专利名称：授时导航接收机的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于导航定位和精确时间对准的技术，具体涉及一种授时导航接收机。
背景技术：
全球定位系统(Global Positioning System - GPS)是美国从本世纪70年代开始研 制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实 时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过我国测绘等部门近IO年的使 用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信 赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运 动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深 刻的技术革命。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断 地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
GPS不仅是高精度全球定位系统，而且也是高精度的实时标准时间信号。时间统一可 以为导弹、航天试验以及大型试验系统提供统一的标准时间信息和标准时间信号，以实现 由各种电子设备及计算机组成的一套系统的时间统一。GPS基于空间的无线电导航系统能 在地球的任意地点提供精确的位置和时间，且多个站点之间不断的进行钟差改正(卫星时 间和控制站铯原子钟的(GPS时)的误差)。分散数千公里之遥的各GPS接收机输出的时间信 号lpps(秒脉冲)与标准时间的最大误差不超过土100ns。另外，GPS接收机可以通过串口 输出包含当前UTC时间(协调世界时)的语句，因此，若分散在各地的各测控设备都采用 GPS时间校时，则可免去各测控设备与测控中心的时间信息传递，并取得高精度的时间同 步。
因此利用GPS可以实现全球全天候地定位和授时，并具有成本低、信号稳定等优点， 有很大的应用市场和研究价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是，利用现有的GPS技术，提供了一种集定位与授时功能于一身的 授时导航接收机。
本实用新型的技术方案是一种授时导航接收机，其特征在于，包括一GPS模块、一DSP数字处理器和输出接口， 上述GPS模块连接一GPS天线，采集到GPS卫星数字信息，且上述GPS模块可输出一秒脉 冲信号，GPS模块采集到的数字信息传输到DSP数字处理器进行处理，获得导航定位信息 和时间信息，同时，所述DSP数字处理器将上述GPS模块的秒脉冲信号发送到一信号转换 模块，该秒脉冲信号被转换为与输出接口相匹配的信号，所述DSP数字处理器与输出接口 连接，该输出接口将上述导航定位信息、时间信息和秒脉冲信号输出。
所述DSP数字处理器包括一解算模块，该解算模块用于对GPS模块采集到卫星信息进 行计算，得到导航定位信息和时间信息。
所述DSP数字处理器包括一滤波模块，用于对GPS模块采集到卫星信息进行滤波处理。
所述DSP数字处理器与一存储器连接，DSP数字处理器将上述导航定位信息和时间信 息保存在该存储器中。
还包括一信号滤波器，该信号滤波器位于GPS模块和GPS天线之间，用于对GPS卫星 信号进行预处理。
所述输出接口可为RS232接口。 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是
本实用新型集定位与授时功能于一身，核心采用稳定可靠的GPS模块，外围辅以DSP 数字处理器及滤波器，其体积小、重量轻、功耗低，首次定位和重新捕获时间短，具有强 大的抗干扰能力。
本实用新型可通过RS232标准串口，直接连接到PC机、工控机等用户设备，实时输 出定位导航和时间信息。其操作简便，易于使用，极大地方便用户进行二次开发。
图l为本实用新型结构示意图2为本实用新型实施例的框图3为本实用新型授时软件的处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述
GPS卫星通过载波不间断地向地面发送星历参数、C/A码和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机到每颗卫星的距离，并根据卫星坐标求解出接收机的三维 位置信息。
GPS系统是一个大的资源系统，就这一系统的充分开发、广泛应用而言，仅仅应用GPS 系统的导航定位功能还不完整，GPS系统提供的精确时间，同样有广泛的应用领域。
GPS卫星上都安装有铯原子钟，因而具有很高的频率准确度(可达1X10—12)和时间精 度。GPS信息中的时间信息和定时信号可为地球上任何位置以及空间用户提供服务，其中 获得的1PPS (标准秒)信号的时刻精度最高可达土10ns;因此，利用GPS信息中的标准时
间和定时信号，能实现标准时间尺度的建立和高精度的时间(频率)统一和同步以及高精 度时间频率比对。
目前计算机授时方法中，大多数都是先获得标准的时间信息，之后通过Windows核心 底层函数直接修改系统时间。在这个过程中，时间信息的准确性就决定了计算机系统授时 的精度。也就是说， 一个高精度的时间参考源是必不可少的。
