一种时间同步装置及其同步方法与流程

本发明涉及卫星导航授时技术领域，特别是涉及一种时间同步装置及其同步方法。

背景技术：

高精度时间基准是通信、电力、工业以及国防建设等领域重要的基础保障平台之一，为计算机应用系统、通信系统、特种设备等提供精准的时间信号，最终可以大幅度的提高系统或设备的运行品质和管理品质。时间同步技术是一门随着国防建设逐步发展起来的新兴技术，如今在其它领域也得到越来越广泛的应用。高质量的时间同步技术可确保设备间时间高度统一，如在通信领域，时间同步精度决定着信号接收的同步性。

全球卫星导航定位系统时间是较高精度的时间基准，gps是目前应用最广的全球卫星导航定位系统，gps授时产品大量应用于我国的各行各业，但在特殊时期存在gps信号中断或信号不可用的隐患。

北斗卫星导航定位系统是由我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，是全球四大卫星导航系统之一，北斗卫星导航系统具有导航、定位、授时和通信四大功能，北斗导航系统广泛应用在国防安全、交通运输、海洋渔业、安全生产、减灾救灾、测绘、电信和大众消费等领域。北斗时频产品逐步替代gps产品，时频产品知识产权自主化，可长期保证高精度时频基准，以满足我国国民经济和国防建设的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种时间同步装置及其同步方法，解决了特殊时期的gps授时产品的gps信号可能会中断或不可用的问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种时间同步装置，包括北斗天线、zigbee天线、gsm天线和主机，所述主机包括背板，分别设置在背板上的北斗板、fpga模块、zigbee模块和gsm模块；所述北斗天线，用于接收射频信号并传输给北斗板；所述北斗板，用于对射频信号进行处理并将处理后得到的utc时间信号、秒脉冲信号以及预设的时间延迟信号通过串口传输给fpga模块，将预设的时间延迟信号通过串口传输给zigbee模块或gsm模块；所述背板，用于为fpga模块提供时钟信号并为北斗板、fpga模块和通讯模块供电；所述fpga模块，用于对接收到的utc时间信号、秒脉冲信号和时钟信号进行对比分析，生成延迟脉冲并将其转化为电平信号进行延时输出；所述zigbee模块，用于将时间延迟信号通过其数据通信链路并经与其连接的zigbee天线传输给另一时间同步装置；所述gsm模块，用于将时间延迟信号通过其数据通信链路并经与其连接的gsm天线传输给另一时间同步装置。

进一步地，所述北斗板包括馈电转换模块、北斗\gps芯片、微处理器，所述馈电转换模块的直流信号输入端与北斗天线连接，直流信号输出端与北斗\gps芯片连接，北斗\gps芯片与微处理器连接。

进一步地，所述zigbee模块为短距离数据链路通信模块。

进一步地，所述zigbee模块的传输距离为1600m，无线频率为2405mhz-2480mhz。

进一步地，所述gsm模块为长距离数据链路通信模块。

进一步地，所述射频信号包括bd2b1频点信号、bd2s频点信号和gpsl1频点信号。

一种时间同步方法，具体包括以下步骤：

步骤1：北斗天线将接收到的bd2b1频点信号、bd2s频点信号和gpsl1频点信号传输给北斗板；

步骤2：北斗板对接收到的信号进行处理，生成utc时间信号和秒脉冲信号，同时用户向北斗板内设置时间延迟信号，北斗板将utc时间信号、秒脉冲信号和时间延迟信号通过串口传输给fpga模块；

步骤3：判断数据传输距离，若数据传输距离小于1600m，则北斗板将时间延迟信号通过串口传输给zigbee模块，zigbee模块将时间延迟量通过zigbee天线传输给另一时间同步装置；否则，北斗板将时间延迟信号通过串口传输给gsm模块，gsm模块将时间延迟量通过gsm天线传输给另一时间同步装置；fpga模块对接收到的utc时间信号、秒脉冲信号和时钟信号进行对比分析，生成延迟脉冲并将其转化为电平信号，然后，根据接收到的时间延迟信号对电平信号进行延时输出。

进一步地，还包括步骤4：北斗板通过北斗天线发射bdl频点信号，以短报文通信的形式向另一时间同步装置发送时间延迟量。

本发明的积极有益效果：

1、本发明时间同步装置采用模块化设计，集成度高，大大降低了设备成本，提高稳定性。

2、本发明时间同步装置使用了北斗系统替代了gps系统，使得在gps信号不可用时，仍然能够正常实现运转，具有较高的系统稳定性。

3、采用gsm模块和zigbee模块双模通信，在视距范围内采用zigbee模块形成短距离的通信链路，传输距离较远时，采用gsm模块形成长距离的通信链路，确保设备授时功能稳定性。

