一種基于龍芯1d的雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于龍芯1D的雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括帶有天線的GPS/BD雙模接收機(jī)，帶有天線的GPS/BD雙模接收機(jī)的秒脈沖G1pps輸出端和秒脈沖B1pps輸出端與時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊相連接，銣原子鐘的輸出端和與門(mén)的輸入端相連接，與門(mén)的輸出端與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD的IO引腳相連接，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD的秒脈沖R1pps輸出端與時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊相連接，銣原子鐘的輸入端與龍芯1D的輸出端相連接，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD的輸出端與龍芯1D的輸入端相連接；本發(fā)明還提供該系統(tǒng)的時(shí)間同步方法；通過(guò)一片龍芯1D同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量三路秒脈沖時(shí)間間隔和信號(hào)處理與銣鐘控制，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，時(shí)間同步精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】-種基于龍芯1D的雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及時(shí)間同步【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于龍芯ID的雙模授時(shí)的時(shí)間同 步系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 時(shí)間是物理學(xué)的基本參量，也是物質(zhì)存在的基本形式，時(shí)間的測(cè)量、時(shí)間信息的傳 遞與應(yīng)用，對(duì)于我們的生活、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是國(guó)防建設(shè)具有至關(guān)重要的意義。時(shí)間 同步就是使各地的時(shí)間在同一時(shí)刻具有相同的時(shí)間計(jì)量值。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的 飛速發(fā)展，時(shí)間同步的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，一些特定領(lǐng)域?qū)κ跁r(shí)系統(tǒng)的時(shí)間同步精度要求 也越來(lái)越高。如在火箭發(fā)射、衛(wèi)星跟蹤、海洋測(cè)量、大地測(cè)量、飛機(jī)和船舶的導(dǎo)航、科學(xué)技術(shù) 研究、地震預(yù)報(bào)以及國(guó)防建設(shè)等領(lǐng)域，要求授時(shí)精度高達(dá)微秒甚至幾十毫微秒。
[0003] 在時(shí)間同步系統(tǒng)中，目前廣泛使用TDC-GP2芯片作為時(shí)間間隔測(cè)量芯片，再使用 其他類型的CPU實(shí)現(xiàn)計(jì)算和信號(hào)處理的功能，但TDC-GP2在使用的過(guò)程中有明確的使用規(guī) 貝丨J :start信號(hào)必須先于stopl，stop2信號(hào)到達(dá)。這樣才能測(cè)量start信號(hào)和stopl，stop2 信號(hào)之間的時(shí)間間隔。在GPS/BD雙模時(shí)間同步系統(tǒng)中，GPSlpps，BlDpps，Rlpps這三個(gè)秒 脈沖哪一個(gè)先到達(dá)是不確定的，這就使得基于GP2的時(shí)間間隔測(cè)量模塊很難適用于GPS/BD 雙模時(shí)間同步系統(tǒng)中，如果使用2片GP2芯片則會(huì)增加成本，并且系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)上也會(huì) 變得很復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于龍芯ID的 雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)及方法，通過(guò)一片龍芯ID同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量三路秒脈沖時(shí)間間隔和 