专利名称：导航卫星授时信息转发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转发导航卫星授时信息的装置，具体地说，涉及一种对导航卫星信号接收单元所输出的导航与授时数据进行处理然后仅对其中的授时信息进行转发的装置。
背景技术：
普通时钟或其他计时设备在长期使用过程中，其计时误差会逐渐积累，需要通过人工或自动的方式及时校准。以前大多是利用授时电台的信号或普通广播电台的整点报时信号来校准时钟，现在逐渐改为利用导航卫星的授时信息来进行校准。卫星导航系统在提供定位导航信息的同时，提供了极为准确的授时信息，因此利用导航卫星信号接收单元接 收处理后输出的授时信息来对时钟或其他计时设备进行自动校准，是一种很有效的校时手 段。但是由于导航卫星信号接收单元为了有效地接收超高频的卫星导航信号，要求被安装于上方空旷的、最好能直视天空的位置，而时钟则大多安装于屋内，两者之间往往有相当长的距离；此外，出于成本和安装等方面的考虑，我们还希望一个导航卫星信号接收单元所输出的授时信息能被多台时钟或其他计时设备所共用。出于上述理由，就需要对导航卫星信号接收单元所输出的信号进行发送驱动和长距离传送。常见的导航卫星信号接收单元(如接收模块、接收板等)输出两种类型的信号，一种是以串行方式输出的包含经纬度等定位信息与日期时间等授时信息的串行数据信号(常被称为导航报文彳目息)，另一种是精确标定每秒起始时刻的IPPS秒脉冲(I Pulse perSecond即每秒一个脉冲)信号。在用于授时时，就产生了如何经济有效地对两路信号进行长距离传送的问题。现有技术是对两路信号都进行传送，例如专利申请案200520083956. 9《GPS天线转接发送器》就是这样的例子。这样就要用两对导线，而且在距离较长时这两路信号都需要使用发送驱动与接收器件，这显然既不够经济，在安装接线时又容易接错，而且由于导航报文信息被原样转发，对使用授时信息的各计时设备来说也增加了处理信息的工作量。
发明内容
为了把导航卫星信号接收单元输出的串行数据和IPPS秒脉冲这两路信号经济有效地长距离传送，本发明提供一种导航卫星授时信息转发器，它从导航卫星信号接收单元输出的串行数据中仅抽取授时数据，然后把串行的授时数据和IPPS秒脉冲组合成一路信号进行转发。本发明解决这个技术问题所采用的技术方案是本转发器内设有一个单片机或微控制器，该单片机或微控制器在程序控制下，接收由导航卫星信号接收单元输出的包含定位状态、经度、纬度、海拔高程、日期、时间、卫星编号、信杂比等等定位导航与授时数据的串行信号，从中仅抽取日期、时间、定位状态(定位信息可用或不可用)，另外加上一个授时状态(IPPS秒脉冲有或无)，然后再以串行方式输出。由于单片机或微控制器输出的授时数据内容与它接收到的导航卫星信号接收单元输出的庞杂数据内容相比已大为减少，因此串行发送耗时在每秒中只占很少时间(当波特率为4800bps时，少于O. I秒)，把发送串行授时数据的时刻安排在每两个IPPS秒脉冲之间大致中间的位置(O. 5秒±0. I秒)，其余时间串行发送端输出高电平(如图2(a)所示)。然后再在该串行信号中每秒插入一个低电平矩形脉冲(如图2(d)所示)，而该低电平脉冲的上升沿(后沿)同步于IPPS秒脉冲(如图2(b)所示)的前沿。将上述单片机或微控制器输出的串行信号与上述每秒一个低电平矩形脉冲的脉冲串组合在一起而最终形成的组合串行信号(如图2(e)所示)作为该转发器的串行输出信号。将该组合串行输出信号通过符合RS-485串行接口标准的接口器件进行发送驱动，则经过驱动后发送的组合串行信号可以被长距离传输(I至数公里)并能提供给多达32个RS-485接收器接收。本发明的有益效果是由于最终发送的仅为一路信号，只需一对导线用来传输组 合串行信号，用于发送与接收的RS-485接口器件也相应减少一半，因而与使用两对线路传输的方案相比，成本较低，线路安装时不会弄错，日后维护更为方便，故障率也更低；同时由 于本转发器对导航卫星信号接收单元输出的串行信号中的数据内容已经过处理，仅抽取日期、时间、定位状态，加上授时状态，进行转发，各个接收利用本转发器输出信号的时钟或其他计时设备当中的单片机或微控制器，就只需占用少量CPU (中央处理单元)时间来处理串行信号中的数据内容，因而对其他事件的响应就更为及时。