一种具有恒温电路的导航卫星高精度授时系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及卫星导航授时领域，更具体地说，是设及一种具有恒溫电路的导航卫 星高精度授时系统及方法。
【背景技术】
[0002] 军工系统、金融系统、电信系统、电力系统在运行时都需要对时间、频率进行同步， 时间频率标准的发展对于国家的经济、科学技术W及社会和国防安全有十分重要的意义。 目前，时间频率标准的授时同步途径正在由短波、长波、电视等技术手段向导航卫星发展。 利用导航卫星进行授时同步的主要原理是，通过导航卫星信号接收模块接收卫星信号，根 据接收到的导航卫星信号中的1PPS(秒脉冲)信号实现系统授时及网络时钟同步。
[0003] 由于导航卫星授时对精度要求非常高，而导航卫星授时系统中的电路都是直接裸 露在外界环境中，其电压、电阻、电容等参数值容易受到环境溫度的影响，从而使整个系统 出现偏差，导致了授时的不可靠性，运对高精度授时系统是非常致命的。
[0004] 如图1示出了现有技术中授时系统的稳压电路部分的结构框图，其直接暴露在自 然环境中，其中DAC(假设精度为16为)输出电压公式为：
[0005]
[0006] 假设DAC忍片的工作溫度为-40°到85°，常溫25°的参考电压值为Vrefo,因为不同溫 度下Vref会波动，假设参考电压忍片的工作溫度为-40°到85%假设日夜溫差的溫度变化为 ±l〇°C，所W参考电压的变化为：
[0007]Vref= ±Vref0巧* 10/ ( 85- ( -40 ));
[000引
[0009] 式中，化ef表示25°的参考电压值，可见VouT的输出会随着溫度的变化而变化，运在 高精度授时系统是非常致命的；除了W上参考电压会对整个产品的精度影响外，还有其它 如电阻电容的参数也会受到环境溫度的影响也会引起VouT的变化，从而出现了系统的不可 靠性。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种具有恒溫电路的导航卫 星高精度授时系统及方法，将易受溫度影响的电路、材料控制在恒定溫度内，能够在授时过 程中将外界溫度的影响降到最小，提高了系统的授时精度。
[0011] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0012] -种具有恒溫电路的导航卫星高精度授时系统，其特征在于，包括：
[0013] 卫星信号接收模块，用于跟踪接收多颗导航卫星发出的卫星PPS信号；
[0014] 工作状态判断模块，用于实时监控卫星信号接收模块跟踪到的卫星数量，进而判 断授时系统的工作状态为授时状态或守时状态；
[0015] 晶振控制模块，用于通过一控制参数，控制恒溫晶振输出的本地时钟信号的频率；
[0016] 恒溫晶振，用于在晶振控制模块的控制下输出本地时钟信号；
[0017] 采样模块，用于对本地时钟信号进行采样，反馈给晶振控制模块和基准信号输出 模块；
[0018] 基准信号输出模块，用于向外部输出PI^基准信号；
[0019] 恒溫模块，用于监控恒溫晶振、晶振控制模块和采样模块的溫度变化，并将其控制 在恒定溫度；
[0020] 其中，当授时系统工作于授时状态下时，晶振控制模块根据卫星PPS信号对恒溫晶 振进行驯服，使恒溫晶振输出的本地时钟信号的频率调整为卫星PPS信号的标称频率，同 时，记录控制参数的变化情况;基准信号输出模块对调整后的本地时钟信号进行分频处理， 得到PI^基准信号进行输出；
[0021] 当授时系统工作于守时状态下时，晶振控制模块根据控制参数在授时状态下的变 化情况，对本地时钟信号的频率进行补偿调整;基准信号输出模块对补偿调整后的本地时 钟信号进行分频处理，得到PI^基准信号进行输出。
