高精度irig-b(ac)码解调方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于发射场以及电力系统等领域的B码授时技术，具体为一种高精度 IRIG-B(AC)码解调方法及装置。
【背景技术】
[0002] 时统技术早已在科学研宄、火箭发射、导航、武器试验、飞行器试验、日常生活中有 着广泛的应用。革G场间仪器组（inter range instrumentation group, IRIG)码是美国革巴场 司令委员会制定的一种时间标准，共有4种并行二进制时间码格式和6种串行二进制时间 码格式，其中最常用的是美国靶场仪器组B型格式，即IRIG-B (简称B码）时间码格式。 B码作为时统设备与用户设备的标准接口，提高了整个电子装备试验中测控通讯系统的可 靠性、一致性，并直接影响靶场试验设备的测量精度。
[0003] IRIG-B码通常采用串行时间码格式，时帧速率为1帧/秒，每一帧由100个码元组 成，每个码元的周期为l〇ms。IRIG-B码分直流、交流两种（见图1、2)，直流码为脉宽编码方 式。码元的频率为100Hz，每个码元的周期为10ms。每帧B码的帧头PR的上升沿代表着这 一秒时刻的开始，IRIG-B(DC)中有三种码型，每10个码元中有一个标志位'P'，其高电平 脉冲宽度8ms ;高电平脉冲宽度5ms，则表示'1'，高电平脉冲宽度2ms，表示'0'。交流码是 1kHz的正弦波载频对直流码进行幅度调制后形成的。
[0004] 直流码与交流码相比较，精度更高，但是由于脉冲信号的频谱丰富，窄带信道无 法传输，而只适用于电缆传输到比较近的用户。在实际的应用中通常使用交流B码授时，在 解调交流码的时候是通过乘法器与低通滤波器将交流码转换为直流码，然后对直流码进行 解调后输出标准时间信息与秒脉冲。解调精度的标准则是检测输出秒脉冲与B码帧头的时 间间隔。时间间隔越小精度越高。
[0005] 现有的解码器与解码卡的解调交流B码的思路主要是以下两种：1、通过过零比较 器产生lKhz的基准信号，通过AD将模拟信号转换为数字信号，从而根据交流信号高幅值的 个数判断码元的值。（IRIG_B码数字解调技术-陈涛）
[0006] 2、使用数字解调技术，首先将输入的数字信号与同频同相的载波相乘，然后再通 过数字滤波器将其中的交流分量滤除，就可以将交流码转换为直流码，然后按照解调直流 码的方式解调。（基于FPGA的IRIG-B码解码设计一张明迪）
[0007] 然而，这两种方法存在以下的问题不可避免导致的解调秒脉冲输出滞后于B码标 准秒脉冲：
[0008] 1、为了去除交流信号在长距离传输过程中耦合的噪声与杂波，解调器通常会在输 入端后添加低通滤波器，而低通滤波器会导致交流信号产生整体的相角偏移，相当于输入 信号有了一定的延时。
[0009] 2、（方法1)使用过零比较电路，基准电压不可能是理想状态的0V，因而其产生的 1KHZ的脉冲信号也会有一定的偏差。
[0010] 3、（方法2)数字化解码，信号经过数字滤波器，数字滤波器工作原理是对每一个 采样值进行有限个卷积运算，最常用的是由一个"抽头延时"加法器和乘法器的集合构成 的，而其它多速率滤波器则建立在FIR滤波器的基础上，数字信号经过数字滤波器之后会 产生一定的延时。
[0011] 总而言之，现有的提取秒脉冲的思路是：检测到帧头然后尽可能地快速输出秒脉 冲，控制芯片在检测到帧头信号到输出信号，程序的运行也需要一定的时间。
【发明内容】
[0012] 本发明为解决目前解调交流B码存在延迟无法克服的技术问题，提供一种高精度 IRIG-B(AC)码解调方法及装置。
[0013] 本发明是采用以下技术方案实现的：一种高精度IRIG-B(AC)码解调方法，包括如 下步骤：（1)、通过FPGA将解码器接收到的交流B码转换成直流B码；（2)、采用FPGA对直流 B码进行解调，提取时间信息与输出秒脉冲；所述提取时间信息和输出秒脉冲包括如下步 骤：(a)首先判断B码码元的脉冲宽度，依据脉冲宽度对码元进行赋值，当检测到两个连续 的P码即两个连续的8毫秒脉冲时，判断第二个脉冲信号为B码码元中的帧头；(b) FPGA内 部程序依据后续码元的脉冲宽度与码元在该帧数据中的位置按照B码的格式提取出二进 制表示的时间信息，将二进制转换为8421B⑶格式之后对时间信息加2秒处理；（c)当FPGA 检测到直流B码的第n-1个帧头结刚束时，计数器对码元的上升沿开始计数，当计数结果为 99时，即捕捉到直流B码第n(n> = 2)个帧头，FPGA输出一个脉冲信号，这个信号就是准秒 脉冲；(d)根据预先测得的准秒脉冲上升沿与B码标准帧头上升沿之间的时间间隔T d秒， FPGA在获取到准秒脉冲之后，又经过间隔后输出一个秒脉冲，即输出的秒脉冲与输 入B码的第n+1个帧头的上升沿保持同步，与此同时在步骤b中获取的时间信息与秒脉冲 同步输出，从而完成对IRIG-B(AC)码的解调。