至于接收方接收到本转发装置发送的组合串行信号之后，要从中分离出IPPS秒脉冲似乎是本转发器引起的额外工作，然而实际上，由于IPPS秒脉冲在时间上的确定性，又由于低电平矩形脉冲的脉冲宽度远远长于串行数据信号的一帧的时间(矩形脉冲宽度大于50ms，通常使用100 200ms)，因而用很简单的电路就可将其分离，由此增加的成本几乎可忽略。目前已获得广泛应用的卫星导航系统有美国的GPS(Global PositioningSystem)系统、俄罗斯的格洛纳斯(GL0NASS)系统、我国的“北斗”卫星导航系统，等等。本转发器的原理与结构适用于对各种导航卫星信号接收单元输出的授时信息的转发，不过在数据处理细节上有一些不同罢了。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。图I是本发明的方框图。图2是图I的方框图中几个相关部分的输出波形图(模式图)。其中，(a)是单片机或微控制器⑵的串行输出端TXD的输出波形；(b)是导航卫星信息接收单元⑴的IPPS秒脉冲输出端波形；(c)是单稳态触发器(4)的输出端Q的输出波形；(d)是单稳态触发器
(4)的反相输出端0的输出波形；(e)是与门(5)的输出端MIX的输出波形。图3是本发明的一个实施例的电原理图。
具体实施例方式在图I中，导航卫星信号接收单元(I)的天线W接收导航卫星的超高频信号，而它的串行信号输出端TXDA输出串行数据，同时它的IPPS输出端输出IPPS秒脉冲。它的TXDA端输出的串行数据如前所述，包含了定位信息与授时信息；当稳定接收到4颗以上的导航卫星的信号，定位状态表示为“定位信息可用”；当接收单元的内设时钟已被校准为准确时间，IPPS输出端才开始输出IPPS秒脉冲。单片机或微控制器(2)的串行信号输入端RXD接收来自导航卫星信号接收单元(I)的TXDA端输出的串行数据，经程序处理，从中仅抽取日期、时间、定位状态，再加上一个表示IPPS秒脉冲有无的授时状态，再把这些数据由单片机或微控制器(2)的串行信号输出端TXD输出，输出信号波形如图2(a)所示。而导航卫星信号接收单元(I)输出的IPPS秒脉冲(如图2(b)所示)，经非门(3)反相后，分两路，一路接至单片机或微控制器(2)的一个中断请求信号输入端INTR，另一路接至单稳态触发器(4)的清除端(复位端)CLR。非门(3)的作用在 于提供极性合适的中断请求信号与单稳复位信号，因此在选用不同的器件组合时，也可能不用非门(3)。单片机或微控制器(2)在IPPS秒脉冲的触发下产生中断，中断处理程序令其内部的定时计数器开始计时，经过确定时间(t匕如O. 8秒)的延时后，由(2)的输出端之一 OUTl输出负(或正)脉冲，接至单稳态触发器(4)的触发输入端A，使单稳态触发器(4)的Q端输出展宽后的矩形脉冲(如图2(c)所示)，本来矩形脉冲的脉宽定得较宽(后沿如虚线所示)，但由于清除端CLR的清除脉冲(IPPS秒脉冲的反相)的到来，使该脉冲于此时结束，于是矩形脉冲的后沿被同步于IPPS秒脉冲的前沿。单稳态触发器(4)的δ端输出的脉冲与Q端输出的是反相的，可看作是低电平的矩形脉冲(如图2(d)所示)，其后沿(上升沿)被同步于IPPS秒脉冲的前沿。把单片机或微控制器⑵的串行信号输出端TXD输出的串行信号(图2(a))与单稳态触发器⑷的δ端输出的低电平矩形脉冲(图2(d))经过与门(5)，就组合成了最终的串行输出信号，其波形如图2(e)所示。从与门(5)输出的组合串行信号，由RS-485接口器件(6)进行发送驱动，获得符合RS-485标准(采用平衡差分传输技术)的适于远传的串行输出信号，由Α、Β两端经双绞线输出，可以提供给多达32个RS-485接收器件接收。电源(7)为本转发器提供工作电源。前述导航卫星信号接收单元(1)，可以是本转发器的构成部分，也可以在本转发器外部另成一体。该单元连接接收天线W (有源天线或无源天线)。图3是本发明的一个实施例的电原理图。显然，由于所选用的单片机或微控制器的不同，以及其他器件的不同组合，能实现图I方框图的功能的具体电路是不胜枚举的，此处仅是其中一个具体电路的例子。