专利名称：Gps北斗双模精密网络时钟的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种GPS北斗双模精密网络时钟，该时钟可实现从GPS和北斗卫 星系统获得标准时间UTC，不仅可输出传统的脉冲等时间码，还可以输出目前世界上最先进 的网络对时信号PTP (Precision Time Protocol，即IEEE 1588)，属于通信技术领域。
背景技术：
随着电子通信技术的迅速发展，许多行业对时间精度的要求越来越高。特别是在 通信、电力、交通、金融等领域，精确的时间信号是各种自动化设备正常运行的必要保障，毫 秒甚至微秒级的时间偏差都有可能导致系统工作异常，造成无法挽回的损失。目前针对这一问题普遍的解决方案是建立时间同步系统。即通过GPS或其它卫星 系统获得绝对时间UTC，再将该系统时间应用于各系统，使得该系统内有时间标记需求的设 备都使用同一个时间参照体系，从而实现各类设备时间的一致。当前应用最成熟的是GPS卫星对时技术。GPS是美国的全球卫星导航系统，由24 颗在空间运行的GPS卫星和地面控制站组成。在地球表面任意地点、任何时间GPS卫星信 号接收器都可收到足够数量(至少四颗)的GPS卫星信号。尽管GPS系统已经相当成熟， 但它毕竟受美国军方的控制，美国也从未向任何国家就该系统的可靠性做出过承诺。同时， 近年来美国官方也不断公布GPS系统由于系统寿命等原因可能即将出现瘫痪的问题。鉴于 此，采用GPS/北斗双模接收很有必要。时间同步的信号类型包括通过普通电缆传输的脉冲、IRIG-B、串口报文和基于 TCP/IP双向传输的网络对时协议NTP和PTP等。脉冲、IRIG-B和串口报文的对时方式已经 广泛应用于通信、电力等很多领域，已经是非常成熟的对时技术。NTP也已被广泛应用于许 多领域，其突出优势在于其可以在任意IP网络中实现时间同步，而其劣势则表现在其对时 精度只有毫秒级。而PTP不仅具有NTP双向时延自动补偿的能力，更重要的是其精度为纳 秒级。而纳秒级的对时精度已经可以满足几乎所有领域的对时要求。PTP (Precision Time Protocol)协议，也称为IEEE 1588，该标准在提出之初是致 力于工控和测量的精密时钟同步协议标准，目标是提供亚微秒的同步精度应用。后来该标 准受到了自动化领域尤其是分布式运动控制领域的关注，并且国际上在军事领域的应用已 经起步，远程通信和电力系统等相关组织也对其表现出浓厚的兴趣。更加值得注意的是，PTP协议是一种基于TCP/IP的网络协议，数据网络无以伦比 的灵活性已使其成为各领域最主要的通信方式。传统的脉冲、IRIG-B等硬对时方式只能局 限于很小领域的时间同步，且不易管理，它必将被基于数据网传输的PTP对时方式所取代。 特别是随着3G通信的到来，PTP技术的应用将得到空前发展。
发明内容本实用新型的目的是提供一种以GPS/北斗双卫星系统为时间基准的时钟，除可 以输出传统的脉冲等时间信号之外，还可以输出目前世界上最先进的网络对时信号PTP。[0009]为了达到上述目的，本实用新型的产品技术方案是提供了一种GPS北斗双模精密 网络时钟，包括GPS/北斗双模接收机，其特征在于，GPS/北斗双模接收机连接FPGA单元， FPGA单元分别连接合成器、振荡器和秒脉冲发生器。进一步，所述FPGA单元连接PTP协议栈模块，PTP协议连接TCP/IP协议栈模块， TCP/IP协议栈模块连接MAC单元，MAC单元连接PHY单元，时标引擎分别连接PTP协议栈模 块以及PHY单元。所述FPGA包含有大量的软件算法，对来自GPS/北斗双模接收机的各种消息和时 间进行处理。GPS/北斗双模接收机所提供的信息远比单纯GPS接收机或北斗接收机要复 杂，涉及到不同系统卫星的切换及工作状态的判断等。并且对时间信号进行抖动滤除，进一 步提高时间精度。FPGA同时对PTP信息进行处理。本实用新型采用分层结构设计，如PHY单元、MAC单元、TCP/IP协议栈模块、 PTP(1588v2)协议栈模块等，充分保证了 PTP时间的高精度要求。本实用新型的优点在于1.实现了一台时钟GPS/北斗双模冗余输入，提高系统的可靠性；2.除可输出传统的时间信号如脉冲外，主要实现了高精度网络时间的输出；3. FPGA包含大量的软件算法对GPS/北斗接收机所输出的各种状态/控制信息进 行处理；4.支持SNMP告警、干接点告警。
