专利名称：北斗/gps双模授时模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双模卫星授时模块，同时接收北斗一号、GPS卫星信号，特别 适用于数字同步网建设、国家信息网络安全、电力的生产调度自动化等领域，属于卫星定位 授时领域。
背景技术：
高精度时钟源是现代通信和信息安全的保障，其对于国家安全及经济发展的重要 性不言而喻，而卫星授时相比其它类的高精度授时方式其性价比最优，所以各国均纷纷投 资建设独立的卫星系统。我国目前在很多行业(如通信、电力等)基本上都是采用GPS作 为时钟源，但是由于受到美国的政策影响，如果我们仅通过依靠国外卫星系统作为时钟源， 时钟的安全性将无法得到保证，必定存在很大的安全隐患。所以对于精密授时产业而言，充 分利用具有我国自主知识产权的北斗一号卫星系统作为我国高精度时钟源，采用北斗/GPS 双模授时技术将是我国现在和未来的发展趋势。
实用新型内容本实用新型所要解决的问题是利用现有的北斗卫星定位系统和GPS定位系统，采 用双模射频基带一体化设计技术，使北斗卫星、GPS双系统授时有效融合，来提高系统可靠 性和精度，减少对单一导航系统的依赖性。本实用新型的技术方案如下北斗/GPS双模授时模块，由双模接收射频模块、北斗卫星基带模块、GPS模块和电 源模块组成，其特征在于所述双模接收射频模块由功分器、北斗射频模块和本振组成，所 述功分器把经天线接收的信号分成GPS信号和北斗卫星信号两路，并分别输送到GPS模块 和北斗射频模块，所述的北斗射频模块内包括放大滤波器、第一混频器、带通滤波器、第二 混频器和自动增益控制模块，所述本振输出的二个信号送入所述的北斗射频模块；所述北斗卫星基带模块由FPGA模块和ARM模块组成，所述FPGA模块与所述的ARM 模块相串接，所述FPGA模块与所述的北斗射频模块之间通过AD采样模块相连，所述FPGA 模块外接有FLASH模块，所述ARM模块带有UART串口 ；所述GPS模块输出GPS信息并送入所述的FPGA模块；还包括有晶振，所述晶振的 输出信号送入所述的本振，所述FPGA模块输出频率微调控制信号并通过DA模块送入所述 的晶振；所述电源模块的电压输出端分别与北斗卫星基带模块、GPS模块以及晶振的电源 端相连。所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于所述的功分器、第一、二混频器、带 通滤波器、本振以及自动增益控制模块分置在一个屏蔽罩内。所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于北斗/GPS双模授时模块的电路板采 用双面布板，其中双模接收射频模块和北斗卫星基带模块安装或贴装在同一侧，GPS模块和 电源模块安装或贴装在同一侧。[0010]所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于所述双模接收射频模块提供GPS射 频信号和经过两次下变频处理后的北斗卫星12. 24MHz中频基带信号。所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于所述北斗卫星基带模块处理 12. 24MHz中频的基带信号，基带信号其采样频率为48. 96MHz，ARM处理频率75MHz。本实用新型的有益效果本实用新型采用双模射频基带一体化设计技术，使北斗卫星、GPS双系统授时有效 融合，提高了系统可靠性和精度，减少了对单一导航系统的依赖性；本实用新型可输出PPS 信号、UTC时等信息，具有开短路检测保护功能，成本低、体积小、重量轻、功耗低、方便嵌入 到需要授时的设备内部等优点。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，北斗/GPS双模授时模块，由双模接收射频模块、北斗卫星基带模块、 GPS模块105和电源模块组成，双模接收射频模块由功分器101、北斗射频模块102和本 振103组成，可同时接收北斗一号卫星信号和GPS卫星信号，接收频率分别为北斗一号的 2491. 75MHz、GPS的1575. 42MHz，其中北斗信号经过两次下变频处理一次下变频后信号频 率为881. 68MHz，二次下变频后信号频率为12. 24MHz，本振103提供两次变频处理需要的两 个本地频率，其频率设置由FPGA模块109通过IIS总线设置完成；功分器101把经天线接 收的信号分成GPS信号和北斗卫星信号两路，并分别输送到GPS模块105和北斗射频模块 102。