一种多模高精度授时系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于全网时间同步领域，特别涉及一种多模高精度授时系统。本实用新型包括北斗授时单元、GPS授时单元、IRIG?B授时单元、驯服守时单元以及授时算法单元，所述北斗授时单元、GPS授时单元、IRIG?B授时单元均与授时算法单元之间双向通信连接，授时算法单元还与驯服守时单元之间双向通信连接；驯服守时单元包括驯服守时电路，在北斗秒脉冲信号、GPS秒脉冲信号、IRIG?B秒脉冲信号全部丢失的情况下，驯服守时电路进入守时状态，授时算法单元输出守时时间和守时秒脉冲。本实用新型采用北斗卫星时间、GPS卫星时间和IRIG?B码时间作为所述授时系统的外部时钟源，防止了当GPS卫星时间性能不稳定时所带来的困扰，而且本实用新型具有精度高、可靠性好、性能稳定的特点。
【专利说明】
一种多模高精度授时系统
技术领域
[0001]本实用新型属于全网时间同步领域，特别涉及一种多模高精度授时系统。
【背景技术】
[0002]全网时间同步主要是采用时间同步系统对网络内各时钟进行高精度授时，时间同步系统采用的时钟源和授时算法会直接影响所属网络授时的精确性和可靠性，而目前的时间基准基本上都依赖卫星时钟源GPS授时，鉴于GPS时间隶属于美国，GPS信号精度受美国军方控制，不能保证时刻提供准确可靠、性能稳定的卫星授时信号。因此，在GPS授时的基础上引入其他授时源并能够提供精度高、可靠性好、性能稳定的卫星授时系统将十分必要。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种多模高精度授时系统，本实用新型以卫星时间和IRIG-B码作为参考源，一旦丢失外部参考源，本实用新型将进入自动守时状态，而且本实用新型具有精度高、可靠性好、性能稳定的特点。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术措施:
[0005]—种多模高精度授时系统，包括北斗授时单元、GPS授时单元、IRIG-B授时单元、驯服守时单元、以及授时算法单元，所述北斗授时单元、GPS授时单元、IRIG-B授时单元的信号输出端均与授时算法单元的信号输入端相连，所述驯服守时单元与授时算法单元之间双向通信连接，所述授时算法单元的信号输出端输出授时时间和授时秒脉冲。
[0006]本实用新型还可以通过以下技术措施进一步实现。
[0007]优选的，所述北斗授时单元包括北斗卫星接收电路、第一电平转换电路、以及第一信号隔离电路，所述北斗卫星接收电路的信号输入端连接北斗卫星信号，北斗卫星接收电路的信号输出端连接第一信号隔离电路的信号输入端，所述第一电平转换电路的信号输出端连接北斗卫星接收电路、第一信号隔离电路的信号输入端，所述第一电平转换电路的信号输入端连接授时算法单元的信号输出端，所述第一信号隔离电路的信号输出端连接授时算法单元的信号输入端。
[0008]优选的，所述GPS授时单元包括GPS卫星接收电路、第二电平转换电路、以及第二信号隔离电路，所述GPS卫星接收电路的信号输入端连接GPS卫星信号，GPS卫星接收电路的信号输出端连接第二信号隔离电路的信号输入端，所述第二电平转换电路的信号输出端连接GPS卫星接收电路、第二信号隔离电路的信号输入端，所述第二电平转换电路的信号输入端连接授时算法单元的信号输出端，所述第二信号隔离电路的信号输出端连接授时算法单元的信号输入端。
[0009]优选的，所述IRIG-B授时单元包括第三电平转换电路和光电转换电路，所述光电转换电路的信号输入端连接IRIG-B码信号，光电转换电路的信号输入端连接第三电平转换电路的信号输出端，光电转换电路的信号输出端连接授时算法单元的信号输入端，所述第三电平转换电路的信号输入端连接授时算法单元的信号输出端。
[0010]进一步的，所述驯服守时单元包括第四电平转换电路、第三信号隔离电路、以及驯服守时电路，所述第四电平转换电路的信号输入端连接授时算法单元的信号输出端，所述第四电平转换电路的两个信号输出端分别连接第三信号隔离电路、驯服守时电路的信号输入端;所述第三信号隔离电路的信号输入端连接驯服守时电路的信号输出端，第三信号隔离电路的信号输出端连接授时算法单元的信号输入端;所述驯服守时电路的信号输入端连接授时算法单元的信号输出端。
