短波定时信号和信息接收装置

1.本发明涉及短波定时领域，特别涉及一种用于接收2.5mhz、5mhz、10mhz和15mhz频率的bpm授时信号及时码信息的短波定时信号和信息接收装置。


背景技术：

2.国家授时中心bpm短波授时台以2.5mhz、5.0mhz、10.0mhz、15.0mhz4种频率，每天24小时发播标准时间和标准频率信号，用户定时精度在毫秒量级。为了进一步提高我国bpm短波授时发播系统的服务能力，bpm授时台将时码服务增加到短波授时程序中，用户通过短波时码接收机就可以获取标准时码信息，从而校准钟面以及实现设备运行的自动化。
3.现有的短波终端设备多为短波通信设备，为数不多的短波定时终端设备主要解调短波时号，并不具备解调短波时间信息的能力。已经公开的“bpm短波时码授时发播技术方案”详细说明了bpm时码的设计方案、时码格式以及发播时段，其中提到的bpm时码解调部分举例说明了时码信息的基本解码方法，主要涉及如何将一个时帧解析为时间信息，并不涉及具体的实现。已经公开的“dsp的bpm短波时码接收技术研究”提出了一种短波时码信息接收的技术方法，该方法不涉及位置对信号延迟的影响，也不涉及具体的硬件实现。因此，发明一种具有解调bpm短波时号和短波时码能力、成本相对较低的接收装置很有必要。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种短波定时信号和信息接收装置，接收并解调中国科学院国家授时中心发播的2.5mhz、5.0mhz、10.0mhz、15.0mhz信号，解调并输出utc(协调世界时)、ut1(世界时)、1pps(秒信号)和1ppm(分信号)信号的同时，能够解调5mhz频率信号中所附带的时码信息，并通过rtc(实时时钟)存储和保持时间信息，解决短波授时接收机需要接收外部时间信息实现自主定时的问题。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种短波定时信号和信息接收装置，包括选频模块、rtc模块、主控模块、时钟模块、信号处理模块、监测模块和通信模块。
6.所述的选频模块接收来自主控模块的参数控制指令，滤波输出2.5mhz、5mhz、10mhz、15mhz信号至信号处理模块；
7.所述的主控模块接收来自信号处理模块的数字中频信号，获取基带语音信号送往监测模块；所述的主控模块接收时钟模块的激励，将识别出的1pps信号或1ppm信号送往通信模块；所述的主控模块对基带信号进行解码处理，获取年、月、日、时、分、秒、ut1改正值和闰秒预告信息并送往rtc模块和通信模块；所述的主控模块接收来自通信模块的位置信息，发送频率选择指令给选频模块；
8.所述的信号处理模块将来自选频模块的模拟中频信号转换为16位数字中频信号，并输出至主控模块；同时，将主控模块输出的16位数字监控信号转换成模拟监控信号送往监测模块；
9.所述的监测模块将模拟监控信号通过喇叭输出，将主控模块输出的时间信息通过
液晶屏显示；
10.所述的时钟模块为选频模块、主控模块和信号处理模块提供参考时钟；
11.所述的rtc模块接收主控模块发送的时间信息，用于存储和保持时间信息；
12.所述的通信模块接收主控模块输出的1pps信号、1ppm信号和时间信息对外输出，同时接收外部输入的控制信息、位置信息送往主控模块。
13.所述自主控模块的参数控制指令包括调谐频率、频率搜索、接收信号强度门限和输出信号幅度。
14.所述的rtc模块接收主控模块发送的时间信息，保持秒、分、时、星期、日、月、年信息并进行计时，使接收装置不会因掉电而丢失时间信息；装置重新上电时，主控模块读取rtc模块的秒、分、时、星期、日、月、年信息。
15.所述的主控模块接收来自信号处理模块的数字中频信号，对数字中频信号进行滤波和解调，获取基带语音信号送往监测模块；主控模块在时钟模块的激励下对基带语音信号进行相关处理，识别出1pps信号或1ppm信号，然后根据接收到的来自通信模块的位置信息计算传播时延，对识别出1pps信号或1ppm信号进行时延调整，并送往通信模块；识别出1pps或1ppm信号后，主控模块对基带信号进行解码处理，获取年、月、日、时、分、秒、ut1改正值和闰秒预告信息，并将信息送往rtc模块和通信模块；主控模块接收来自通信模块的位置信息，根据信号位置查找表，判定当前位置可接收信号频率，并发送频率选择指令给选频模块。