参考图l，本实用新型授时导航接收机包括一 GPS模块、一 DSP数字处理器和输出接 口， GPS模块连接一GPS天线，采集到GPS卫星数字信息，且GPS模块可输出一秒脉冲信 号，GPS模块采集到的数字信息传输到DSP数字处理器进行处理，获得导航定位信息和时 间信息，本实用新型利用DSP数字处理器对输入的GPS信号还进一步进行数字滤波算法 处理，应用定位算法，直接对GPS模块采集的伪距、时间及星历等信息进行解算，消除了 对定位影响最大的多路径效应等千扰影响，有效提高了定位精度、抗干扰能力和可靠性。
本实用新型时间参考源选用了当前最为流行，也是精度相对最高的一种时钟源"GPS 全球卫星定位系统的时间作为基准。主要利用GPS模块，该模块提供了两种输出信号，一 种是秒脉冲1PPS信号，该信号的精度最高可达土10ns。另一种是包含当前GPS天线所在 位置的经度、纬度、高度坐标以及UTC (世界协调时)的时间数据。硬件部分的原理框图 见图2。
GPS模块通过GPS天线接收到GPS卫星的信号，并输出时间、经纬度等数据。另外， GPS模块在整秒时刻还会产生一个秒脉冲信号1PPS，该信号经过信号转换模块后，通过DSP 芯片接入DB9接口第一脚。
本实用新型可通过RS232标准串口，直接连接到计算机、工控机等用户设备，实时输 出导航定位信息和时间信息。
本实用新型配套的计算机授时软件程序部分流程图见图3。
首先对串口进行检测和配置，配置完成后，等待DB9的第1脚的串口载波信号中断。当GPS模块产生秒脉冲后，首先，判断当前时间与上次时间间隔是否大于l秒。如果判断 结果小于1秒，则认为是错误中断，退出并等待下一次中断到来。如果判断结果大于l秒， 再判断GPS状态是否正常，如果GPS没有收到有效的时间信息，则在显示界面中提示数据 无效。其次，判断上次接收到的数据状态，如果GPS无定位则数据不可用等待下一次接收 的数据，如果数据可用，则将时间数据中的秒时间加l后修正系统时间，并在软件界面显 示。
在授时软件打开之后，程序会按照注册表中相关的设定自动运行。当程序接收到中断 信号后，如果GPS状态正常，则通过Windows的底层函数修改计算机的时间。并在显示界 面中显示当前时间以及用户所在地的经纬度。本软件可以在通用的计算机上稳定的运行。 支持的操作系统为Windows 2000和Windows XP。
在本实施例中提供了 DB9接口的实现，但相应的结构也可是PCI或其他形式的接口。 除此之外，信号转换模块根据用户不同的功能选择可以转换为输出RS232、 422平衡式输 出、TTL电平等多种输出方式。
此外，本实用新型将历书、星历、时间数据、导航定位信息，固化在EEPROM中，无 需电池也可保存。在关机、断电时，重捕获定位时间优于l秒。不会由于电池电压不足， 导致数据丢失。
以上通过详细实施例描述了本实用新型所提供的授时导航接收机，本领域的技术人员 应当理解，在不脱离本发明创造实质的范围内，可以对本实用新型做一定的变形或修改。
权利要求1、一种授时导航接收机，其特征在于，包括一GPS模块、一DSP数字处理器和输出接口，上述GPS模块连接一GPS天线，采集到GPS卫星数字信息，且上述GPS模块可输出一秒脉冲信号，GPS模块采集到的数字信息传输到DSP数字处理器进行处理，获得导航定位信息和时间信息，同时，所述DSP数字处理器将上述GPS模块的秒脉冲信号发送到一信号转换模块，该秒脉冲信号被转换为与输出接口相匹配的信号，所述DSP数字处理器与输出接口连接，该输出接口将上述导航定位信息、时间信息和秒脉冲信号输出。
2、 如权利要求1所述的授时导航接收机，其特征在于，所述DSP数字处理器包括一 解算模块，该解算模块用于对GPS模块采集到卫星信息进行计算，得到导航定位信息和时 间信息。
3、 如权利要求1或2所述的授时导航接收机，其特征在于，所述DSP数字处理器包 括一滤波模块，用于对GPS模块采集到卫星信息进行滤波处理。
4、 如权利要求1或2授时导航接收机，其特征在于，所述DSP数字处理器与一存储 器连接，DSP数字处理器将上述导航定位信息和时间信息保存在该存储器中。
5、 如权利要求1所述的授时导航接收机，其特征在于，还包括一信号滤波器，该信 号滤波器位于GPS模块和GPS天线之间，用于对GPS卫星信号进行预处理。
6、 如权利要求1所述的授时导航接收机，其特征在于，所述输出接口为RS232接口。
专利摘要本实用新型公开了一种授时导航接收机，该授时导航接收机包括一GPS模块、一DSP数字处理器和一输出接口，GPS模块连接一GPS天线，采集到GPS卫星数字信息，且该GPS模块可输出一秒脉冲信号，GPS模块采集到的数字信息传输到DSP数字处理器进行处理，获得导航定位信息和时间信息，同时，DSP数字处理器将上述GPS模块的秒脉冲信号发送到一信号转换模块，该秒脉冲信号被转换为与输出接口相匹配的信号，DSP数字处理器与输出接口连接，该输出接口将上述导航定位信息、时间信息和秒脉冲信号输出。本实用新型集定位与授时功能于一身，核心采用稳定可靠的GPS模块，外围辅以DSP数字处理器，具有强大的抗干扰性。
文档编号G01S1/00GK201266236SQ20082010983
公开日2009年7月1日 申请日期2008年8月19日 优先权日2008年8月19日
发明者楠 姜, 亮 陈 申请人:北京七维航测科技发展有限公司