[0011]进一步的，所述授时算法单元包括微处理器、电源转换电路、状态指示电路、输出接口电路、以及第四信号隔离电路，所述微处理器的信号输入端连接第一信号隔离电路、第二信号隔离电路、光电转换电路、第三信号隔离电路、电源转换电路的信号输出端，所述微处理器的信号输出端连接驯服守时电路、状态指示电路、输出接口电路的信号输入端;所述电源转换电路的信号输出端连接第一电平转换电路、第二电平转换电路、第三电平转换电路、第四电平转换电路的信号输入端;所述输出接口电路的信号输出端连接第四信号隔离电路的信号输入端，所述第四信号隔离电路的信号输出端输出授时时间和授时秒脉冲。
[0012]进一步的，所述北斗卫星接收电路的型号为中国泰斗微电子科技有限公司生产的TD3020T模块，所述GPS卫星接收电路的型号为瑞士 U-blox公司生产的LEA-M8T模块，所述驯服守时电路的型号为中国天马电讯科技有限公司生产的CM5503时钟模块，所述微处理器型号为美国Microsemi公司生产的SmartFus1n2系列的M2S025T芯片。
[0013]本实用新型的有益效果在于:
[0014]I)、本实用新型包括北斗授时单元、GPS授时单元、IRIG-B授时单元、驯服守时单元、以及授时算法单元，所述北斗授时单元、GPS授时单元、IRIG-B授时单元均与授时算法单元之间双向通信连接，所述授时算法单元还与驯服守时单元之间双向通信连接;本实用新型采用北斗卫星时间、GPS卫星时间和IRIG-B码时间作为所述授时系统的外部时钟源，防止了当GPS卫星时间性能不稳定时所带来的困扰，而且本实用新型具有精度高、可靠性好、性能稳定的特点。
[0015]值得特别指出的是:本实用新型只保护由上述物理部件以及连接各个物理部件之间的线路所构成的装置或者物理平台，而不涉及其中的软件部分。
[0016]2)、所述驯服守时单元包括驯服守时电路，在北斗秒脉冲信号、GPS秒脉冲信号、IRIG-B秒脉冲信号全部丢失的情况下，所述驯服守时电路进入守时状态，而且本实用新型可将授时系统无缝切换到其他未丢失的外部时钟源或本地系统时间，保证时间系统输出的时间的可靠性和稳定性;而且本实用新型依据驯服守时功能可以确保本实用新型输出高精度的时间。
[0017]3)、所述北斗卫星接收电路的型号为中国泰斗微电子科技有限公司生产的TD3020T模块，所述GPS卫星接收电路的型号为瑞士 U-blox公司生产的LEA-M8T模块，所述驯服守时电路的型号为中国天马电讯科技有限公司生产的CM5503时钟模块，所述微处理器型号为美国Microsemi公司生产的SmartFus1n2系列的M2S025T芯片。上述多个特定型号的部件互相配合，实现了本实用新型的最优设计。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型系统连接示意图；
[0019]图2为本实用新型系统原理图；
[0020]图3为本实用新型授时方法处理流程图。
[0021 ]图中标记符号的含义如下:
[0022]10—北斗授时单元 11一北斗卫星接收电路
[0023]12—第一电平转换电路13—第一信号隔离电路
[0024]20—GPS授时单元21 — GPS卫星接收电路
[0025]22—第二电平转换电路23—第二信号隔离电路
[0026]30—IRIG-B授时单元 31—第三电平转换电路
[0027]32—光电转换电路 40—驯服守时单元
[0028]41 一第四电平转换电路42—第三信号隔离电路
[0029]43—驯服守时电路 50—授时算法单元
[0030]51—微处理器52—电源转换电路
[0031]53—状态指示电路 54—输出接口电路
[0032]55—第四信号隔离电路
【具体实施方式】
[0033]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0034]如图1所示，一种多模高精度授时系统，包括北斗授时单元10、GPS授时单元20、IRIG-B授时单元30、驯服守时单元40、以及授时算法单元50，其中，
[0035]北斗授时单元10，用于接收北斗卫星信号，并输出符合NMEA0183协议的北斗时间信号以及北斗秒脉冲信号至授时算法单元50的信号输入端;GPS授时单元20，用于接收GPS卫星信号，并输出符合NMEAO183协议的GPS时间信号以及GPS秒脉冲信号至授时算法单元50的信号输入端；IRIG-B授时单元30，用于接收IRIG-B码信号，并输出符合IRIG-B码协议的IRIG-B直流码至授时算法单元50的信号输入端;驯服守时单元40，用于接收北斗秒脉冲信号、GPS秒脉冲信号、以及IRIG-B秒脉冲信号，并输出驯服后的秒脉冲信号至授时算法单元50的信号输入端，所述驯服守时单元40与授时算法单元50之间双向通信连接;授时算法单元50，用于将所述IRIG-B直流码解算为IRIG-B时间信号和IRIG-B秒脉冲信号，并判断所述北斗时间信号、GPS时间信号、以及IRIG-B时间信号的有效性，从而得到有效的北京时间，最终输出授时时间和授时秒脉冲，所述授时算法单元50的信号输入端连接北斗授时单元10、GPS授时单元20、IRIG-B授时单元30的信号输出端。