对照图I与图3，导航卫星信号接收单元⑴采用了 GPS卫星信号接收模块(AGl)，单片机与微控制器(2)采用了微控制器MC9S08SH8 (Ul )，单稳态触发器(4)采用74HC123(其 1/2 为 U3A)，非门(3)、与门(5)采用与非门 74HC00 (U2A、U2D、U2C)，RS-485 接口器件(6)采用 MAX485(U4)。在图3中，GPS卫星信号接收模块AGl连接有源天线W，AGl通过连接器XPl与电路板连接。接收模块AGl输出两路信号，一路是TXDA串行数据，一路是IPPS秒脉冲。TXDA串行数据接至微控制器U1(MC9S08SH8)的RXD端。石英晶振BX1、电阻R1、电容Cl和C2组成Ul的晶体振荡电路。Ul由RXD端接收包含定位信息和授时信息的串行数据后，经过程序的处理，抽取授时信息(日期、时间)、定位状态，加上授时状态，从TXD端输出。AG I输出的IPPS秒脉冲经U2A(74HC00的1/4)反相后，一路接至Ul的PIAO端，引发中断，另一路经二极管Dl接至单稳态触发器U3A (74HC123的1/2)的清除端CLR，用来使单稳态触发器复位而产生矩形脉冲的后沿。Ul的第12脚接至U3A的A端，定时输出负脉冲用来触发单稳，产生矩形脉冲的前沿。Ul的11脚经二极管D2接至U3A的清除端CLR，在没有IPPS秒脉冲时输出负脉冲复位单稳态触发器，此时产生的矩形脉冲后沿如图2(c)虚线所示。R2是U3A的CLR端的上拉电阻，R3和C3是U3A的外接电阻电容，接至U3A的RCext端和Cext端。U3A的Q端输出经U2B(74HC00的1/4)反相后，驱动发光管LEDl作秒脉冲指示，R4是LEDl的限流电阻。U3A的^端输出的低电平矩形脉冲与Ul的TXD端输出的串行信号由与非门U2D与U2C(各为74HC00的1/4，合起来相当于一个与门)组合为一路信号，得到如图2 (e)的信 号，接至U4(MAX485)的DI端，再由U4驱动后，经A、B两端输出。R6、R7是U4的输出保护电阻，XP2是输出端子，连接在U4的A、B端的D3和D4是保护用的双向二极管。XP3是电源接线端子，为本转发器提供的电源由此处接入，其中VCC端是正极，接至图中各处VCC端，而GND则是公共接地端。C4 C9是电源滤波及退耦旁路电容。发光管LED2作电源指示，R5为其限流电阻。
权利要求
1.一种导航卫星授时信息转发器，接收从导航卫星信号接收单元(接收模块、接收板)所输出的串行数据并且通过符合RS-485串行接口标准的接口器件进行发送的装置，其特征是该装置含有单片机或微控制器，接收从导航卫星信号接收单元串行输出的导航与授时数据，经程序处理，从中仅抽取日期、时间这些授时数据及定位状态信息，另行加上一个授时状态信息，再以串行方式发送这些授时信息。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征是该装置含有单稳态触发器以及一些门电路，在单片机或微控制器的协调工作下，使得所发送的串行授时数据与标定每秒起始时刻的IPPS(I Pulse per Second)秒脉冲组合成一路信号进行发送。
3.根据权利要求I或2所述的装置，其特征是把所发送的串行授时数据安排在每两个标定每秒起始时刻的IPPS (I Pulse per Second)秒脉冲之间大致中间的位置(O. 5秒±0. I 秒)。
全文摘要
本发明涉及一种转发导航卫星授时信息的转发器，它含有单片机(或微控制器)、单稳态触发器、RS-485接口器件、若干门电路。该转发器在程序控制下从导航卫星信号接收单元(接收模块、接收板)输出的包含定位与授时信息的串行数据中，仅抽取日期、时间、定位状态，再加上一个授时状态，作为输出数据，然后把要输出的授时串行信号与1PPS秒脉冲组合成一路信号，经RS-485串行接口器件驱动输出。该转发器的输出信号适于远传，且只需一对导线就可同时传送授时串行信号与1PPS秒脉冲，节约了安装使用成本且便于维护。而且由于送出的串行信号中已去除了与授时无关的其他信息，使得接收利用这些信号的计时设备节省了处理时间。
文档编号G01S19/31GK102854519SQ20121037734
公开日2013年1月2日 申请日期2012年10月5日 优先权日2012年10月5日
发明者吴承超 申请人:吴承超