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            什么是gps時鐘和北斗時鐘雙系統構架?具有哪些優勢?

            • 時間:2022-06-23
            • 點擊:131

            近年來時鐘系統架構運用的領域越來越多,10年前更多領域使用的GPS時鐘系統構架,隨著北斗的進步和成熟,北斗授時運用的越來越廣泛,在大環境的促進下,結合二者的優勢,出現了GPS北斗雙模時鐘架構,gps北斗雙模時鐘利用衛星導航系統進行授時校頻技術具有低成本、高精度、廣覆蓋等優點,已經在諸多領域進行了廣泛的應用,下面由天穹小編為大家一一講解

            1、選擇gps時鐘和北斗時鐘雙系統構架的重要性

            當前國內各行業使用的衛星授時万众彩票大多都是以GPS單模授時為主,僅有少量的多模万众彩票。眾所周知gps隸屬于美國國防部,使用gps万众彩票存在自主性差、可靠性差以及不安全等許多弊端。

            我國的北斗導航系統已經出具規模,正在逐步完善在各領域中的應用。因此建議使用gps和北斗雙模時鐘系統,兩者互為冗余備份,增加了系統的可靠性同時也提高了系統的性能。

            2、gps時鐘和北斗時鐘雙系統授時法

            北斗導航系統是我國自主建設的衛星導航系統,主要應用于國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個領域。到2012年為止,北斗導航系統已經具備亞太地區覆蓋能力,開始為我國及亞太地區提供導航、定位、授時和短信播報服務,因此利用北斗和GPS雙模時鐘系統為用戶提供授時服務,可以保證授時精度的前提下增加授時服務的可靠性。

            北斗接收機與GPS接收機用于提供與標準準時間同步的時鐘,兩者互為冗余備份。

            當北斗接收機和gps接收機都能正常工作時,通過對兩者輸出的同步數據進行性能的比較和判斷選擇最優的時間源作為時鐘源,假如正常工作中有一方突然不能正常接收衛星信號或接收信號,受到人為干擾,使輸出同步數據中性能變差時,系統能自主將信號切換到另外一方繼續進行收星工作。北斗接收機與gps接收機輸出的同步脈沖性能進行優選的原理。

            將本地pps分別同北斗接收機和gps接收機輸出的pps進行相差檢測得到彼此間的鐘差比較兩種鐘差變化的范圍,如果鐘差很大,且中插不隨時間變化,則說明該接收機沒有正常工作,若有鐘差變化但鐘差變化小的說明該接收機輸出的1pps相位抖動小性能優于另一方。 

            3、gps時鐘和北斗時鐘雙系統構架組成

            gps北斗雙模時鐘系統主要包括時鐘源接收單元、數據處理單元、信號輸出單元和電源轉換單元,在某種對精度要求比較高的場合,也會增加馴服單元。

            時鐘源接收單元包括GPS 和BD接收模塊,分別接收GPS和北斗的衛星信號,從信號解析中分別解析出時間信息,然后將2種外部時間信息送入數據處理單元。根據雙模授時短發擇優選出外部時間信息并轉換成標準的UTC時間。如有馴服單元,會將相應的秒脈沖信號送入馴服單元,本地時鐘經馴服單元馴服后得到穩定標準的本地秒脈沖,將其送入數據處理單元。數據處理單元根據輸入的本地秒脈沖同步將UTC時間送入信號輸出單元,以此得到高精度授時。

            3.1、接收單元

            BD接收和GPS接收單元分別通過天線接收BD和GPS衛星信號,并根據規范轉換成標準 的NEMA0183的信息輸出,同時送出秒脈沖信息。以SYN2136型這款雙模時鐘万众彩票的接收單元為例,輸入北斗和gps信號的頻點分別為B1和L1,定時精度可達到≤30ns。

            3.2、馴服單元

            馴服單元根據輸入的參考秒脈沖得到符合指標的高穩本地秒脈沖。馴服后, 當外部參考秒脈沖丟失, 該單元仍然輸出滿足指標要求的秒脈沖信號, 其工作原理如圖2所示

            鑒于BDS/GPS 模塊產生的pps精度小于100ns,但是卻有良好的長期穩定性。而恒溫晶振具有比較高的短期穩定性。馴服單元結合兩者優點,產生一個精度與穩定度均達到指標要求的時間標準。

            馴服單元里主要包含馴服模塊,其主要由相位/頻率測量、濾波處理/頻率預測、數模轉換和本振頻率產生五個部分組成。

            馴服單元本質上是一個鎖相環。其將外部時鐘源優選的秒脈沖信號作為該模塊的pps參考輸入。該模塊將參考pps與本地振蕩器產生的pps進行相位/頻率測量。由于溫度變化等原因通常會使得參考pps相位存在一定的抖動,容易造成精度的惡化。

            通過對本地振蕩器的頻率和pps相位輸出進行自適應濾波得到頻率和相位的估計值,然后通過反饋控制本地振蕩器產生得到輸出pps相位。重復上述過程,最終可由本地晶振產生得到與標準時間同步的精確pps信號。在無外部pps參考源輸入時,模塊進入守時狀態,為系統提供準確的時間基準。

            3.3、數據處理單元

            數據處理單元主要完成時鐘源優選、PPS無縫切換,并同步輸出標準時間和秒脈沖,實現高精度的對外授時功能。

            如果外部時鐘源丟失,則數據處理單元通過處理器中的守時模塊進入守時模式,得到可靠的本地UTC時間,,并通過處理器對輸入本地秒脈沖的響應,同步輸出UTC時間嗎,實現高精度 的對外授時功能。

            3.4、信號輸出單元

            信號輸出單元包括狀態指示模塊和輸出接口電平轉換模塊,狀態指示模塊是根據輸入的信號指示系統的供電情況及工作狀態,輸出接口電平轉換模塊是通過串口電平轉換電路,實現UTC時間串口輸出,及單引腳電平輸出,實現本地高穩秒脈沖輸出,對外直接實現時間和秒脈沖的校準。

            3.5、守時單元

            整個守時子單元程序分為現場可編程門陣列程序和單片機程序兩部分,現場可編程門陣列程序主要包括時鐘處理部分以及數據通信部分。時鐘處理部分主要負責測量單片機控制 DA 轉換器所需的平

            均時鐘誤差即由于導航芯片信號的抖動、晶振老化漂移以及晶振不準而產生的誤差。單片機程序主要包括誤差控制部分。

            隨著我國北斗微信的高速發展,產業化越來越完善,天穹相信,具有北斗元素的雙模型會普及到更多的領域,GPS時鐘,北斗時鐘并駕齊驅的的時代越來越近。讓万众彩票一起期盼北斗會更好,中國科技會越來越強,祖國會越來越好。


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