图1为本实用新型提供的一种GPS北斗双模精密网络时钟的连接示意图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本实用新型。实施例如图1所示，为本实用新型提供的一种GPS北斗双模精密网络时钟，包括GPS/北 斗双模接收机，本实用新型的产品技术方案是提供了一种GPS/北斗双模输入PTP时间同步 组网时钟，包括GPS/北斗双模接收机，GPS/北斗双模接收机连接FPGA单元，FPGA单元连接 合成器、振荡器和秒脉冲发生器。对于PTP时间的处理是由FPGA单元完成的，为确保其精度，采用了分层设计的思 想。所述FPGA单元连接PTP(1588v2)协议栈模块，PTP (1588v2)协议连接TCP/IP协议栈模 块，TCP/IP协议栈模块连接MAC单元，MAC单元连接PHY单元。时标引擎连接PTP(1588v2) 协议栈模块以及PHY单元。所述FPGA包含有大量的软件算法，对来自GPS/北斗双模接收机的各种消息和时 间进行处理。GPS/北斗双模接收机所提供的信息远比单纯GPS接收机或北斗接收机要复 杂，涉及到不同系统卫星的切换及工作状态的判断等。并且对时间信号进行抖动滤除，进一 步提高时间精度。FPGA同时对PTP信息进行处理。PTP(Precision Time Protocol, IEEE 1588)即精密时间协议。IEEE1588 定义了 一个在测量和控制网络中，与网络交流、本地计算和分配对象有关的精确同步时钟的协议(PTP, Precision Time Protocol)。此协议并不是排外的，它特别适合于基于以太网的技术，精度可达到纳秒。它使用时间印章来同步本地时间的机制。即使在网络通信时同步控 制信号产生一定的波动，通过采用相应软件算法，它所达到的精度仍可满足要求，这使得它 尤其适用于基于以太网的系统。PTP继承了 NTP基于以太网的低花费模式，同时又提供优 于IRIG-B的对时精确度，并且PTP能在普通网络中传输，不会产生影响太多的时延和抖动。 实验表明这种技术时间校准精度在选择优质的时间接收装置后目前可以达到1 μ s，今后还 可以进一步提高。 其中FPGA单元包含有用于PTP处理的相关软件和算法。
权利要求一种GPS北斗双模精密网络时钟，包括GPS/北斗双模接收机，其特征在于，GPS/北斗双模接收机连接FPGA单元，FPGA单元分别连接合成器、振荡器和秒脉冲发生器。
2.如权利要求1所述的一种GPS北斗双模精密网络时钟，其特征在于，所述FPGA单元 连接PTP协议栈模块，PTP协议连接TCP/IP协议栈模块，TCP/IP协议栈模块连接MAC单元， MAC单元连接PHY单元，时标引擎分别连接PTP协议栈模块以及PHY单元。
专利摘要本实用新型涉及一种GPS北斗双模精密网络时钟，包括GPS/北斗双模接收机，其特征在于，GPS/北斗双模接收机连接FPGA单元，FPGA单元分别连接合成器、振荡器和秒脉冲发生器。本实用新型的优点在于实现了一台时钟GPS/北斗双模冗余输入，提高系统的可靠性；除可输出传统的时间信号如脉冲外，主要实现了高精度网络时间的输出；FPGA包含大量的软件算法对GPS/北斗接收机所输出的各种状态/控制信息进行处理；支持SNMP告警、干接点告警。
文档编号H04L29/06GK201557118SQ20092021170
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者张强, 苏金广, 邱祖雄 申请人:上海泰坦通信工程有限公司