B1/L1定位授时机和与所述B1/L1定位授时机连接的微控制器；
[0011 ]铷钟授时模块，与所述GNSS定位授时模块的所述微控制器连接，其内部设置有铷原子振荡器；
[0012]显示控制模块，用于显示经玮度和时间等定位结果、卫星信号强度、接收短信内容、设备自检状况和告警指示等，与所述微控制器连接，包括显示屏、指示灯、按键、开关和CPU；
[0013]数据交换扩展模块，与所述微控制器连接，用于提供NTP网络时间同步服务以及接收并转发主控或者远控串口的信号到显示控制模块中的CPU，包括接口转换器、串口模块和NTP网络模块；
[0014]1PPS/B码分路切换模块，与所述铷钟授时模块连接，用于接收经GNSS定位授时模块校准后的IPPS或者直流B码并通过数据交换扩展模块送至各路外部接口 ；以及
[0015]电源模块，用于为所述主机单元的工作提供电源。
[0016]所述串口模块的串口电平转换芯片均采用RS422电平转换芯片。
[0017]所述RDSS通信模块通过串行数据接口与显示控制模块通信连接。
[0018]所述LNA放大器组包括用于接收并放大所述GNSS接收天线输出信号的第一LNA放大器、用于接收并放大所述RDSS接收天线输出信号的第二 LNA放大器。
[0019]本实用新型中用于发射L频段的RDSS信号的RDSS发射天线，所述GNSS接收天线、所述RDSS接收天线和所述RDSS发射天线采用叠层结构设置，其结构紧密，重量较轻，能够在占用体积较小的情况下增大天线的覆盖面积。GNSS定位授时模块具有本控和远控两种控制模式，其输出的IPPS脉冲和IRIG-B码可以通过本控或远控进行切换以驯服铷钟。铷钟授时模块与GNSS定位授时模块的微控制器连接，GNSS定位授时模块接收北斗BI频点信号和GPSLI频点信号并输出的IPPS脉冲作为本地铷钟的参考信号，驯服本地铷钟，通过驯服环路使得本地Ipps信号与外参考Ipps信号同步。另外，RDSS通信模块能够实现与其他具有北斗RDSS功能的用户机互相通信。本实用新型的主机单元采用现代闭环控制守时理论和卡尔曼数字滤波技术，利用外部时间基准对铷钟进行控制和驯服。系统输出的IPPS信号由内部时钟源分频得到，使输出的IPPS信号同步于外部时间基准输出的IPPS信号的长期稳定值，克服了由于外部时间基准的秒脉冲信号跳变所带来的影响，因此，输出的时间信号不但与外部时间基准信号保持同步而且更加稳定。采用了闭环控制守时技术，系统具有自我学习功能，记住恒温晶振的老化等漂移特性，即便授时模块参考信号中断或出现干扰故障后，仍能在一定时间内输出精确的时间同步信号和频率标准信号，实现高精度的守时。
[0020]通过本实用新型可以实现多种功能:独特的跟踪及守时算法，使设备具有优良的输出性能和可靠性;采用高精度TIE测量技术，分辨率达0.1ns，系统精度Ins;能够实现卫星完好性监测、时基卫星可用性监控、时基绝对相差监测、相位跳变监控、本地振荡器性能监控和输出信号性能降质监控。
[0021]本实用新型结构简单紧凑，具有高精度和高可靠性的优点，其输出的定位结果和授时结果的稳定度和准确度较高。此外，主机单元中的各模块之间工作相对独立，其接口关系简捷明了、便于维护，有助于提高整机的可靠性和可维修性。本实用新型通过对北斗导航系统和GPS导航系统的信号强度进行比较后选择最优的卫星导航信号，使用最优导航系统的定时信号对本机进行时间同步，产生IRIG-B码信号和IPPS同步脉冲信号，还可以进行NTP网络授时，既提高了定位精度和授时能力，又延长了设备的工作时间。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型的结构不意图。
[0023]图2是本实用新型的主机壳体前面板的结构示意图。
[0024]图3是本实用新型的工作原理框架图。
[0025]图4是本实用新型的RDSS通信模块的工作原理图。
[0026]图5是本实用新型GNSS定位授时模块的工作原理图。
[0027]图中:1、一体化天线单元;2、主机单元;3、壳体;4、基板;5、天线模块；6、天线多工器;7、功率放大器;8-1、第一 LNA放大器;8-2、第二 LNA放大器;9、多工器；10、RDSS通信模块；10-1、收发多工器;10-2、射频通道单元；10-3、数字信号处理器;11、GNSS定位授时模块;11-1、BI /LI定位授时机；11 -2、微控制器；12、铷钟授时模块；13、显示控制模块；13-1、显示屏；13-201、电源指示灯；13-202、IPPS指示灯；13-203、锁定指示灯；13-204、告警指示灯；13-3、电源开关；14、数据交换扩展模块；14-1接口转换器；14-201、定位数据端口； 14-202、远控监控端口； 14-203、IRIG-B/1PPS端口； 14-3、NTP网络模块；15、1PPS/B码分路切换模块；16、电源模块;17、串行数据接口。
【具体实施方式】
[0028]如图1和图3所示，一种基于卫星授时的可驯服铷原子钟同步时钟设备，包括一体化天线单元I和主机单元2; —体化天线单元I包括壳体3、基板4、天线模块5、天线多工器6和功率放大器7，基板4、天线模块5、天线多工器6和与天线多工器6连接的功率放大器7设置在壳体3内部，天线模块5设置在基板4的顶部，包括用于接收北斗BI频点导航信号和GPS LI频点导航信号的GNSS接收天线、用于接收S频段的RDSS信号的RDSS接收天线和用于发射L频段的RDSS信号的RDSS发射天线，GNSS接收天线、RDSS接收天线和RDSS发射天线采用叠层结构设置;天线多工器6和功率放大器7设置在基板4的底部，天线多工器7包括LNA放大器组和用于将经放大的北斗BI频点导航信号、GPS LI频点导航信号和S频段的RDSS信号汇集到同一电缆输出的多工器9，LNA放大器组包括用于接收并放大GNSS接收天线输出信号的第一LNA放大器8-1、用于接收并放大RDSS接收天线输出信号的第二 LNA放大器8-2。
[0029]如图1、图2和图3所示，主机单元2包括RDSS通信模块10、GNSS定位授时模块11、铷钟授时模块12、显示控制模块13、数据交换扩展模块14、1PPS/B码分路切换模块15和电源模块16。主机单元2还包括主机壳体，主机单元2的各模块都设置在主机壳体内。显示控制模块13用于显示经玮度和时间等定位结果、卫星信号强度、接收短信内容、设备自检状况和告警指示等，与微控制器连接，包括显示屏13-1、指示灯、按键、电源开关13-3和CPU，显示屏13-
1、指示灯、按键、电源开关13-3都设置在主机壳体的前面板上。其中，按键主要控制时区设置和置钟等内容。指示灯包括电源指示灯OlUPPS指示灯02、锁定指示灯03和告警指示灯
04。在开启本主机后，电源指示灯01有两种状态，电源正常时电源指示灯01显示为绿色，电源异常时电源指示灯Ol熄灭;在开启本主机后，IPPS指示灯02有两种状态，系统IPPS功能正常时IPPS指示灯02闪烁，系统IPPS功能异常时IPPS指示灯