信號(hào)處理與銣鐘控制功能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，時(shí)間同步精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于龍芯ID的雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)，包括帶有天線的GPS/BD雙模接收 機(jī)1，所述帶有天線的GPS/BD雙模接收機(jī)1的秒脈沖Glpps輸出端和秒脈沖Blpps輸出端 與時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊2相連接，銣原子鐘4的輸出端和與門(mén)5的輸入端相連接，與門(mén) 5的輸出端與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6的IO引腳相連接，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6的 秒脈沖Rlpps輸出端與時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊2相連接，所述銣原子鐘4的輸入端與龍 芯1D3的輸出端相連接，所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6的輸出端與龍芯1D3的輸入端相 連接；
[0007] 所述時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊2包括時(shí)刻順序提取模塊9和時(shí)刻順序確認(rèn)模塊 10 ;所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6的秒脈沖Rlpps輸出端與帶有天線的GPS/BD雙模接收 機(jī)1的秒脈沖Glpps輸出端和秒脈沖Blpps輸出端均與時(shí)刻順序提取模塊9的輸入端相連 接，時(shí)刻順序提取模塊9的最先到達(dá)脈沖Flpps直接與龍芯1D3的start引腳相連接，時(shí)刻 順序提取模塊9的中間到達(dá)脈沖Mlpps和最后到達(dá)脈沖Llpps通過(guò)兩個(gè)30ns延遲線7延 時(shí)后分別與龍芯1D3的stopl和stop2引腳相連接；所述時(shí)刻順序確認(rèn)模塊10將秒脈沖 Rlpps、Glpps和Blpps與最先到達(dá)脈沖Flpps、中間到達(dá)脈沖Mlpps和最后到達(dá)脈沖Llpps 對(duì)應(yīng)起來(lái)；
[0008] 所述時(shí)刻順序提取模塊9的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)為：秒脈沖Rlpps、Glpps和Blpps同時(shí) 與第一與門(mén)11的輸入端相連接，第一與門(mén)11輸出為最后到達(dá)的脈沖Llpps,秒脈沖Rlpps、 Glpps和Blpps同時(shí)與第一或門(mén)14的輸入端相連接，第一或門(mén)14輸出為最先到達(dá)脈沖 Flpps,秒脈沖Glpps和Blpps同時(shí)與異或門(mén)16的輸入端相連接，異或門(mén)16的輸出信號(hào)再 與秒脈沖Rlpps同時(shí)與第二與門(mén)12的輸入端相連接，秒脈沖Glpps和Blpps同時(shí)與第三與 門(mén)13的輸入端相連接，第二與門(mén)12的輸出端和第三與門(mén)13的輸出端同時(shí)與第二或門(mén)15 的輸入端相連接，第二或門(mén)15輸出為中間到達(dá)脈沖Mlpps ;
[0009] 所述時(shí)刻順序確認(rèn)模塊10的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)為：秒脈沖Rlpps和Glpps與第三或門(mén) 20的輸入端相連接，第三或門(mén)20的輸出端與第一 3-8譯碼器23的AO引腳相連接，秒脈沖 Glpps和Blpps與第四或門(mén)21的輸入端相連接，第四或門(mén)21的輸出端與第一 3-8譯碼器 23的Al引腳相連接，秒脈沖Rlpps和Blpps與第五或門(mén)22的輸入端相連接，第五或門(mén)22 的輸出端與第一 3-8譯碼器23的A2引腳相連接，第一 3-8譯碼器23的Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、 Υ5、Υ6和Υ7引腳分別與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6不同的I/O引腳相連接，第一 3-8譯碼 器23的使能引腳En與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6的I/O引腳相連接，復(fù)雜可編程邏輯器 