一种接收机模块及单芯片实现卫星驯服及守时的方法与流程

本发明涉及卫星信号接收机技术领域，特别涉及一种接收机模块及单芯片实现卫星驯服及守时的方法。

背景技术：

现有高精度授时信号通过授时接收机产生的pps信号及时间报文，提供给用户，用户根据获取的pps和时间报文，驯服晶体振荡器，从而产生用户所需要的授时时间和频率信号。而现有授时接收机模块由于本身空间、成本及技术方案限制，无法直接产生客户所需的授时时间和频率信号。并且现有的授时解决方案，设计验证成本高，鉴相精度不高，pps信号抖动和漂移大。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的授时接收机输出时间秒信号精度不够高和抖动较大的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种接收机模块，包括天线，用于接收GPS或北斗卫星信号；射频电路，用于对接收的GPS或北斗卫星信号进行处理，产生中频信号；基带处理电路，用于从中频信号中解算出C/A码数据，与外部输入频率信号通过定时计数产生的NCO数据进行鉴相，并产生pps信号；还包括压控晶体振荡器，用于产生频率信号；调相电路，利用pps信号与频率信号的相差产生调相信号去调节压控晶体振荡器输出频率信号的相位。

更进一步，所述基带处理电路包括信号处理电路，用于从中频信号中解算出C/A码信号；定时计数电路，用于从对输入的频率信号进行定时计数，产生NCO信号；鉴相电路，用于测量C/A码信号与NCO信号的相差。

更进一步，所述压控晶体振荡器为VCTCXO、VCXO或VCOCXO。

更进一步，所述调相电路包括控制芯片，用于捕获鉴相电路产生的相差，并产生逐步收敛的调相信号； DA转换芯片，用于将控制芯片产生的数字调相信号转换成模拟调相信号；低通滤波电路，用于对DA转换芯片产生的模拟调相信号进行滤波，并将滤波后的调相信号传送给压控晶体振荡器。

进一步的是，所述调相电路包括控制芯片，所述控制芯片中集成了DA数模转换功能，控制芯片先捕获鉴相电路产生的相差，然后通过DA数模转换功能产生模拟的逐步收敛的调相信号，低通滤波电路，用于对DA转换芯片产生的模拟调相信号进行滤波，并将滤波后的调相信号传送给压控晶体振荡器。

进一步的是，所述控制芯片为微处理器MCU、嵌入式处理器ARM、FPGA或数字处理器DSP。

为达到上述目的，本发明还提供一种单芯片实现卫星驯服及守时的方法，包括步骤

S1.天线接收GPS或北斗卫星信号；

S2.判断GPS或北斗卫星信号有无，若能，转至步骤S3；若无，转至S9；

S3.卫星信号经射频电路转换成中频信号；

S4.从中频信号中解算出C/A码；

S5.压控晶体振荡器输出的频率信号经定时计数电路技术生成NCO信号；

S6.C/A码信号与NCO信号进行鉴相，生成相差数据；

S7. 将相差与阈值进行比较，若相差大于阈值，利用相差产生一个数字调相信号，并转至步骤S10，若相差小于阈值，产生一个占空比固定的数字调相信号，转至步骤S10；

S8.从数字调相信号中分离出温度和老化数据，并保存；

S9.分析保存的温度和老化数据特性，并产生数字调相信号；

S10.将数字调相信号转换成模拟调相信号；

S11.对模拟调相信号进行低通滤波；

S12.用滤波后的模拟调相信号调节压控晶体振荡器输出的频率信号的相位，并转至步骤S1。

本发明的有益效果是：接收机模块内部采用压控晶体振荡器做为内部频率源，提高了输出pps信号的精度；接收机模块内部集成了高精度鉴相电路，并通过压控调相的方法对压控晶体振荡器进行频率调整，更进一步提高了输出pps信号的精度，减小了抖动，并且接收机模块的集成度也得到了提高，同时减小了用户设计开发难度，提高了用户体验；由于接收机模块内部采用智能驯服和守时方法，提高了模块在有卫星信号情况下输出信号下的精度及无卫星信号情况下模块输出信号的守时精度。

附图说明

图1为本发明涉及的接收机模块的一个实施例的结构原理图；

图2为本发明涉及的基带处理电路的一个实施例的结构原理图；

图3为本发明涉及的调相电路的一个实施例的结构原理图；

图4为本发明涉及的调相电路的一个实施例的结构原理图；

图5为本发明涉及的单芯片实现卫星驯服及守时的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。

本发明为解决现有的授时接收机输出时间秒信号精度不够高和抖动较大的问题，提供一种接收机模块，如图1所示，该接收机模块，包括天线，用于接收GPS或北斗卫星信号；射频电路，用于对接收的GPS或北斗卫星信号进行处理，产生中频信号；基带处理电路，用于从中频信号中解算出C/A码数据，与外部输入频率信号通过定时计数产生的NCO数据进行鉴相，并产生pps信号；还包括压控晶体振荡器，用于产生频率信号；调相电路，利用pps信号与频率信号的相差产生调相信号去调节压控晶体振荡器输出频率信号的相位。这样接收机模块内部通过基带处理电路、调相电路、压控晶体振荡器形成一个锁相环路。通过基带处理电路内部的鉴相电路所获取相差信息，逐步调整调相电路的参数，使得压控晶体振荡器输出的频率信号与从卫星信号中解调出来的pps信号的相差锁定在一个较小的偏差范围内，从而实现高精度pps输出，同时由于根据相差值及时动态的调整压控晶体振荡器的频率输出，可以减小输出pps信号的抖动，达到防抖动的目的。