[0036]如图2所示，所述北斗授时单元10包括北斗卫星接收电路11、第一电平转换电路12、以及第一信号隔离电路13，所述北斗卫星接收电路11用于接收北斗卫星信号，北斗卫星接收电路11的信号输出端连接第一信号隔离电路13的信号输入端，所述第一电平转换电路12的信号输出端连接北斗卫星接收电路11、第一信号隔离电路13的信号输入端，所述第一电平转换电路12的信号输入端连接授时算法单元50的信号输出端，所述第一信号隔离电路13的信号输出端连接授时算法单元50的信号输入端。
[0037]如图2所示，所述GPS授时单元20包括GPS卫星接收电路21、第二电平转换电路22、以及第二信号隔离电路23，所述GPS卫星接收电路21用于接收GPS卫星信号，GPS卫星接收电路21的信号输出端连接第二信号隔离电路23的信号输入端，所述第二电平转换电路22的信号输出端连接GPS卫星接收电路21、第二信号隔离电路23的信号输入端，所述第二电平转换电路22的信号输入端连接授时算法单元50的信号输出端，所述第二信号隔离电路23的信号输出端连接授时算法单元50的信号输入端。
[0038]如图2所示，所述IRIG-B授时单元30包括第三电平转换电路31和光电转换电路32，所述光电转换电路32用于接收IRIG-B码信号，光电转换电路32的信号输入端连接第三电平转换电路31的信号输出端，光电转换电路32的信号输出端连接授时算法单元50的信号输入端，所述第三电平转换电路31的信号输入端连接授时算法单元50的信号输出端。
[0039]如图2所示，所述驯服守时单元40包括第四电平转换电路41、第三信号隔离电路42、以及驯服守时电路43，所述第四电平转换电路41的信号输入端连接授时算法单元50的信号输出端，第四电平转换电路41的两个信号输出端分别连接第三信号隔离电路42、驯月艮守时电路43的信号输入端;所述第三信号隔离电路42的信号输入端连接驯服守时电路43的信号输出端，第三信号隔离电路42的信号输出端连接授时算法单元50的信号输入端;所述驯服守时电路43的信号输入端连接授时算法单元50的信号输出端。
[0040]如图2所示，所述授时算法单元50包括微处理器51、电源转换电路52、状态指示电路53、输出接口电路54、以及第四信号隔离电路55，所述微处理器51的信号输入端连接第一信号隔离电路13、第二信号隔离电路23、光电转换电路32、第三信号隔离电路42、电源转换电路52的信号输出端，微处理器51的信号输出端连接驯服守时电路43、状态指示电路53、输出接口电路54的信号输入端，所述电源转换电路52的信号输出端还连接第一电平转换电路12、第二电平转换电路22、第三电平转换电路31、第四电平转换电路41的信号输入端;所述第四信号隔离电路55的信号输入端连接输出接口电路54的信号输出端。
[0041 ]所述北斗卫星接收电路11的型号为中国泰斗微电子科技有限公司生产的TD3020T模块，所述TD3020T模块支持BD2/GPS双模授时定位模块，通过串口输出匪EA数据并给出IPPS授时信号，授时精度可达30ns;所述GPS卫星接收电路21的型号为瑞士 U-blox公司生产的LEA-M8T模块，所述LEA-M8T模块支持BD2/GPS等多模授时定位模块，通过串口输出NMEA数据并给出IPPS授时信号，授时精度可达20ns;所述驯服守时电路43的型号为中国天马电讯科技有限公司生产的CM5503时钟模块，所述CM5503时钟模块IPPS输出守时能力小于3.5us，脉冲宽度为100ms，具有频率锁定速度快、准确度高的特点；所述微处理器51型号为美国Microsemi公司生产的SmartFus1n2系列的M2S025T芯片，所述M2S025T芯片内部集成FPGA和ARM硬核处器Cortex-M3，FPGA管脚映射灵活、逻辑程序并行运行、以及处理速度快等特点满足本实用新型对外部输入信号的并行处理，提高所述系统运行效率和精度，所述ARM硬核处理器可减少所述授时方法开发难度，增强其程序可移植性，有利于二次开发。
[0042]本实用新型在使用时，可以与现有技术中的软件配合来进行使用。下面结合现有技术中的软件对本实用新型的工作原理进行描述，但是必须指出的是:与本实用新型相配合的软件不是本实用新型的创新部分，也不是本实用新型的组成部分。