件CPLD6讀取第一 3-8譯碼器23的Υ0、Υ1、Υ2、Υ3、Υ4、Υ5、Υ6和Υ7引腳的狀態(tài)，通過(guò)查詢 表1，就能夠判斷最先到達(dá)的脈沖是哪一個(gè)；秒脈沖Rlpps和Glpps與第四與門(mén)17的輸入 端相連接，第四與門(mén)17的輸出端與第二3-8譯碼器24的Α_0引腳相連接，秒脈沖Glpps和 Blpps與第五與門(mén)18的輸入端相連接，第五與門(mén)18的輸出端與第二3-8譯碼器24的A_1 引腳相連接，秒脈沖Rlpps和Blpps與第六與門(mén)19的輸入端相連接，第六與門(mén)19的輸出端 與第二3-8譯碼器24的A_2引腳相連接，第二3-8譯碼器24的Y_0、Y_l、Y_2、Y_3、Y_4、 Υ_5、Υ_6和Υ_7引腳分別與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6不同的I/O引腳相連接，第二3-8 譯碼器24的使能引腳En_&與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6的I/O引腳相連接，復(fù)雜可編程 邏輯器件CPLD6讀取第二3-8譯碼器24的Y_0、Y_l、Y_2、Y_3、Y_4、Y_5、Y_6和Y_7引腳 的狀態(tài)，通過(guò)查詢表2,就能夠判斷最后到達(dá)的脈沖是哪一個(gè)；確定了最先和最后到達(dá)的脈 沖，就能夠確定三個(gè)脈沖到達(dá)的順序了；所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD6通過(guò)I/O引腳控制 第一 3-8譯碼器23和第二3-8譯碼器24的工作狀態(tài)，在系統(tǒng)初始復(fù)位時(shí)，復(fù)雜可編程邏輯 器件CPLD6首先使能第一 3-8譯碼器23,當(dāng)檢測(cè)到有脈沖到達(dá)后，再使能第二3-8譯碼器 24；
[0010] 表1.時(shí)刻順序確認(rèn)模塊確認(rèn)最先到達(dá)脈沖真值表
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于龍芯ID的雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)，其特征在于：包括帶有天線的GPS/ BD雙模接收機(jī)（1)，所述帶有天線的GPS/BD雙模接收機(jī)（1)的秒脈沖Glpps輸出端和秒脈 沖Blpps輸出端與時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊（2)相連接，銣原子鐘（4)的輸出端和與門(mén)（5) 的輸入端相連接，與門(mén)（5)的輸出端與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(6)的IO引腳相連接，復(fù) 雜可編程邏輯器件CPUK6)的秒脈沖Rlpps輸出端與時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊（2)相連 接，所述銣原子鐘（4)的輸入端與龍芯1D(3)的輸出端相連接，所述復(fù)雜可編程邏輯器件 CPLD(6)的輸出端與龍芯ID(3)的輸入端相連接； 所述時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊（2)包括時(shí)刻順序提取模塊（9)和時(shí)刻順序確認(rèn)模塊 (10);所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)的秒脈沖Rlpps輸出端與帶有天線的GPS/BD雙模 接收機(jī)（1)的秒脈沖Glpps輸出端和秒脈沖Blpps輸出端均與時(shí)刻順序提取模塊（9)的輸 入端相連接，時(shí)刻順序提取模塊（9)的最先到達(dá)脈沖Flpps直接與龍芯ID (3)的start引 腳相連接，時(shí)刻順序提取模塊（9)的中間到達(dá)脈沖Mlpps和最后到達(dá)脈沖Llpps通過(guò)兩個(gè) 30ns延遲線（7)延時(shí)后分別與龍芯ID (3)的stopl和stop2引腳相連接；所述時(shí)刻順序確 認(rèn)模塊（10)將秒脈沖Rlpps、Glpps和Blpps與最先到達(dá)脈沖Flpps、中間到達(dá)脈沖Mlpps 和最后到達(dá)脈沖Llpps對(duì)應(yīng)起來(lái)； 所述時(shí)刻順序提取模塊（9)的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)為：秒脈沖Rlpps、Glpps和Blpps同時(shí) 與第一與門(mén)（11)的輸入端相連接，第一與門(mén)（11)輸出為最后到達(dá)的脈沖Llpps，秒脈沖 Rlpps、Glpps和Blpps同時(shí)與第一或門(mén)（14)的輸入端相連接，第一或門(mén)（14)輸出為最先到 