用于提供高精度大步长时间同步信号的gps授时装置制造方法
【专利摘要】一种用于提供高精度大步长时间同步信号的GPS授时装置，包括石英晶体振荡器、GPS接收芯片和数字信号处理器；石英晶体振荡器提供10MHz的参考频率，GPS接收芯片提供1Hz的标准时间同步信号；数字信号处理器中，分频器输出1Hz时间同步信号给频率校准电路，在卫星失锁状态将1Hz时间同步信号作为时差校准电路输入，频率校准电路输出10MHz校准频率给倍频器1和2；时差校准电路在卫星失锁状态进行时差校准后，输出1Hz时间同步信号的校准值给倍频器1；倍频器1在卫星失锁状态输出大步长的时间同步信号，倍频器2在在卫星锁定状态输出大步长的时间同步信号。本发明设计合理，结构简单且完全实用，能提高授时的精度。
【专利说明】用于提供高精度大步长时间同步信号的GPS授时装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及GPS授时技术，尤其是涉及一种用于提供高精度大步长时间同步信号 的GPS授时装置。
【背景技术】
[0002] GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统）的简称，GPS授时由于 具有精度高，稳定性好，覆盖范围广等优点已广泛应用于导航、大地测量、时间同步、电力等 领域，其基本原理是利用GPS卫星及地面控制系统所具备的高精度原子钟向用户提供高精 度的时信息，能够达到us级时间精度。但一般的GPS接收机仅能提供步长为IHz的标准时 间同步信号，不能满足用户对高精度的大步长OlHz)的时间同步信号的需求。
【发明内容】
[0003] 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题，提供了一种提高GPS授时精度的 装置。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0005] 一种用于提供高精度大步长时间同步信号的GPS授时装置，包括一个石英晶体振 荡器，一个GPS接收芯片，以及一个数字信号处理器；
[0006] 所述石英晶体振荡器输出IOMHz的参考频率到数字信号处理器，
[0007] 所述GPS接收芯片输出IHz的标准时间同步信号到数字信号处理器，
[0008] 所述数字信号处理器包括一个分频器，一个频率校准电路，一个时差校准电路，两 个倍频器电路，两个倍频器电路，两个倍频器电路分别记为倍频器1、倍频器2 ;
[0009] 所述分频器接收石英晶体振荡器提供的IOMHz参考频率，经过频率分频，输出IHz 时间同步信号给频率校准电路，在卫星失锁状态，将IHz时间同步信号作为时差校准电路 的输入信号；
[0010] 所述频率校准电路同时接收石英晶体振荡器提供的IOMHz参考频率和GPS接收芯 片提供的标准IHz时间同步信号以及由分频器电路提供的IHz时间同步信号，经过频率校 准，输出石英晶体振荡器的IOMHz校准频率fx jz给倍频器1和2 ;
[0011] 所述时差校准电路，在卫星失锁状态，接收分频器电路提供的IHz时间同步信号， 在时差校准后，输出IHz时间同步信号的校准值IHzJz给倍频器1 ;
[0012] 所述倍频器1，在卫星锁定状态屏蔽，在卫星失锁状态同时接收频率校准电路提供 的石英晶体振荡器的IOMHZ校准频率f x jx和时差校准电路提供的IHz时间同步信号的校准 值lHz_jz，输出大步长的时间同步信号；
[0013] 所述倍频器2,在卫星失锁状态屏蔽，在卫星锁定状态同时接收频率校准电路提供 的石英晶体振荡器的IOMHz校准频率f x jz和GPS接收芯片提供的标准IHz时间同步信号， 输出大步长的时间同步信号。
[0014] 而且，大步长的时间同步信号为IOHz或100Hz。
[0015] 而且，时间校准电路根据守时时间同步误差值对本地时间进行校准，得到IHz时 间同步信号的校准值lHz_jz。
[0016] 因此，本发明具有如下优点：1.设计合理，结构简单且完全实用；2.采用该电路装 置能提高GPS授时的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例中的GPS授时装置的原理框图；
[0018] 图2是本发明实施例中的数字信号处理器的电路原理图；
[0019] 图3是本发明实施例中的石英晶体振荡器的频率日波动特性示意图；
[0020] 图4是本发明实施例中的石英晶体振荡器的频率准确度A，频率老化率D对守时时 间同步误差的影响示意图；
[0021] 图5是本发明实施例中的石英晶体振荡器的频率稳定度f\(t)对守时时间同步误 差的影响示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图及实施例，对本发明技术方案作进一步详细的描述。
[0023] 参见图1，实施例所提供一种高精度的GPS授时装置，包括一个石英晶体振荡器， 一个GPS接收芯片，以及一个数字信号处理器；石英晶体振荡器和GPS接收芯片分别接入 数字信号处理器，所述石英晶体振荡器为数字信号处理器提供IOMHz的参考频率，所述GPS 接收芯片为数字信号处理器提供IHz的标准时间同步信号。本发明中的数字信号处理器 接收石英晶体振荡器提供的IOMHz参考频率，以及GPS接收芯片提供的标准IHz时间同步 信号，输出高精度、大步长的时间同步信号。具体实施时，石英晶体振荡器、GPS接收芯片 和数字信号处理器可采用市场上出售的电子器件，例如GPS接收芯片为摩托罗拉M 12T-OEM板，石英晶体振荡器采用型号为EMX0-380-385的芯片，数字信号处理器采用的型号为 Xilinx-SpartanIIE 的器件。