[0043]如图3所示，一种多模高精度授时系统的授时方法的实施具体包括以下步骤:
[0044]S1、所述微处理器51收到第一信号隔离电路13输出的北斗时间信号，所述北斗时间信号如:
[0045]lBDRMC,031054.00,A,3151.67797,N,11714.51358,E,0.022,,021115,,，D*67”
[0046]根据NMEA0183协议解析所述北斗时间信号并判断其有效性，如第三个“，”对应的是“A”，则该时间信号有效，并将该时间信号解算成标准北京时间存入北斗时间缓存中，如BDBuf[]=”2015，02，ll ,031054”，表示北京时间2015年2月11日3时10分54秒，并设置北斗时间标志为有效，如BDVaI id = I;否则设置北斗时间标志为无效，如BDVaIid = O;
[0047]S2、所述微处理器51收到第二信号隔离电路23输出的GPS时间信号，所述GPS时间信号如:
[0048]1GPRMC,031054.00,A,3151.67797,N,11714.51358,E,0.022,,021115,,，D*76”
[0049]根据NMEA0183协议解析所述GPS时间信号并判断其有效性，如第三个“，”对应的是“A”，则该时间信号有效，并将所述时间信号解算成标准北京时间并存入北斗时间缓存中，如GPSBuf []=” 2015 ,02 ,11,031054”，表示北京时间2015年2月11日3时10分54秒，并设置GPS时间标志为有效，如GPSVaI id = I;否则设置GPS时间标志为无效，如GPSVaIid = O;
[0050]S3、所述微处理器51收到光电转换电路32输出的IRIG-B直流码，微处理器51根据IRIG-B码协议解算出IRIG-B时间信号和IRIG-B秒脉冲信号，所述微处理器51解析IRIG-B时间信号并判断其有效性；若有效，则将所述IRIG-B时间信号解算成标准北京时间并存入IRIG-B时间缓存中，如IRIGBBuf []=”2015,02,11,031054”，表示北京时间2015年2月 11 日3时10分54秒，且设置IRIG-B时间标志为有效，如IRIGBValid= I;否则设置IRIG-B时间标志为无效，如IRIGBValid = O;
[0051 ] S4、所述微处理器51判断北斗时间标志、GPS时间标志、IRIG-B时间标志是否有效；若北斗时间标志为有效，如BDValid= I，则将北斗时间缓存中的标准北京时间设置为本地系统时间，如LOCALBuf [] =BDBuf [] ="2015,02,11,031054”，微处理器51并将第一信号隔离电路13输出的北斗秒脉冲信号送入驯服守时电路43;
[0052]否则，若北斗时间标志为无效且GPS时间标志为有效，如BDValid = O ,GPSVal id =I，则将GPS时间缓存中的标准北京时间设置为本地系统时间，如LOCALBuf [ ] =GPSBuf []=”2015，02，11,031054”，并将第二信号隔离电路23输出的GPS秒脉冲信号送入驯服守时电路43;
[0053]否则，若北斗时间标志、G P S时间标志均为无效，且IRIG - B时间标志为有效，如BDValid = O，GPSValid = 0,IRIGBValid= I，则将IRIG-B时间缓存中的标准北京时间设置为本地系统时间，如LOCALBuf [] = IRIGBBuf [] =”2015,02,11,031054”，并将IRIG-B秒脉冲信号送入驯服守时电路43;
[0054]若北斗时间标志、GPS时间标志、IRIG-B时间标志均为无效，所述微处理器51重新从步骤SI开始执行；
[0055]S5、在以上S1、S2、S3、S4任意步骤中，若所述微处理器51的响应来自第三信号隔离电路42输出的本地秒脉冲信号，则微处理器51进入秒脉冲中断处理程序，本地系统时间自加一秒钟，如LOCALBuf []=”2015,02，11,031055”，输出本地系统时间LOCALBuf，再退出中段处理程序，所述微处理器51从执行此步骤S5前一步的下一步继续执行。
【主权项】