達(dá)脈沖Flpps,秒脈沖Glpps和Blpps同時(shí)與異或門(mén)（16)的輸入端相連接，異或門(mén)（16)的 輸出信號(hào)再與秒脈沖Rlpps同時(shí)與第二與門(mén)（12)的輸入端相連接，秒脈沖Glpps和Blpps 同時(shí)與第三與門(mén)（13)的輸入端相連接，第二與門(mén)（12)的輸出端和第三與門(mén)（13)的輸出端 同時(shí)與第二或門(mén)（15)的輸入端相連接，第二或門(mén)（15)輸出為中間到達(dá)脈沖Mlpps; 所述時(shí)刻順序確認(rèn)模塊（10)的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)為：秒脈沖Rlpps和Glpps與第三或門(mén) (20)的輸入端相連接，第三或門(mén)（20)的輸出端與第一 3-8譯碼器（23)的AO引腳相連接， 秒脈沖Glpps和Blpps與第四或門(mén)（21)的輸入端相連接，第四或門(mén)（21)的輸出端與第一 3-8譯碼器（23)的Al引腳相連接，秒脈沖Rlpps和Blpps與第五或門(mén)（22)的輸入端相 連接，第五或門(mén)（22)的輸出端與第一 3-8譯碼器（23)的A2引腳相連接，第一 3-8譯碼器 (23)的￥0、￥1、￥2、￥3、￥4、￥5、￥6和￥7引腳分別與復(fù)雜可編程邏輯器件0?〇)(6)不同的1/ 〇引腳相連接，第一 3-8譯碼器（23)的使能引腳En與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD￠)的1/ 〇引腳相連接，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(6)讀取第一 3-8譯碼器（23)的Y0、Y1、Y2、Y3、 Υ4、Υ5、Υ6和Υ7引腳的狀態(tài)，通過(guò)查詢表1，就能夠判斷最先到達(dá)的脈沖是哪一個(gè)；秒脈沖 Rlpps和Glpps與第四與門(mén)（17)的輸入端相連接，第四與門(mén)（17)的輸出端與第二3-8譯碼 器（24)的Α_0引腳相連接，秒脈沖Glpps和Blpps與第五與門(mén)（18)的輸入端相連接，第五 與門(mén)（18)的輸出端與第二3-8譯碼器（24)的八_1引腳相連接，秒脈沖Rlpps和Blpps與第 六與門(mén)（19)的輸入端相連接，第六與門(mén)（19)的輸出端與第二3-8譯碼器（24)的八_2引腳 相連接，第二3-8譯碼器（24)的Υ_0、Y_l、Υ_2、Υ_3、Υ_4、Υ_5、Υ_6和Υ_7引腳分別與復(fù)雜 可編程邏輯器件CPLD(6)不同的I/O引腳相連接，第二3-8譯碼器（24)的使能引腳En_&與 復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)的I/O引腳相連接，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)讀取第二 3-8譯碼器（24)的Y_0、Y_l、Y_2、Y_3、Y_4、Y_5、Y_6和Y_7弓丨腳的狀態(tài)，通過(guò)查詢表2,就 能夠判斷最后到達(dá)的脈沖是哪一個(gè)；確定了最先和最后到達(dá)的脈沖，就能夠確定三個(gè)脈沖 到達(dá)的順序了；所述復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)通過(guò)I/O引腳控制第一 3-8譯碼器（23) 和第二3-8譯碼器（24)的工作狀態(tài)，在系統(tǒng)初始復(fù)位時(shí)，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)首 先使能第一 3-8譯碼器（23)，當(dāng)檢測(cè)到有脈沖到達(dá)后，再使能第二3-8譯碼器（24); 表1.時(shí)刻順序確認(rèn)模塊確認(rèn)最先到達(dá)脈沖真值表
表2.時(shí)刻順序確認(rèn)模塊確認(rèn)最后到達(dá)脈沖真值表
所述龍芯1D(3)的引腳38和引腳39接入8Mhz時(shí)鐘信號(hào)，引腳21和引腳22接入 32. 768Khz頻率信號(hào)，龍芯ID (3)的uart 1通訊接口即引腳31和引腳32與銣原子鐘⑷相 連接，用于控制銣原子鐘（4)的頻率，龍芯1D(3)的SPI通訊接口即引腳52、引腳53、引腳 54和引腳55與復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)的IO 口相連接，讀取脈沖到達(dá)順序，所述時(shí)刻 順序提取模塊（9)的秒脈沖Flpps連入龍芯1D(3)的start引腳即引腳37,龍芯1D(3)的 stopl和stop2引腳即引腳48和引腳51分別與兩個(gè)30ns延遲線（7)的輸出端相連接；所 述龍芯ID (3)的其它引腳均懸空。
