卫星时钟驯服方法、系统、介质及设备与流程

1.本发明涉及秒脉冲信号处理和恒温晶振校准技术领域，具体地，涉及一种卫星时钟驯服方法、系统、介质及设备。

背景技术：

2.信息时代科技进步迅速，人们对于时间精度的需求不断提高。高精度的时间同步系统越来越多的应用于国防科技、电力系统、深空探测等领域，研究高稳定时钟系统变得越来越重要。现在的时钟系统一般采取以下三种方案：
3.一、氢原子钟、铯原子钟等高精度原子钟。原子钟的优点是长期和短期稳定度都很好，但缺点是价格非常昂贵，而且对使用环境要求很高，因此只是用在国家授时实验室中。
4.二、基于gps的高稳定时钟。人造卫星上装有高精度的铯原子钟，他们具有很高的精度，地面接收机接收到gps信号后，接收机通过解码变换后输出1pps信号，这一信号具有很好的长期稳定性(统计意义上，没有累计误差)。此方案的缺点是由于gps信号在大气中远距离传输、接收机本身的系统误差、电磁干扰等原因，导致接收机输出的1pps信号短期内不够稳定，其精度只有10-7左右。
5.三、采用恒温晶振作为时钟源。恒温晶振的频率具有短期稳定度高的特点，但缺点是随着时间的增长，频率和相位都会产生漂移。
6.专利文献cn101582690a(申请号：cn200910032708.4)公开了一种电力系统卫星时钟装置的振荡器驯服系统，包括对卫星授时接收机输出的1pps作为基准与高稳晶振分频输出的1pps进行鉴相的数字鉴相器，数字鉴相器与比例积分调节器连接，比例积分调节器输出的电压送至高稳晶振压控控制端，该压控控制端对输出频率进行微调，高稳晶振与分频器连接。然而该专利采用比例积分调节器输出电压，使用成本与本发明相比较高。