[0024] 参见图2,本发明中数字信号处理器包括一个分频器，一个频率校准电路，一个时 差校准电路，两个倍频器电路，两个倍频器电路分别记为倍频器1、倍频器2 ;所述分频器接 收石英晶体振荡器提供的IOMHz参考频率，经过频率分频，输出IHz时间同步信号给频率校 准电路，在卫星失锁状态，将IHz时间同步信号作为时差校准电路的输入信号；所述频率校 准电路同时接收石英晶体振荡器提供的IOMHz参考频率和GPS接收芯片提供的标准IHz时 间同步信号以及由分频器电路提供的IHz时间同步信号，经过频率校准，输出石英晶体振 荡器的IOMHz校准频率（f x jz)给倍频器1和2 ;所述时差校准电路，在卫星失锁状态，接收分 频器电路提供的IHz时间同步信号，在时差校准后，输出IHz时间同步信号的校准值（1Ηζ_ jz)给倍频器1 ;所述倍频器1，在卫星锁定状态屏蔽，在卫星失锁状态，同时接收频率校准 电路提供的石英晶体振荡器的IOMHz校准频率（f x jz)和时差校准电路提供的IHz时间同步 信号的校准值（IHzJz)，输出大步长的时间同步信号（10Hz，IOOHz…）；所述倍频器2,在卫 星失锁状态屏蔽，在卫星锁定状态，同时接收频率校准电路提供的石英晶体振荡器的IOMHz 校准频率（fx jz)和GPS接收芯片提供的标准IHz时间同步信号，输出大步长的时间同步信 号（10Hz，IOOHz…）。具体实施时，本领域技术人员可自行预设所需输出。具体实施时，数 字信号处理器可以采用编程器件，分频器、频率校准电路、时差校准电路、倍频器电路可采 用软件编程方式在数字信号处理器中实现；或者，各部分分别采用相应芯片实现，根据本发 明提供的信号连接关系，构成数字信号处理单元。本领域中，卫星锁定状态一般指接收到的 卫星数多4颗；卫星失锁状态一般指接收到的卫星数〈4颗。
[0025] 为本领域技术人员理解本发明效果起见，下面举例说明本发明提出的高精度的 GPS授时装置的精密授时和守时原理。
[0026] 举例说明本发明提出的石英晶体振荡器的频率校准原理：为了保证授时系统输出 高精度、大步长的时间同步信号，需要对石英晶体振荡器的频率进行测量、校准。其中石英 晶体振荡器的工作参数为：频率标称值f〇= 10MHz，标称频率准确度Atl= 5 X KTltl, Is时域 稳定度1(^°，-30°0?70°0的温度稳定性2\10_8，预热时间1〇1^11。采用6?5接收芯片输出 的标准IHz时间同步信号提供门控时间，长度为T，将标准IHz时间同步信号作为计数的开 门信号，将石英晶体振荡器经过分频生成的IHz时间同步信号作为计数的关门信号，在 t2两个时刻对开关门信号之间的时间差进行测量，分别得到时间差AtJP At2，由于石英 晶体振荡器的频率准确度
【权利要求】
1. 一种用于提供高精度大步长时间同步信号的GI^授时装置，其特征在于：包括一个 石英晶体振荡器，一个GI^接收巧片，W及一个数字信号处理器； 所述石英晶体振荡器输出lOMHz的参考频率到数字信号处理器， 所述GI^接收巧片输出mz的标准时间同步信号到数字信号处理器， 所述数字信号处理器包括一个分频器，一个频率校准电路，一个时差校准电路，两个倍 频器电路，两个倍频器电路，两个倍频器电路分别记为倍频器1、倍频器2 ; 所述分频器接收石英晶体振荡器提供的lOMHz参考频率，经过频率分频，输出mz时间 同步信号给频率校准电路，在卫星失锁状态，将1化时间同步信号作为时差校准电路的输 入信号； 所述频率校准电路同时接收石英晶体振荡器提供的lOMHz参考频率和GI^接收巧片提 供的标准mz时间同步信号W及由分频器电路提供的mz时间同步信号，经过频率校准，输 出石英晶体振荡器的lOMHz校准频率fy」,给倍频器1和2 ; 所述时差校准电路，在卫星失锁状态，接收分频器电路提供的mz时间同步信号，在时 差校准后，输出mz时间同步信号的校准值lHz_jz给倍频器1 ; 所述倍频器1，在卫星锁定状态屏蔽，在卫星失锁状态同时接收频率校准电路提供的石 英晶体振荡器的lOMHz校准频率f,」、和时差校准电路提供的mz时间同步信号的校准值 1化」Z，输出大步长的时间同步信号； 所述倍频器2,在卫星失锁状态屏蔽，在卫星锁定状态同时接收频率校准电路提供的石 英晶体振荡器的lOMHz校准频率f,」,和接收巧片提供的标准1化时间同步信号，输出 大步长的时间同步信号。
2. 根据权利要求1所述用于提供高精度大步长时间同步信号的GPS授时装置，其特征 在于；大步长的时间同步信号为10化或lOOHz。
3. 根据权利要求1或2所述用于提供高精度大步长时间同步信号的GI^授时装置，其 特征在于；时间校准电路根据守时时间同步误差值对本地时间进行校准，得到mz时间同 步信号的校准值lHz_jz。
【文档编号】G04R20/04GK104460313SQ201410616720
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】聂桂根, 赵静, 刘经南, 马伟 申请人:武汉大学