一种基于北斗/GPS共视的时间传递装置的制作方法

本实用新型涉及定位技术领域，尤其是指一种基于北斗/GPS共视的时间传递装置。

背景技术：

时间频率作为一个重要的基础物理量，在国民经济和国防建设中起到越来越重要的作用，如：工业4.0，大数据通信等。目前，时间频率的远程传递手段主要有光纤传输、卫星双向传输等，这些远程传输方法，硬件构成复杂，成本高昂。

技术实现要素：

本实用新型提出一种基于北斗/GPS共视的时间传递装置，其以“北斗/GPS卫星共视法”为基础，可以实现时间频率的远程传递、远程比对以及时间的同步。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于北斗/GPS共视的时间传递装置，其结构包括：

频率及脉冲信号分配放大单元、北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元组成的信号产生及数据采集模块；

北斗/GPS抗多径接收天线，用于接收北斗/GPS卫星发射的信号，进行滤波、放大后通过射频线缆传输给所述北斗/GPS导航信号接收单元；

电源转换及控制单元、工控机单元和数据采集及处理单元、显示及控制单元及FTP服务器；

所述频率及脉冲信号分配放大单元用于接受外部输入的时间信号以及频率信号，进行放大分路后输出给北斗/GPS导航信号接收单元、时间间隔测量单元；

所述北斗/GPS导航信号接收单元通过射频电缆连接北斗/GPS抗多径接收天线，用于接收北斗/GPS卫星导航信号；并将自身产生的时间信号传输给时间间隔测量单元；并通过RS232串口将自身产生的观测数据传输至工控机单元；

所述时间间隔测量单元通过射频线缆连接北斗/GPS导航信号接收单元，获取其产生的时间信号；

所述电源转换及控制单元为所有硬件单元提供电源；

所述工控机单元为数据采集和数据处理的平台；

所述数据采集及处理单元接收北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元的数据，对数据进行处理，生成标准的时间频率传递格式CGGTTS和Rinex的数据，并上传至FTP服务器；

所述显示及控制单元用于显示数据及设备控制。

上述技术方案中，所述频率及脉冲信号分配放大单元、北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元组成的信号产生及数据采集模块集中设置于一保温壳体内，所述保温壳体设有保温层及恒温控制单元。

为了避免频率及脉冲信号分配放大单元、北斗/GPS导航信号接收单元以及时间间隔测量单元这几部分信号产生及采集单元受温度的影响，带来的时间延迟的变化，使其全部放置于保温壳体内，壳体内采用恒温控制单元进行温度的控制，使其在0.5度范围内变化。

上述技术方案中，所述信号产生及数据采集模块、电源转换及控制单元、工控机单元、数据采集及处理单元和显示及控制单元外设置一外壳。

所述外壳优选设计为19英寸、2U高度的机箱。

与现有技术相比较，本实用新型的基于北斗/GPS共视的时间传递装置具备以下优点：

可接收北斗和GPS等多个导航卫星信号，并可产生时间频率传递的标准格式数据；采用导航卫星系统的双备份，提高了整个装置的可靠性、安全性；该装置的推广使用，可有效解决目前时间频率远程传递的问题，为时间频率在工业、通信以及国防中的应用奠定基础。

内置时间间隔测量单元，用于自动测量内置的北斗/GPS导航接收机其时间信号经过内部电路及算法造成的参考延迟，简化了操作人员人工测量参考延迟的工作，操作简单、维护方便，可推广使用。

内置恒温控制单元，使所有信号生成、数据采集单元等都在恒温壳体内，避免了环境影响导致的延迟变化，降低了接收机观测数据的噪声，提高了时间频率传递数据的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型基于北斗/GPS共视的时间传递装置的结构示意图。

图2为本实用新型基于北斗/GPS共视的时间传递装置的工作原理图。

具体实施方式

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作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。

如图1所示，本实用新型的基于北斗/GPS共视的时间传递装置，包括以下结构：

频率及脉冲信号分配放大单元、北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元组成的信号产生及数据采集模块；

北斗/GPS抗多径接收天线，用于接收北斗/GPS卫星发射的信号，进行滤波、放大后通过射频线缆传输给所述北斗/GPS导航信号接收单元，具有对多路径信号的抑制部件——扼流圈；

电源转换及控制单元、工控机单元和数据采集及处理单元、显示及控制单元及FTP服务器。

所述频率及脉冲信号分配放大单元用于接收外部输入的原子钟或者标准原子时的时间信号(1PPS，秒脉冲)和频率信号，并对这些信号进行放大分路，一般分为3-4路，输出给北斗/GPS导航信号接收单元、时间间隔测量单元为其提供频率基准和时间同步基准。

所述北斗/GPS导航信号接收单元通过射频电缆连接北斗/GPS抗多径接收天线，用于接收北斗/GPS卫星导航信号；并将自身产生的时间信号传输给时间间隔测量单元；并通过RS232串口将自身产生的观测数据传输至工控机单元。

所述北斗/GPS导航信号接收单元接收北斗/GPS卫星导航信号后经核心模块的处理，获得时间、位置、伪距、载波相位、多普勒等数据，传输给工控机单元进行数据处理，所有观测数据与输入的时间信号和频率信号同步。