技术实现要素：

7.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星时钟驯服方法、系统、介质及设备。
8.根据本发明提供的卫星时钟驯服方法，包括：
9.步骤1：通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的信号，并将信号传输至现场可编程逻辑门阵列fpga；
10.步骤2：通过时钟接口将恒温压控晶振产生的时钟信号传输至现场可编程逻辑门阵列进行分频，得到分频信号；
11.步骤3：将分频后的信号与接收的信号在现场可编程逻辑门阵列进行相位对比，得到相位差；
12.步骤4：将相位差换算成数模转换器dac的控制字，并传输至数模转换器；
13.步骤5：通过数模转换器产生的压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1hz频率逐渐稳定在预设范围内，从而得到符合预设条件的秒脉冲。
14.优选的，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括数字鉴相器，所述数字鉴相器通过时间间隔测量，将两个信号之间的相位差或者时间间隔直接转换成数字量输出。
15.优选的，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括环路滤波器，所述环路滤波器为数字滤波器，接收数字鉴相器的时间间隔测量值，并由现场可编程逻辑门阵列计算出数字控制量，而后经过数模转换器转换输出恒温压控晶振压控范围内的模拟电压量。
16.优选的，通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的1pps信号；
17.所述恒温压控晶振产生50m时钟信号，在现场可编程逻辑门阵列进行分频后得到1hz信号；
18.将接收的1pps信号和分频后的1hz信号进行相位对比，得到相位差。
19.根据本发明提供的卫星时钟驯服系统，包括：
20.模块m1：通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的信号，并将信号传输至现场可编程逻辑门阵列fpga；
21.模块m2：通过时钟接口将恒温压控晶振产生的时钟信号传输至现场可编程逻辑门阵列进行分频，得到分频信号；
22.模块m3：将分频后的信号与接收的信号在现场可编程逻辑门阵列进行相位对比，得到相位差；
23.模块m4：将相位差换算成数模转换器dac的控制字，并传输至数模转换器；
24.模块m5：通过数模转换器产生的压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1hz频率逐渐稳定在预设范围内，从而得到符合预设条件的秒脉冲。
25.优选的，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括数字鉴相器，所述数字鉴相器通过时间间隔测量，将两个信号之间的相位差或者时间间隔直接转换成数字量输出。
26.优选的，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括环路滤波器，所述环路滤波器为数字滤波器，接收数字鉴相器的时间间隔测量值，并由现场可编程逻辑门阵列计算出数字控制量，而后经过数模转换器转换输出恒温压控晶振压控范围内的模拟电压量。
27.优选的，通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的1pps信号；
28.所述恒温压控晶振产生50m时钟信号，在现场可编程逻辑门阵列进行分频后得到1hz信号；
29.将接收的1pps信号和分频后的1hz信号进行相位对比，得到相位差。
30.根据本发明提供的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
31.根据本发明提供的卫星时钟驯服设备，包括：控制器；
32.所述控制器包括所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的卫星时钟驯服方法的步骤；或者，所述控制器包括所述的卫星时钟驯服系统。
33.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
34.本发明充分发挥gps时钟长期稳定性好和晶振短期稳定性好的优点，降低了产品成本的同时得到稳定度高的时钟信号。
附图说明
35.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
36.图1为时钟驯服系统框图；
37.图2为恒温压控晶振电路图；
38.图3为锁相环组成原理图。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
40.实施例：
41.如图1、图2、图3，本发明提供了一种卫星时钟驯服系统，包括：
42.卫星授时接收机接收gps卫星发送的1pps信号送入fpga，恒温压控晶振产生的50m时钟信号通过时钟接口送入fpga分频，分频后的1hz信号与1pps信号在fpga进行比较测量，得出时差并将时差结果换算成dac控制字输送给dac，由dac产生压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1hz频率逐渐稳定在可以接受的范围内，得到高精度稳定的秒脉冲。
43.在驯服系统中，锁相环的基准输入是卫星授时接收机输出的1pps信号，而和其进行相位对比的另一个信号是恒温压控晶振分频得到的1hz信号；锁相环中的鉴相器通过时间间隔测量，可以将两个信号之间的相位差或者时间间隔直接转换成数字量输出；而环路滤波器采用了数字滤波器来实现，其中滤波器接收上一级时间间隔测量值，并由fpga计算出数字控制量，而后经过dac转换输出恒温压控晶振压控范围内的模拟电压量。
44.根据本发明提供的卫星时钟驯服方法，包括：步骤1：通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的信号，并将信号传输至现场可编程逻辑门阵列fpga；步骤2：通过时钟接口将恒温压控晶振产生的时钟信号传输至现场可编程逻辑门阵列进行分频，得到分频信号；步骤3：将分频后的信号与接收的信号在现场可编程逻辑门阵列进行相位对比，得到相位差；步骤4：将相位差换算成数模转换器dac的控制字，并传输至数模转换器；步骤5：通过数模转换器产生的压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1hz频率逐渐稳定在预设范围内，从而得到符合预设条件的秒脉冲。
45.所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括数字鉴相器，所述数字鉴相器通过时间间隔测量，将两个信号之间的相位差或者时间间隔直接转换成数字量输出。所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括环路滤波器，所述环路滤波器为数字滤波器，接收数字鉴相器的时间间隔测量值，并由现场可编程逻辑门阵列计算出数字控制量，而后经过数模转换器转换输出恒温压控晶振压控范围内的模拟电压量。通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的1pps信号；所述恒温压控晶振产生50m时钟信号，在现场可编程逻辑门阵列进行分频后得到1hz信号；将接收的1pps信号和分频后的1hz信号进行相位对比，得到相位差。
46.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系
统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
47.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：