4、本发明的北斗板发射bd2s频点信号，可实现rdss功能，能够实现短报文通信。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图。

图2为北斗板的电路原理框图。

图3为背板的电路原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1说明本实施方式，本发明的时间同步装置，采用北斗板作为时间基准，支持单北斗卫星导航定位系统工作，在视距范围内采用zigbee模块形成短距离的通信链路，传输距离较远时，采用gsm模块形成长距离的通信链路。该时间同步装置包括北斗天线、zigbee天线、gsm天线和主机，所述主机包括背板、北斗板、fpga模块、zigbee模块和gsm模块，所述北斗板、fpga模块、zigbee模块和gsm模块分别设置在背板上。

北斗天线与北斗板的射频信号输入端连接，北斗板的脉冲和时间信号输出端与fpga模块的信号输入端连接，北斗板的时间延迟信号输出端分别与zigbee模块和gsm模块的信号输入端连接。zigbee模块的信号输出端与zigbee天线连接，构成近距离、低功耗、低成本无线通讯链路。gsm模块的信号输出端与gsm天线连接，构成远距离的gprs无线通信网络。背板的电源模块的输出端分别与北斗板、fpga模块、zigbee模块和gsm模块的电源端口连接。

所述北斗天线，用于接收射频信号并传输给北斗板，射频信号包括bd系统的b1频点信号和s频点信号，以及gps系统的l1频点信号。

如图2所示，所述北斗板，用于对射频信号进行变频处理，然后由基带捕获、跟踪、测量和定位，并将最终解算出的utc时间信号、秒脉冲信号（1pps信号）以及预设的时间延迟信号通过rs232串口传输给fpga模块，同时将预设的时间延迟信号通过rs232串口传输给zigbee模块或gsm模块。北斗板包括馈电转换模块、北斗\gps芯片和微处理器，所述馈电转换模块的直流信号输入端与北斗天线连接，直流信号输出端与北斗\gps芯片连接，北斗\gps芯片与微处理器连接，馈电转换模块将5v的电压信号转换为3.3v的电压信号，北斗\gps芯片将其生成的秒脉冲信号（1pps信号）传输给fpga模块；微处理器将utc时间信号和时间延迟信号传输给fpga模块，将时间延迟信号传输给zigbee模块或gsm模块。

如图3所示，所述背板，用于为fpga模块提供10mhz的时钟信号并为北斗板、fpga模块和通讯模块供电。背板模块为北斗板提供5v直流电源，为zigbee模块提供3.3v直流电源，为gsm模块和fpga模块提供12v直流电源。

所述fpga模块，用于对接收到的utc时间信号、秒脉冲信号和时钟信号进行对比分析，生成延迟脉冲信号并将其转化为电平信号进行延时输出，完成精密的时间同步。所述zigbee模块，用于将时间延迟信号通过其数据通信链路并经与其连接的zigbee天线传输给另一时间同步装置，本实施例中采用的zigbee模块的传输距离为1600m，无线频率为2405mhz-2480mhz。所述gsm模块，用于将时间延迟信号通过其数据通信链路并经与其连接的gsm天线传输给另一时间同步装置。

本发明的时间同步方法，具体包括以下步骤：

首先，北斗天线将接收到的bd2b1频点信号、bd2s频点信号和gpsl1频点信号传输给北斗板；

然后，北斗板对接收到的信号进行处理，生成utc时间信号和秒脉冲信号，同时用户向北斗板内设置时间延迟信号，北斗板将utc时间信号、秒脉冲信号和时间延迟信号通过串口传输给fpga模块；

最后，判断数据传输距离，若数据传输距离小于1600m，则北斗板将时间延迟信号通过串口传输给zigbee模块，zigbee模块将时间延迟量通过zigbee天线传输给另一时间同步装置；否则，北斗板将时间延迟信号通过串口传输给gsm模块，gsm模块将时间延迟量通过gsm天线传输给另一时间同步装置；fpga模块对接收到的utc时间信号、秒脉冲信号和时钟信号进行对比分析，生成延迟脉冲并将其转化为电平信号，然后，根据接收到的时间延迟信号对电平信号进行延时输出。

还包括步骤4：北斗板通过北斗天线发射bdl频点信号，以短报文通信的形式向另一时间同步装置发送时间延迟量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。