2. 權(quán)利要求1所述的基于龍芯ID的雙模授時(shí)的時(shí)間同步系統(tǒng)的時(shí)間同步方法，其特 征在于：所述銣原子鐘（4)發(fā)出的正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)與門(mén)（5)處理后得到頻率相同的方波信 號(hào)，將此方波信號(hào)通過(guò)復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD (6)分頻之后輸出秒脈沖Rlpps，同時(shí)帶有 天線的GPS/BD雙模接收機(jī)（1)輸出秒脈沖Glpps和Blpps，作為調(diào)節(jié)銣鐘時(shí)間的基準(zhǔn)時(shí)間， 將秒脈沖Rlpps與秒脈沖Glpps和Blpps同時(shí)接入時(shí)刻順序提取與確認(rèn)模塊（2)，通過(guò)時(shí)刻 順序提取與確認(rèn)模塊（2)的時(shí)刻順序提取模塊（9)將三路秒脈沖按到達(dá)時(shí)間先后排序?yàn)樽?先到達(dá)脈沖Flpps、中間到達(dá)脈沖Mlpps和最后到達(dá)脈沖Llpps,通過(guò)時(shí)刻順序提取與確認(rèn) 模塊（2)的時(shí)刻順序確認(rèn)模塊（10)確認(rèn)最先到達(dá)的脈沖是哪一路秒脈沖，中間到達(dá)的脈沖 是哪一路秒脈沖，最后到達(dá)的脈沖是哪一路秒脈沖；時(shí)刻順序提取模塊（9)輸出最先到達(dá) 脈沖Flpps至龍芯ID (3)的start引腳，時(shí)刻順序提取模塊（9)輸出的中間到達(dá)脈沖Mlpps 和最后到達(dá)脈沖Llpps經(jīng)過(guò)兩個(gè)30ns延遲線（7)延遲后分別到達(dá)龍芯ID(3)的stopl和 stop2引腳，時(shí)刻順序確認(rèn)模塊（10)輸出的時(shí)刻序列通過(guò)復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(6) 后由龍芯ID (3)提取，用于后續(xù)的頻率控制；龍芯ID (3)測(cè)量三個(gè)秒脈沖Rlpps、Glpps和 Blpps之間的時(shí)間差，利用讀取到的時(shí)間差估計(jì)出原子鐘相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的漂移速度和時(shí) 間差，龍芯1D(3)得到原子鐘相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的漂移速度和時(shí)間差后，再利用經(jīng)典的控制 算法計(jì)算出對(duì)原子鐘頻率的控制量，通過(guò)串口將計(jì)算所得的控制量發(fā)送給銣原子鐘（4)，對(duì) 銣原子鐘（4)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，使之與時(shí)間基準(zhǔn)保持一致，以實(shí)現(xiàn)對(duì)銣鐘的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的時(shí)間同步方法，其特征在于：所述龍芯1D(3)利用讀取到的 時(shí)間差估計(jì)出原子鐘相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的漂移速度和時(shí)間差，具體估計(jì)的公式如下： AT= ( Δ Tg+ Δ Tb) /2 Af^KeAfu +KiM] 其中：Λ T是原子鐘的秒脈沖Rlpps相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)間差，Af是原子鐘的秒脈沖 Rlpps相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的漂移速度，Δ Te是原子鐘的秒脈沖Rlpps相對(duì)于GPS秒脈沖Glpps 的時(shí)間差，Λ Tb是原子鐘的秒脈沖Rlpps相對(duì)于BD秒脈沖Blpps的時(shí)間差，Δ?6是原子鐘 的秒脈沖Rlpps相對(duì)于GPS秒脈沖Glpps漂移速度，ΔΓ,是原子鐘的秒脈沖Rlpps相對(duì)于 BD秒脈沖Blpps漂移速度，Λ Te，Λ ΤΒ，Δ?！?，Afl通過(guò)最小二乘法獲得； Ke是融合比例系數(shù)：
* Kb是融合比例系婁
《是GPS秒脈沖Glpps相對(duì)于Rlpps秒脈沖信號(hào)的方差，（?2是BD秒脈沖相對(duì)于Rlpps 秒脈沖信號(hào)的方差。
【文檔編號(hào)】H04L7/00GK104393975SQ201410623409
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】孫劍, 徐飛, 董志強(qiáng) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué), 山東遠(yuǎn)洋電子技術(shù)有限公司