16.所述的信号处理模块以时钟模块发送来的时钟信号为基准，其数据接收部分在时钟信号的上升沿以32khz的采样率将来自选频模块的模拟中频信号转换为16位数字中频信号，并输出至主控模块；同时，信号处理模块的数据发送部分在时钟信号的下降沿接收主控模块输出的16位数字监控信号，将16位数字监控信号以32khz的采样率转换成模拟监控信号送往监测模块。
17.所述的的选频模块包括低噪放、调谐电路、自动增益控制、混频器、数字振荡器和自动频率控制，所述的低噪放对天线感应到的微弱信号进行滤波放大、抑制干扰，降低系统噪声；所述的调谐电路由四个调谐滤波器组成，调谐滤波器的中心频率分别为2.5mhz、5mhz、10mhz、15mhz，对信号进行跟踪选频；所述的自动增益控制采用闭环延迟式agc，实现对放大系统增益的自动调节；所述的混频器采用一次下变频结构，将自动增益控制输出的信号与数字振荡器输出的载波频率信号混频后输出模拟中频信号，送往信号处理模块；所述的数字振荡器内置低压差电压调整电路，数字振荡器的输出频率由自动频率控制校准。
18.本发明的有益效果是：装置内置有信号位置查找表，能够基于该表根据用户输入的位置信息预判可接收的信号频点，可有效的缩短信号搜索和捕获时间。同时，信号位置查找表中包含预置的时延修正信息，用户可通过输入位置信息对定时信号进行时延修正。此外，在5mhz工作模式下装置能够解调输出时间信息，实现本地时间的自动校准，解决用户需要手动输入时间信息的问题。
附图说明
19.图1是本发明实施例的组成结构框图。
20.图2是图1中选频模块1的组成结构框图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
22.本发明包括选频模块、rtc模块、主控模块、时钟模块、信号处理模块、监测模块和通信模块，其中主控模块作为核心模块与其他模块产生交互并协调工作，其技术方案实现如下：
23.1)主控模块内部存储有信号位置查找表，可根据用户输入的位置信息判断当前位置可接收信号的频点，并向选频模块发送频率选择指令，能够有效缩短信号接收时间。选频模块接收天线输入的短波授时信号，在主控模块频率选择指令的控制下选择2.5mhz、5.0mhz、10.0mhz、15.0mhz信号中的一个信号进行放大、滤波、混频处理，并将处理后的模拟中频信号发送至信号处理模块转换成数字中频信号；
24.2)主控模块作为核心部分，接收信号处理模块发送的数字中频信号，解调出定时信号，并根据用户输入的位置信息基于信号位置查找表对定时信号进行时延修正。国家授时中心bpm授时台发播的5mhz信号中加载有时间信息，如果装置工作在5mhz并且信号有效，则从5mhz信号中解调出时间信息，用于校准本地时间。同时，主控模块将解调出的1pps和1ppm信号作为语音监控信号发送给监控模块，用于监听；将解调过程中获得的状态监控信息发送给监控模块，用于显示；
25.3)监控模块接收主控模块发送的语音监控信号和状态监控信息，语音监控信号被转换成模拟信号通过喇叭输出，用于监听当前信号状态；状态监控信息通过显示屏显示，便于用户直接观察装置当前的工作频率、工作状态、场强和信噪比信息。
26.本发明实施例的结构框图参见图1，由选频模块1、rtc模块2、主控模块3、时钟模块4、信号处理模块5、监测模块6和通信模块7连接构成。
27.所述选频模块1与外部天线、主控模块3和信号处理模块5连接，选频模块1接收来自主控模块3的调谐频率、频率搜索、接收信号强度门限、输出信号幅度参数控制指令，在主控模块3的控制下，滤波输出2.5mhz、5mhz、10mhz、15mhz信号至信号处理模块5。
28.所述rtc模块2与主控模块3相连接，rtc模块2接收主控模块3发送的时间信息，用于存储和保持时间信息。在短波授时信号接收装置断电情况下，rtc模块2保持秒、分、时、星期、日、月、年等信息并进行计时，使接收装置不会因掉电而丢失时间信息；重新上电时，主控模块3读取rtc模块2的秒、分、时、星期、日、月、年等信息，使装置在重新上电后快速进入授时状态。
