一种基于UWB的无线授时系统以及无线授时方法与流程

一种基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法
技术领域
1.本发明涉及授时技术领域，特别涉及一种基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法。


背景技术：

2.在很多工业领域中，为了保证单个设备加工的准确性以及各个设备之间工作的同步性，设备仪器需要获取绝对时间，而现有的授时技术包括采用卫星接收机解析卫星信号后获得标准时间对设备进行校时，或采用有线或无线网络将设备仪器入网，利用传统的ntp、ptp方式对设备进行授时。
3.而一些应用在室内或井下的设备，无法通过卫星信号获取时间，而架设有线网络，施工很不方便，成本也很高，且一般的网络设备难以达到精度要求。如果用无线网络，容易收到干扰，精度也难以达到要求。
4.因此需要一种能够在保证较高的精度的同时能够做到成本和尺寸相对更小以及功耗更低的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一能够在保证较高的精度的同时能够做到成本和尺寸相对更小以及功耗更低的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法。
6.本发明提出一种基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法，包括uwb无线授时主站、uwb无线授时从站、需授时设备以及标准时间设备；所述uwb无线授时主站与所述标准时间设备连接，所述uwb无线授时主站和所述uwb无线授时从站之间无线连接，所述uwb无线授时从站与所述需授时设备连接；通过所述标准时间设备将标准时间信息输入到所述uwb无线授时主站，然后通过所述uwb无线授时主站将标准时间信息输入到所述uwb无线授时从站，所述uwb无线授时从站通过和所述uwb无线授时主站信息交互中获得的所述uwb无线授时主站和所述uwb无线授时从站之间的路径延迟信息，然后所述uwb无线授时从站通过所述路径延迟信息对从所述uwb无线授时主站输入的标准时间信息进行修正并输入到所述需授时设备。
7.优选地，所述uwb无线授时主站包括主站pll电路、主站uwb模块、主站uwb天线和主站mcu；所述标准时间设备通过所述主站pll电路将10mhz时钟信号转为38.4mhz时钟信号输入到所述主站uwb模块，所述标准时间设备将标准1pps信号以及含有标准时间信息的串口信息输入到所述主站mcu内，所述主站mcu初始化所述主站uwb模块并根据输入的信息通过所述主站uwb模块以及所述主站uwb天线发射含有当前时刻标准时间信息的广播帧。
8.优选地，所述uwb无线授时从站包括从站pll电路、从站uwb模块、从站uwb天线、从站mcu以及压控时钟；通过所述从站uwb天线和所述从站uwb模块获得从所述uwb无线授时主站传递的信息对所述uwb无线授时从站的本地时间进行比对修正得到从站标准时间，并通过所述从站pll电路将标准10mhez信号输出到所述需授时设备，通过所述从站mcu将标准
1pps信号以及从站标准时间信息输出到所述需授时设备。
9.一种无线授时方法，所述uwb无线授时主站从所述标准时间设备获得当前的标准时间信息；所述uwb无线授时主站将包含当前的所述标准时间信息的广播帧通过uwb技术进行广播；所述uwb无线授时从站通过收到的广播帧校正本地时间并向所述uwb无线授时主站发送回复帧；所述uwb无线授时主站通过所述回复帧读取出所述uwb无线授时主站和所述uwb无线授时从站的时钟频偏并计算出路径延迟信息，并将路径延迟信息写入修正帧发送给对应的所述uwb无线授时从站；所述uwb无线授时从站根据所述修正帧中的路径延迟信息来修正收到的标准时间信息来得到从站标准时间信息，并将所述从站标准时间信息发送给所述授时设备。
10.优选地，所述回复帧包括所述uwb无线授时从站接收广播帧的接收时刻到本次回复帧的发射时刻的时间间隔。
11.优选地，所述uwb无线授时主站受到所述回复帧后，通过所述回复帧计算从所述广播帧发射时刻到接收回复帧的接收时刻的时间间隔，再读取出主站和从站的时钟频偏，然后通过ss-twr公式来计算出主站以及从站之间的路径延迟信息。
12.优选地，所述uwb无线授时从站收到uwb无线授时主站发送的修正帧内包含的所述路径延迟信息后，将传送过来的标准时间信息以及所述路径延迟计算得到更准确的所述从站标准时间信息，并将所述从站标准时间信息和所述uwb无线授时从站内的当前的本地时间进行对比计算出钟差，并修正；所述uwb无线授时从站根据多次修正的钟差，计算出钟飘，所述uwb无线授时从站根据钟飘对所述压控时钟的电压进行调整，直到所述uwb无线授时从站与所述uwb无线授时主站的时间误差在亚ns级内后将所述从站标准时间信息输出到给需授时设备。
13.本发明的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法的有益效果为：1、在室内以及井下使用的时候能够保证信号的稳定以及相对更高的定位精度。
14.2、相较于其它定位方式，成本和尺寸相对更小且功耗更低。
附图说明