1.一种多模高精度授时系统，其特征在于:包括北斗授时单元(10)、GPS授时单元(20)、IRIG-B授时单元(30)、驯服守时单元(40)、以及授时算法单元(50)，所述北斗授时单元(10)、GPS授时单元(20)、IRIG-B授时单元(30)的信号输出端均与授时算法单元(50)的信号输入端相连，所述驯服守时单元(40)与授时算法单元(50)之间双向通信连接，所述授时算法单元(50)的信号输出端输出授时时间和授时秒脉冲。2.如权利要求1所述的一种多模高精度授时系统，其特征在于:所述北斗授时单元(10)包括北斗卫星接收电路(11)、第一电平转换电路(12)、以及第一信号隔离电路(13)，所述北斗卫星接收电路(11)的信号输入端连接北斗卫星信号，北斗卫星接收电路(11)的信号输出端连接第一信号隔离电路(13)的信号输入端，所述第一电平转换电路(12)的信号输出端连接北斗卫星接收电路(11)、第一信号隔离电路(13)的信号输入端，所述第一电平转换电路(12)的信号输入端连接授时算法单元(50)的信号输出端，所述第一信号隔离电路(13)的信号输出端连接授时算法单元(50)的信号输入端。3.如权利要求2所述的一种多模高精度授时系统，其特征在于:所述GPS授时单元(20)包括GPS卫星接收电路(21)、第二电平转换电路(22)、以及第二信号隔离电路(23)，所述GPS卫星接收电路(21)的信号输入端连接GPS卫星信号，GPS卫星接收电路(21)的信号输出端连接第二信号隔离电路(23)的信号输入端，所述第二电平转换电路(22)的信号输出端连接GPS卫星接收电路(21)、第二信号隔离电路(23)的信号输入端，所述第二电平转换电路(22)的信号输入端连接授时算法单元(50)的信号输出端，所述第二信号隔离电路(23)的信号输出端连接授时算法单元(50)的信号输入端。4.如权利要求3所述的一种多模高精度授时系统，其特征在于:所述IRIG-B授时单元(30)包括第三电平转换电路(31)和光电转换电路(32)，所述光电转换电路(32)的信号输入端连接IRIG-B码信号，光电转换电路(32)的信号输入端连接第三电平转换电路(31)的信号输出端，光电转换电路(32)的信号输出端连接授时算法单元(50)的信号输入端，所述第三电平转换电路(31)的信号输入端连接授时算法单元(50)的信号输出端。5.如权利要求4所述的一种多模高精度授时系统，其特征在于:所述驯服守时单元(40)包括第四电平转换电路(41)、第三信号隔离电路(42)、以及驯服守时电路(43)，所述第四电平转换电路(41)的信号输入端连接授时算法单元(50)的信号输出端，所述第四电平转换电路(41)的两个信号输出端分别连接第三信号隔离电路(42)、驯服守时电路(43)的信号输入端;所述第三信号隔离电路(42)的信号输入端连接驯服守时电路(43)的信号输出端，第三信号隔离电路(42)的信号输出端连接授时算法单元(50)的信号输入端;所述驯服守时电路(43)的信号输入端连接授时算法单元(50)的信号输出端。6.如权利要求5所述的一种多模高精度授时系统，其特征在于:所述授时算法单元(50)包括微处理器(51)、电源转换电路(52)、状态指示电路(53)、输出接口电路(54)、以及第四信号隔离电路(55)，所述微处理器(51)的信号输入端连接第一信号隔离电路(13)、第二信号隔离电路(23)、光电转换电路(32)、第三信号隔离电路(42)、电源转换电路(52)的信号输出端，所述微处理器(51)的信号输出端连接驯服守时电路(43)、状态指示电路(53)、输出接口电路(54)的信号输入端;所述电源转换电路(52)的信号输出端连接第一电平转换电路(12)、第二电平转换电路(22)、第三电平转换电路(31)、第四电平转换电路(41)的信号输入端;所述输出接口电路(54)的信号输出端连接第四信号隔离电路(55)的信号输入端，所述第四信号隔离电路(55)的信号输出端输出授时时间和授时秒脉冲。7.如权利要求6所述的一种多模高精度授时系统，其特征在于:所述北斗卫星接收电路(11)的型号为中国泰斗微电子科技有限公司生产的TD3020T模块，所述GPS卫星接收电路(21)的型号为瑞士 U-b 1x公司生产的LEA-M8T模块，所述驯服守时电路(43)的型号为中国天马电讯科技有限公司生产的CM5503时钟模块，所述微处理器(51)型号为美国Microsemi公司生产的SmartFus1n2系列的M2S025T芯片。
【文档编号】G04R20/04GK205539995SQ201620099599
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】陈伟, 陈仿杰, 孟宪伟, 王宇, 王世臣, 唐述强, 李端超, 黄少雄, 范晓东, 范兴民, 廖芹, 赵娟, 郑智雄, 梁本仁
【申请人】安徽四创电子股份有限公司, 国网安徽省电力公司