29.所述主控模块3分别与选频模块1、rtc模块2、时钟模块4、信号处理模块5、监测模块6和通信模块7连接，是短波定时信息和信号接收装置的核心部分。主控模块3接收来自信号处理模块5的数字中频信号，对数字中频信号进行滤波和解调，获取基带语音信号送往监测模块6。主控模块3在时钟模块4的激励下对基带语音信号进行相关处理，识别出1pps信号或1ppm信号。然后根据接收到的来自通信模块7的位置信息计算传播时延，对识别出1pps信号或1ppm信号进行时延调整，并送往通信模块7。识别出1pps或1ppm信号后，主控模块3对基带信号进行解码处理，获取年、月、日、时、分、秒、ut1改正值和闰秒预告等信息，并将信息送往rtc模块2和通信模块7。主控模块3接收来自通信模块7的位置信息，根据信号位置查找表，判定当前位置可接收信号频率，并发送频率选择指令给选频模块1。
30.所述时钟模块4与选频模块1、主控模块3和信号处理模块5连接，能够提供多路输出时钟分配。时钟模块4为选频模块1提供32.768khz的参考时钟，为主控模块3提供32mhz的参考时钟，为信号处理模块5提供12.288mhz的参考频率。时钟模块4为装置提供同源的时钟信号，目的在于消除各模块之间的相位差，使模块之间保持相位一致。
31.所述信号处理模块5与选频模块1、主控模块3、时钟模块4和监测模块6相连，信号处理模块5以时钟模块4发送来的时钟信号为基准，其数据接收部分在时钟信号的上升沿以32khz的采样率将来自选频模块1的模拟中频信号转换为16位数字中频信号，并输出至主控模块3。同时，信号处理模块5的数据发送部分在时钟信号的下降沿接收主控模块3输出的16位数字监控信号，将16位数字监控信号以32khz的采样率转换成模拟监控信号送往监测模块6。
32.所述监测模块6与主控模块3和信号处理模块5连接，主要由语音输出和显示两部分构成。其中，语音输出部分接收信号处理模块5输出的语音监控信号，将语音监控信号通过喇叭输出，用户可通过喇叭监听当前时刻本地bpm电波信号的质量；显示部分接收来自主控模块3的时间信息、工作状态等信息，并通过液晶显示屏显示。
33.所述通信模块7与主控模块3连接，接收主控模块3输出的1pps信号、1ppm信号和时间信息，将时间信息转换成rs232电平的串行信号输出。同时，通过串口接收外部输入的控制信息、位置信息送往主控模块3。
34.本发明图2所示的选频模块1由低噪放101，调谐电路102，自动增益控制103，混频器104，数字振荡器105和自动频率控制106组成。
35.所述低噪放101对天线感应到的微弱信号进行滤波放大、抑制干扰，降低系统噪声。低噪放101噪声系数小于2，增益20db，接收灵敏度为20uv。101同时具备限幅保护功能，防止峰值超过1v的大信号进入，滤波放大后的信号送往调谐电路102。
36.所述调谐电路102由四个调谐滤波器组成，用来滤除带外干扰和噪声。调谐滤波器的中心频率分别为2.5mhz、5mhz、10mhz、15mhz，对信号进行跟踪选频，选频后的信号送往带通滤波器103。
37.所述自动增益控制103采用闭环延迟式agc，动态范围85db，步进量2db。自动增益控制103靠近中频前端，用来控制放大倍数和带宽，实现对放大系统增益的自动调节，使输出信号幅度保持在较小范围内变化，提高信噪比。自动增益控制103输出信号至混频器104。
38.所述混频器104与自动增益控制103和数字振荡器105相连接，混频器104采用一次下变频结构，将自动增益控制103输出的信号与数字振荡器105输出的载波频率信号混频后输出模拟中频信号，送往信号处理模块5。
39.所述数字振荡器105内置低压差电压调整电路，数字振荡器105的输出频率由自动频率控制106校准。数字振荡器105产生的频率信号送往混频器104，在自动频率控制106的反馈控制下，数字振荡器105输出的本地载波频率保持稳定。
40.所述自动频率控制106由混频、差频放大部分组成，通过调节中频中心频率来限制本振信号频率漂移。自动频率控制106接收来自时钟模块4的参考时钟信号和数字振荡器105产生的频率信号，通过混频检测出参考时钟信号与数字振荡器105之间的频率误差，误差信号经差频放大后，再转换成电压误差信号去控制数字振荡器105。