具体，如图2所示，所述基带处理电路包括信号处理电路，用于从中频信号中解算出C/A码信号；定时计数电路，用于从对输入的频率信号进行定时计数，产生NCO信号；鉴相电路，用于测量C/A码信号与NCO信号的相差。通过C/A码信号与频率信号经定时计数电路产生的NCO数据进行相关解算，解算出本地频率源与卫星时间的频差和频漂，并利用该相差去调整本地压控晶体振荡器，从而使本地频率源与GPS/北斗时间实现高精度同步。

具体，如图3所示，所述调相电路包括控制芯片，用于捕获鉴相电路产生的相差，并产生逐步收敛的调相信号； DA转换芯片，用于将控制芯片产生的数字调相信号转换成模拟调相信号；低通滤波电路，用于对DA转换芯片产生的模拟调相信号进行滤波，并将滤波后的调相信号传送给压控晶体振荡器。采用控制芯片产生数字调相信号再经DA数模转换的方式转换成适合压控晶体振荡器的压控电压信号，可以根据鉴相测得的相差灵活产生压控晶体振荡器所需的压控电压信号，从而可以灵活、动态地调整压控晶体振荡器的输出，使其输出的频率信号的准确度和稳定度逐步趋于一个稳定的理想值。

当然，作为本发明涉及的接收机模块的另一种实施方式，如图4所示，所述调相电路可以包括集成了DA数模转换功能的控制芯片，控制芯片用于先捕获鉴相电路产生的相差，然后通过DA数模转换功能产生模拟的逐步收敛的调相信号，低通滤波电路，用于对DA转换芯片产生的模拟调相信号进行滤波，并将滤波后的调相信号传送给压控晶体振荡器。通过将DA模数转换功能集成在控制芯片上，进一步减小接收机模块的尺寸和成本。

具体，所述控制芯片为微处理器MCU、嵌入式处理器ARM、FPGA或数字处理器DSP，可以根据应用场合和信号处理方法不用，选用相应的处理器。

具体，所述压控晶体振荡器为VCTCXO、VCXO或VCOCXO，采用VCTCXO/VCXO或VCOCXO可以通过驯服控制，进一步提高接收机模块输出pps信号的精度。

本发明为解决现有的授时接收机输出时间秒信号精度不够高的问题，提出了如图5所示的一种单芯片实现卫星驯服及守时的方法：通过接收GPS/北斗卫星信号，经射频电路转换成中频信号，中频信号由基带处理电路的信号处理电路处理，产生C/A码信号，压控晶体振荡器输出的频率信号经过定时技术电路技术产生NCO信号，通过NCO信号与C/A码信号进行鉴相处理，得到本地压控晶体振荡器与GPS/北斗卫星时间的相差和频漂信号，得到的相差送往调相电路的控制芯片，控制芯片获取相差信息后，与设定的阈值进行比较，若相差大于阈值，利用相差产生一个数字调相信号，该数字调相信号经DA数模转换器转换成模拟电压信号，该模拟电压信号经过低通滤波后接入压控晶体振荡器，对压控晶体振荡器的输出频率信号进行调节，调节后的频率信号经基带处理电路内部定时计数再一次与基带处理电路内部解算出的C/A码信号进行鉴相，并重复以上步骤，压控晶体振荡器输出的频率信号与C/A码信号的相差会逐步收敛，最终将控制在一个接近零的较小范围内，此时，可以认为相差值小于阈值，控制芯片产生一个固定的调相信号，至此完成对压控晶体振荡器的驯服过程。在模块内部正常接收到GPS或北斗卫星信号的情况下，通过上述驯服过程对压控晶体振荡器进行驯服，在驯服的过程中动态地从压控晶体振荡器与C/A码信号的相差数据产生的压控数据中分离出压控晶体振荡器的温度影响和老化影响数据，并根据获取的数据结合压控晶体振荡器的温度变化特性及老化特性生成对应的数据保存。在模块无法接收GPS或北斗卫星信号的情况下，模块会进入守时模式，模块内部会自动调取得到的温度和老化补偿数据，生成对应调相信号，经过DA转换和低通滤波后，送给压控晶体振荡器，对压控晶体振荡器的输出频率信号进行动态调节，从而减小温度变化和老化对压控晶体振荡器频率输出的影响。

一般接收机内部产生pps的频率源是一个普通的晶体，该晶体的频率准确度和稳定度都较差，同时该晶体不具备压控调相功能，因此精度较差。本发明中采用压控晶体振荡器VCTCXO、VCXO、COCXO，其输出频率信号精度比普通晶体要高1~4个数量级，采用VCTCXO、VCXO可以提高输出pps信号的稳定度，采用VCOCXO可以极大的提高输出pps信号稳定度。本发明中引入智能基于卫星信号的智能驯服方法，转换成调相信号去控制调节压控晶体振荡器的输出，逐步调整压控晶体振荡器输出的频率信号与pps信号的相位差，该相位差通过调整逐步缩小并最终锁定在一个较小的偏差范围内，可以进一步提高输出pps信号准确度。高精度守时方法的引入则可以提高模块在无法接收GPS或北斗卫星信号（参考丢失）的情况下实现高精度pps信号输出。

以上所述实例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。