同时功分器101还具有开短路检测和保护功能。北斗射频模块102内设有依次相串 联的放大滤波器、第一混频器、带通滤波器、第二混频器和自动增益控制模块，本振103的 二个本振信号分别送入北斗射频模块102，北斗射频模块102输出差分中频信号给AD模块 106，差分电平为1VPP，差分的参考电平由AD模块106提供。北斗卫星基带模块由FPGA模块109和ARM模块108组成，利用Altera公司芯片 和ATMEL公司芯片完成集成电路设计，其信号输入由射频模块处理后经过A/D采样后提供， 完成北斗基带信号处理、北斗信号解析、授时秒脉冲产生的功能；FPGA模块109与ARM模块 108相串接，FPGA模块109与北斗射频模块102之间通过AD采样模块106相连，FPGA模 块109外接有FLASH模块110，ARM模块108带有UART串口 ；FPGA模块109接收A/D采样 (采样频率由FPGA模块设置为48. 96MHz)信号，并对信号进行捕获、跟踪和同步；同时对信 号进行解调、解扩和Vertibi译码以后，把解出的卫星星历数据提供给ARM模块108 ；ARM模 块108利用接收到卫星星历数据(包括卫星的位置和速度信息，以及电磁波传播修正模型 参数等)，以及本地位置信息，经过推导拟合得到每秒所接收到的信号延时精确的延时，从 而推导出每秒的精确时间，并把数据送回到FPGA模块109 ；FPGA模块109在时钟同步电路 中，为产生高精度时钟信号，采用计数器和比较器对高精度晶振进行分频，产生晶振秒时钟 信号；晶振秒时钟与北斗秒时钟进行相位比较，产生偏差序列；FGPA模块109还负责产生一 个NCO模块进行频率微调，频率微调的调控量是从ARM模块108送来的控制信号，使NCO输 出的信号既具有本地晶振的频率高稳定度，又具备时时刻刻与北斗系统锁相的高的频率准确度；FPGA模块109同时接收GPS模块105信息，根据接收到的信息决定输出的PPS，PPS 的输出还可由ARM模块108通过串口选择输出GPS模块105PPS信息还是北斗PPS信息。GPS模块105采用WDIox-5系列模块完成GPS信号恢复和PPS产生，GPS模块105 输出GPS信息并送入FPGA模块109 ；还包括有晶振104，晶振104的输出信号送入本振103， FPGA模块109输出频率微调控制信号并通过DA模块107送入晶振104 ；电源模块111采用LTC3564芯片将3. 3V外接电源转换为1. 2V、1. 8V和2. 5V直流 电源，其中1. 2V、2. 5V提供给FPGA模块109，1. 8V提供给ARM模块108，双模接收射频模块 电源为3. 3V和5V，由外接电源直接提供。功分器101、第一、二混频器、带通滤波器、本振以及自动增益控制模块分置在一个屏蔽罩内。北斗/GPS双模授时模块的电路板采用双面布板，其中双模接收射频模块和北斗 卫星基带模块安装或贴装在同一侧，GPS模块105和电源模块111安装或贴装在同一侧。双模接收射频模块提供GPS射频信号和经过两次下变频处理后的北斗卫星 12. 24MHz中频基带信号。北斗卫星基带模块处理12.24MHz中频的基带信号，基带信号其采样频率为 48. 96MHz, ARM 处理频率 75MHz。以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明射频模块收到的信号经过功分器将北斗一号卫星信号和GPS信号分开，其中GPS 信号输出给GPS模块；北斗一号卫星信号进入接收通道电路的高放电路，高放输出的信号 经过第一混频器和第一本振后，由中频滤波器取出872. IMHz的中频信号，再经过可变增益 放大后输出至第二混频器。北斗一号卫星信号经过第二次混频后，接收的RF信号转换为中 心频率为12. 24MHz的二中频信号。经过第二中频滤波与输出驱动放大后，该信号输出至基 带电路，并耦合到AGC环路，经过检波后，通过环路控制电路控制一中放的增益，实现接收 通道的自动增益控制。通道电路的所有本振均为锁相环频率合成器，采用同一参考频率信 号。经过缓冲隔离后，该参考频率信号根据需要输出至基带电路作为时钟信号。FPGA模块负责接收到A/D采样(采样频率为48. 