15.图1为本发明的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法的uwb无线授时主站的结构示意图。
16.图2为本发明的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法的uwb无线授时从站的
结构示意图。
17.图3为本发明的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法的授时流程图。
18.图4为本发明的基于uwb的无线授时系统以及无线授时方法的授结流程框图。
19.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
21.参照图1，提出本发明的基于uwb的无线授时系统的一实施例：一种基于uwb的无线授时系统，包括uwb无线授时主站、uwb无线授时从站、需授时设备以及标准时间设备。uwb无线授时主站与标准时间设备连接，uwb无线授时主站和uwb无线授时从站之间无线连接，uwb无线授时从站与需授时设备连接。
22.uwb无线授时主站包括主站pll电路、主站uwb模块、主站uwb天线和主站mcu，标准时间设备通过主站pll电路将10mhz时钟信号转为38.4mhz时钟信号输入到主站uwb模块，标准时间设备将标准1pps信号以及含有标准时间信息的串口信息输入到主站mcu内，主站mcu初始化主站uwb模块并根据输入的信息通过主站uwb模块以及主站uwb天线发射含有该时刻标准时间信息的广播帧。
23.uwb无线授时从站包括从站pll电路、从站uwb模块、从站uwb天线、从站mcu以及压控时钟。通过从站uwb天线和从站uwb模块获得从uwb无线授时主站传递的信息对本地时间进行比对修正，并通过电压调整压控时钟的频率，使之与uwb无线授时主站时钟一致。在完成时钟同步后，uwb无线授时从站通过从站pll电路将标准10mhez信号输入到需授时设备，通过从站mcu将标准1pps信号以及将标准时间消息修正后得到的从站标准时间信息输入到需授时设备。
24.参照图1，提出本发明的无线授时方法的一实施例：该无线授时方法基于前面提到的基于uwb的无线授时系统，无线授时系统包括uwb无线授时主站、uwb无线授时从站、需授时设备以及标准时间设备。uwb无线授时主站与标准时间设备连接，uwb无线授时主站和uwb无线授时从站之间无线连接，uwb无线授时从站与需授时设备连接。
25.uwb无线授时主站包括主站pll电路、主站uwb模块、主站uwb天线和主站mcu，uwb无线授时从站包括从站pll电路、从站uwb模块、从站uwb天线、从站mcu以及压控时钟。
26.方法步骤如下：1)标准时间设备通过主站pll电路将10mhz时钟信号转为38.4mhz时钟信号输入到uwb无线授时主站的主站uwb模块，将标准1pps信号以及含有标准时间信息的串口信息输入到uwb无线授时主站的主站mcu内；2)uwb无线授时主站的主站mcu初始化主站uwb模块并根据输入的信息每间隔一段时间通过主站uwb模块以及主站uwb天线发射含有该时刻标准时间信息的广播帧；3)范围内的uwb无线授时从站的从站mcu初始化从站uwb模块，并等待接收主站的
广播帧；4)uwb无线授时从站的从站mcu接收到广播帧后，解析标准时间信息，并计算接收广播帧的接收时刻到本次回复帧的发射时刻的时间间隔，从站mcu将该时间间隔写入回复帧后，按照该uwb无线授时从站的编号顺序，在相应的时间点，向uwb无线授时主站发射回复帧；5)主站mcu接收到附近uwb无线授时从站发射的回复帧，并解析该uwb无线授时从站接收广播帧的接收时刻到本次回复帧的发射时刻的时间间隔；6)主站mcu计算广播帧发射到接收该回复帧的接收时刻的时间间隔，再读取出uwb无线授时主站和uwb无线授时从站的时钟频偏，然后通过ss-twr公式来计算出uwb无线授时主站以及uwb无线授时从站之间的路径延迟信息；7)主站mcu将每个uwb无线授时从站的路径延迟信息都计算好后，打包写入修正帧，并通过主站uwb模块广播给各个uwb无线授时从站；8)uwb无线授时从站的从站mcu接收到uwb无线授时主站的修正帧。读取其中uwb无线授时主站到该uwb无线授时从站的路径延迟，并利用该路径延迟得到更为准确的从站标准时间信息；9)uwb无线授时从站将从站标准时间信息和该uwb无线授时从站内的本地时间进行比对来计算出钟差，并通过钟差计算出钟飘，uwb无线授时从站根据钟飘对压控时钟的电压进行调整，从而调整压控时钟的频率，使之与uwb无线授时主站的时钟一致；10)如果uwb无线授时从站的本地时间和通过uwb无线授时主站获取并修正的标准时间之间的误差在亚ns级内则将从站标准时间信息输出到需授时设备，反之则重复步骤4）到步骤9）直到uwb无线授时从站的本地时间和通过uwb无线授时主站获取并修正的标准时间之间的误差在亚ns级内后将从站标准时间信息输出到给需授时设备，具体输出方式为从站pll电路将标准10mhezh信号输入到需授时设备，通过从站mcu将标准1pps信号以及从站标准时间信息输入到需授时设备。
27.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。