所述时间间隔测量单元：通过射频线缆连接频率及脉冲信号分配放大单元，获取频率信号和时间信号；通过射频线缆连接北斗/GPS导航信号接收单元，获取其产生的时间信号。其测量外部输入的两路时间信号(1PPS，秒脉冲)(北斗/GPS导航信号接收单元和外部原子钟)之间的时间差，并传输给工控机单元进行数据处理。

所述电源转换及控制单元为所有硬件单元提供电源，具有多路12V、24V直流电源输出，具有过流、反向保护。

所述工控机单元为数据采集和数据处理的平台，安装windows XP操作系统；通过RS232串口，连接北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元，接收其传输的北斗/GPS观测数据和时间差数据，再通过软件进行数据处理和控制。

所述数据采集及处理单元接收北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元的数据，对数据进行处理，生成标准的时间频率传递格式CGGTTS和Rinex的数据，并上传至FTP服务器；其数据处理流程为：通过串口数据采集模块获 取北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元的导航电文、观测数据及时差数据；通过初始化参数模块获取显示与控制软件单元的参数及控制信号；传输给卫星位置解析及观测量计算，对各种误差，如：卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟、群组延迟等进行计算；再通过补偿各类延迟模块，补偿外部参考输入的延迟、接收机信号延迟、天线线缆延迟，补偿之后经过拟合滤波计算获得Rinex格式和CGGTTS格式的数据，写入文件，最后通过FTP上传模块，上传至指定的服务器。

所述显示及控制单元用于显示数据及设备控制，采用B/S(浏览器/服务端)的架构设计，使用浏览器在本机、局域网或者Internet网均可实现对时间频率传递装置采集的数据进行显示，并对设备进行控制。其数据处理流程为：该单元为开放给用户的操作界面等，当设备起动后，用户进行参数设置，对数据采集及处理软件单元进行初始化参数的设置；用户可通过开始测量或停止测量对设备进行数据采集的控制；也可图形化显示设备的测量数据，进行监视；并实施向设备发送系统控制指令对设备进行操作。

上述技术方案中，所述频率及脉冲信号分配放大单元、北斗/GPS导航信号接收单元和时间间隔测量单元组成的信号产生及数据采集模块集中设置于一保温壳体内，所述保温壳体设有保温层及恒温控制单元。

为了避免频率及脉冲信号分配放大单元、北斗/GPS导航信号接收单元以及时间间隔测量单元这几部分信号产生及采集单元受温度的影响，带来的时间延迟的变化，使其全部放置于保温壳体内，壳体内采用恒温控制单元进行温度的控制，使其在0.5度范围内变化。

上述技术方案中，所述信号产生及数据采集模块、电源转换及控制单元、工控机单元、数据采集及处理单元和显示及控制单元外设置一外壳。

所述外壳优选设计为19英寸、2U高度的机箱。

本实用新型的基于北斗/GPS共视的时间传递装置工作原理如下：

两台时间频率传递装置通过同步采集输入的时间信号(1PPS，秒脉冲)和频率信号，获得与所观测导航卫星系统(北斗和GPS)的某颗卫星i时间差，该时差经过电离层、对流层、卫星钟差、相对论效应、线缆和接收机延迟等多种 误差修正，产生时间频率传递数据的标准格式CGGTTS文件，通过Internet网络上传至FTP服务器，再通过对两台设备同步观测数据的处理、对比，可获得两台原子钟之间的时间差、频率相对偏差等，即实现了时间频率的远程传递。

ΔtiA＝Ti-TA (公式1)

(ΔtiA为原子钟A与卫星i之间的钟差，可由观测量、导航电文计算获得；Ti，TA分别为卫星i的观测时刻和原子钟A的观测时刻)

ΔtiB＝Ti-TB (公式2)

(ΔtiB为原子钟B与卫星i之间的钟差，可由观测量、导航电文计算获得；Ti，TB分别为卫星i的观测时刻和原子钟B的观测时刻)

ΔtBA＝ΔtiA-ΔtiB＝(Ti-TA)-(Ti-TB)＝TB-TA (公式3)

(ΔtBA为原子钟B与原子钟A的共视钟差，可由共视法计算获得)

该时间频率传递装置工作原理如图2所示，可通过比对两台时间频率传递装置在同一个时刻观测的卫星i的数据，获得两个原子钟的时间差，从而计算出相当频率偏差等，实现远程时间频率的传递。

与现有技术相比较，本实用新型的基于北斗/GPS共视的时间传递装置具备以下优点：

可接收北斗和GPS等多个导航卫星信号，并可产生时间频率传递的标准格式数据；采用导航卫星系统的双备份，提高了整个装置的可靠性、安全性；该装置的推广使用，可有效解决目前时间频率远程传递的问题，为时间频率在工业、通信以及国防中的应用奠定基础。

内置时间间隔测量单元，用于自动测量内置的北斗/GPS导航接收机其时间信号经过内部电路及算法造成的参考延迟，简化了操作人员人工测量参考延迟的工作，操作简单、维护方便，可推广使用。

内置恒温控制单元，使所有信号生成、数据采集单元等都在恒温壳体内，避免了环境影响导致的延迟变化，降低了接收机观测数据的噪声，提高了时间频率传递数据的精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。