96MHz)的中频信号，并对信号进 行捕获、跟踪和时钟同步；在时钟同步电路中，为产生高精度时钟信号，采用计数器和比较 器对高精度晶振进行分频，产生晶振秒时钟信号；晶振秒时钟与北斗秒时钟进行相位比较， 产生偏差序列；FGPA还负责产生一个NCO模块进行频率微调，频率微调的调控量是从ARM 模块送来的控制信号，使NCO输出的信号既具有本地晶振的频率高稳定度，又具备时时刻 刻与北斗系统锁相的高的频率准确度。同时，FPGA模块还负责对信号进行解调、解扩，经过 Vertibi译码以后，把解出的卫星信号传输给ARM模块(ARM模块和FPGA模块之间的数据传 输接口为双向RAM端口，因此需要在FPGA模块内部定制ARM模块的双向RAM)，ARM模块利 用接收到的I支路导航电文数据，以及当前码元在所对应帧的比特序数，可以得到精确的 时钟，再结合本地位置与导航电文中得到的卫星的位置和速度信息，以及电磁波传播修正 模型参数，可以得到当前秒脉冲对应的精确时刻。GPS模块采用WDIox-5系列模块完成GPS信号恢复和秒脉冲(PPS)产生；电源模 块采用LTC3564芯片将3. 3V外接电源转换为1. 2V、1. 8V和2. 5V直流电源，其中1. 2V、2. 5V 提供给FPGA模块，1. 8V提供给ARM模块，射频模块电源为3. 3V和5V，由外接电源直接提供。这里，北斗/GPS双模授时模块电路板双面布板，双模接收射频模块和北斗卫星基带模块安 装或贴装在同一侧，GPS模块和电源模块安装或贴装在同一侧。
权利要求1.北斗/GPS双模授时模块，由双模接收射频模块、北斗卫星基带模块、GPS模块和电源 模块组成，其特征在于所述双模接收射频模块由功分器、北斗射频模块和本振组成，所述 功分器把经天线接收的信号分成GPS信号和北斗卫星信号两路，并分别输送到GPS模块和 北斗射频模块，所述的北斗射频模块内包括放大滤波器、第一混频器、带通滤波器、第二混 频器和自动增益控制模块，所述本振输出的二个信号送入所述的北斗射频模块；所述北斗卫星基带模块由FPGA模块和ARM模块组成，所述FPGA模块与所述的ARM模 块相串接，所述FPGA模块与所述的北斗射频模块之间通过AD采样模块相连，所述FPGA模 块外接有FLASH模块，所述ARM模块带有UART串口 ；所述GPS模块输出GPS信息送入所述的FPGA模块和所述的ARM模块；所述晶振的输出 信号送入所述的本振，所述FPGA模块输出频率微调控制信号并通过DA模块送入所述的晶 振；所述电源模块的电压输出端分别与北斗卫星基带模块、GPS模块以及晶振的电源端相 连。
2.根据权利要求1所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于所述的功分器、第一、 二混频器、带通滤波器、本振以及自动增益控制模块分置在一个屏蔽罩内。
3.根据权利要求1所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于北斗/GPS双模授时 模块的电路板采用双面布板，其中双模接收射频模块和北斗卫星基带模块安装或贴装在同 一侧，GPS模块和电源模块安装或贴装在同一侧。
4.根据权利要求1所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于所述双模接收射频模 块提供GPS射频信号和经过两次下变频处理后的北斗卫星12. 24MHz中频基带信号。
5.根据权利要求1所述的北斗/GPS双模授时模块，其特征在于所述北斗卫星基带模 块处理12. 248MHz中频的基带信号，基带信号其采样频率为48. 96MHz，ARM处理频率75MHz。
专利摘要本实用新型公开了一种北斗/GPS双模授时模块，由双模接收射频模块、北斗卫星基带模块、GPS模块和电源模块组成，结合北斗/GPS双模系统，采样射频基带一体化设计，其中射频模块通过两次下变频输出北斗中频信号，基带模块采用ARM+FPGA结构，双模PPS的输出可由ARM模块通过串口选择决定输出GPS秒脉冲和北斗秒脉冲。本实用新型采用双模射频基带一体化设计技术，使北斗卫星、GPS双系统授时有效融合，提高了系统可靠性和精度，减少了对单一导航系统的依赖性；本实用新型可输出PPS信号、UTC时等信息，具有开短路检测保护功能，成本低、体积小、重量轻、功耗低、方便嵌入到需要授时的设备内部等优点。
文档编号G04G7/02GK201828785SQ201020563118
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者孟宪伟, 曾洁, 李应彬, 桂岳, 水孝敏, 王宇 申请人:安徽四创电子股份有限公司