[0014] 解码器解调直流B码的主要任务是提取时间信息与输出秒脉冲，接收到B码之后 首先判断码元的上升沿与下降沿，同时对码元的脉冲宽度进行计数。根据脉冲的宽度对码 元赋值，脉冲宽度为2毫秒的码元赋值"00"、脉冲宽度为5毫秒的码元赋值"01"，脉冲宽度 为8毫秒的赋值"10"，时间信息提取模块根据码元的赋值与码元在这一帧数据中的位置按 照B码的格式提取出二进制表示的时间信息，将二进制转换为8421BCD格式之后对时间信 息进行加2,在与时间信息相对应秒脉冲的上升沿通过串口通讯模块传到上位机。当系统 检测到两个连续的8ms时，表示这一秒的帧头刚结束，计数器对码元的上升沿开始计数，当 计数结果为99时，表示捕捉到了下一秒的帧头，系统输出一个脉冲信号，这个信号就是准 秒脉冲。使用精密计数器如安捷伦53132A通用计数器（测量精度可达200PS)测量准秒脉 冲与B码标准帧头之间的时间间隔^秒（仪器可输出前200个测量结果的算术平均值）， (依据恒温晶振产生的时钟信号）然后在之后将准秒脉冲输出，实现了与直流B码 下一个帧头上升沿的同步输出，该脉冲信号即为标准秒脉冲信号，工作流程如图4所示。
[0015] B码解调输出时间信息与秒脉冲，时间信息必须按照当前时刻点输出，而秒脉冲却 无此要求，只要解码系统输出的脉冲信号与输入B码的帧头对其即可，两个脉冲信号的间 隔越小，授时越精确。由于输出秒脉冲与B码帧头的延时是固定的，（浮动范围在纳秒级别） 为此提出一种延时输出，将上一秒的秒脉冲延时到下一秒输出，延时的时间为一秒减去固 定延时T d秒。
[0016] 进一步的，步骤（d)中，时间间隔使用高稳恒温晶振输出的时钟进行计数， 经过S个时钟周期后在直流B码的下一帧码元中帧头的上升沿输出一个秒脉冲，其中S通 过下式计算式中ts为恒温晶振的时钟周期。
[0017] 解码器输出端通过BNC端子输出秒脉冲，采用高稳恒温晶振可以保证时间间隔计 量的精确度，满足实际需要。
[0018] 本发明所述的高精度IRIG-B(AC)码解调装置是采用如下技术方案实现的：一种 高精度IRIG-B(AC)码解调装置，包括IRIG-B(AC)码交流输入端口、与IRIG-B(AC)码交 流输入端口相连接的滤波器、与滤波器相连接的模数转换芯片、与模数转换芯片相连接的 FPGA系统以及串口芯片和BNC端子；所述FPGA系统的内部程序采用模块化设计，包括交流 信号解调模块、直流信号解码模块、串口输出模块、秒脉冲产生模块以及延时模块；串口芯 片和BNC端子均与FPGA系统的信号输出端相连接，FPGA系统配有恒温晶振电路和JTAG程 序加载电路。
[0019] 解码器的输入端接收到交流B码信号之后，滤波器将信号中的噪声与杂波滤除， 模数转换芯片将交流B码转换为数字信号传送给FPGA，FPGA内部的交流信号解调模块将数 字信号经乘法器与低通滤波器之后，将信号中的载波去除，保留有用的直流B码信号。数 学推导过程如下：
[0020] B (AC) = B (DC) X SIN (2 Jr X 1000t) (1)
[0021] B (AC) SIN (2 3i X lOOOt) = B (DC) X [SIN (2 n X lOOOt) ]2
[0022] = 0? 5B (DC) [1-C0S (4itX lOOOt) ] (2)
[0023] 公式（1)表示IRIG-B(AC)码，公式⑵表示AC码与其载波相乘，通过公式⑵可 以得出，经过乘法器相乘之后，数字信号变为一个由直流分量和交流分量相耦合的信号，再 经过数字滤波器滤除掉交流分量，信号就由交流（AC)B码变为直流（DC)B码。
[0024] 直流信号解码模块将直流B码的帧头与时间信息提取出来，时间信息通过串口输 出模块传送到串口芯片。秒脉冲产生模块依据帧头产生准秒脉冲信号并传送到延时模块。 延时模块接收到准秒脉冲信