1.一种卫星时钟驯服方法，其特征在于，包括：步骤1：通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的信号，并将信号传输至现场可编程逻辑门阵列fpga；步骤2：通过时钟接口将恒温压控晶振产生的时钟信号传输至现场可编程逻辑门阵列进行分频，得到分频信号；步骤3：将分频后的信号与接收的信号在现场可编程逻辑门阵列进行相位对比，得到相位差；步骤4：将相位差换算成数模转换器dac的控制字，并传输至数模转换器；步骤5：通过数模转换器产生的压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1hz频率逐渐稳定在预设范围内，从而得到符合预设条件的秒脉冲。2.根据权利要求1所述的卫星时钟驯服方法，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括数字鉴相器，所述数字鉴相器通过时间间隔测量，将两个信号之间的相位差或者时间间隔直接转换成数字量输出。3.根据权利要求2所述的卫星时钟驯服方法，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括环路滤波器，所述环路滤波器为数字滤波器，接收数字鉴相器的时间间隔测量值，并由现场可编程逻辑门阵列计算出数字控制量，而后经过数模转换器转换输出恒温压控晶振压控范围内的模拟电压量。4.根据权利要求1所述的卫星时钟驯服方法，其特征在于，通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的1pps信号；所述恒温压控晶振产生50m时钟信号，在现场可编程逻辑门阵列进行分频后得到1hz信号；将接收的1pps信号和分频后的1hz信号进行相位对比，得到相位差。5.一种卫星时钟驯服系统，其特征在于，包括：模块m1：通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的信号，并将信号传输至现场可编程逻辑门阵列fpga；模块m2：通过时钟接口将恒温压控晶振产生的时钟信号传输至现场可编程逻辑门阵列进行分频，得到分频信号；模块m3：将分频后的信号与接收的信号在现场可编程逻辑门阵列进行相位对比，得到相位差；模块m4：将相位差换算成数模转换器dac的控制字，并传输至数模转换器；模块m5：通过数模转换器产生的压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1hz频率逐渐稳定在预设范围内，从而得到符合预设条件的秒脉冲。6.根据权利要求5所述的卫星时钟驯服系统，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括数字鉴相器，所述数字鉴相器通过时间间隔测量，将两个信号之间的相位差或者时间间隔直接转换成数字量输出。7.根据权利要求6所述的卫星时钟驯服系统，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列fpga包括环路滤波器，所述环路滤波器为数字滤波器，接收数字鉴相器的时间间隔测量值，并由现场可编程逻辑门阵列计算出数字控制量，而后经过数模转换器转换输出恒温压控晶振压控范围内的模拟电压量。
8.根据权利要求5所述的卫星时钟驯服系统，其特征在于，通过卫星授时接收机接收gps卫星发送的1pps信号；所述恒温压控晶振产生50m时钟信号，在现场可编程逻辑门阵列进行分频后得到1hz信号；将接收的1pps信号和分频后的1hz信号进行相位对比，得到相位差。9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。10.一种卫星时钟驯服设备，其特征在于，包括：控制器；所述控制器包括权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的卫星时钟驯服方法的步骤；或者，所述控制器包括权利要求5至8中任一项所述的卫星时钟驯服系统。

技术总结

本发明提供了一种卫星时钟驯服方法、系统、介质及设备，包括：步骤1：通过卫星授时接收机接收GPS卫星发送的信号，并将信号传输至现场可编程逻辑门阵列FPGA；步骤2：通过时钟接口将恒温压控晶振产生的时钟信号传输至现场可编程逻辑门阵列进行分频，得到分频信号；步骤3：将分频后的信号与接收的信号在现场可编程逻辑门阵列进行相位对比，得到相位差；步骤4：将相位差换算成数模转换器DAC的控制字，并传输至数模转换器；步骤5：通过数模转换器产生的压控电压来控制晶振频率，形成锁相环路，使得晶振的1Hz频率逐渐稳定在预设范围内，从而得到符合预设条件的秒脉冲。本发明节省了成本，提高了时钟信号的精度和稳定度。提高了时钟信号的精度和稳定度。提高了时钟信号的精度和稳定度。