[0022] 作为优选的，所述恒溫模块、恒溫晶振、晶振控制模块和采样模块通过一外壳密封 在一个密闭空间内，所述恒溫模块包括环境溫度传感器、恒溫控制系统和加热模块；
[0023] 所述环境溫度传感器用于检测密闭空间的溫度；
[0024] 所述加热模块用于工作使密闭空间溫度上升；
[0025] 所述恒溫控制系统包括一比较器，用于比较环境传感器溫度与比较器自身设定溫 度值;若环境传感器检测溫度低于比较器设定溫度值，恒溫控制系统控制加热模块工作，使 密闭空间溫度稳定;若环境传感器检测溫度溫度高于比较器设定溫度值时，停止加热模块 的工作。
[0026] 作为优选的，还包括一恒溫补偿模块，所述恒溫补偿模块包括一数字溫度传感器， 所述数字溫度传感器紧贴恒溫晶振的金属表面，用于检测恒溫晶振的溫度，数字溫度传感 器连接晶振控制模块，晶振控制模块通过读取数字传感器溫度变化监控恒溫晶振内部的电 压变化，其对应监控公式为：
[0027] f(y)=巧3+dy2+巧+时
[00%]式中，f(y)为对应溫度下的恒溫晶振的频率，a，b，c分别为固定参数，y为数字溫度 传感器检测到的溫度值。
[0029] 作为优选的，所述晶振控制模块包括数据处理模块、补偿控制模块、DAC控制模块 和DAC;
[0030] DAC控制模块用于向DAC输出控制参数；
[0031] DAC用于将DAC控制模块提供的控制参数转换为对应的压控电压，输出给恒溫晶 振，W控制恒溫晶振输出的本地时钟信号的频率；
[0032] 数据处理模块用于在授时状态下提取卫星PPS信号的标称频率，提供给DAC控制模 块；
[0033] 补偿控制模块用于在授时状态下记录DAC控制模块输出的控制参数的变化情况； 还用于在守时状态下，根据控制参数在授时状态下的变化情况，向DAC控制模块发出补偿指 令；
[0034] DAC控制模块还用于在授时状态下，根据标称频率和本地时钟信号频率之间的差 异，对输出的控制参数进行调整，使本地时钟信号的频率趋向于标称频率;还用于在守时状 态下，根据补偿控制模块的补偿指令，对输出的控制参数进行补偿调整。
[0035] 作为优选的，在授时状态下，所述补偿控制模块每间隔一段固定时间，对DAC控制 模块输出的控制参数进行一次存储；
[0036] 在守时状态下，补偿控制模块根据授时状态下存储的控制参数，计算出控制参数 每改变1的时间周期;每经过一个所述时间周期，补偿控制模块向DAC控制模块发送一个补 偿指令，使DAC控制模块输出的控制参数对应加1或减1。
[0037] -种根据采用上述的系统进行授时的方法，包括W下步骤：
[0038] S1、确认授时系统是否定位成功：当授时系统定位成功时，进入授时状态；当授时 系统定位失败时，进入守时状态，恒溫模块及恒溫补偿模块对系统溫度进行监控和调整，使 系统始终处于恒定溫度；
[0039] S2、判断卫星信号接收模块提供的卫星PPS信号是否持续有效：当卫星PPS信号持 续有效时，授时系统维持在授时状态;当卫星PI^信号失效时，授时系统进入守时状态；
[0040] S3、利用卫星PPS信号进行授时：当授时系统处于授时状态时，晶振控制模块根据 卫星PPS信号对恒溫晶振进行驯服，使恒溫晶振输出的本地时钟信号的频率调整为卫星PPS 信号的标称频率，然后对调整后本地时钟信号进行分频处理，得到PI^基准信号进行输出；
[0041] S4、利用本地时钟信号进行守时：当授时系统处于守时状态时，断开卫星PPS信号， 对本地时钟信号进行分频处理，得到PI^基准信号进行输出。
[0042] 进一步的，在S1中，当卫星信号接收模块跟踪到的卫星数量大于或等于4颗时，贝U 判定授时系统定位成功，即卫星信号接收模块提供的卫星PPS信号