一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置和方法與流程
1.本發(fā)明屬于時頻測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置和方法。
背景技術(shù)：
2.在現(xiàn)有技術(shù)中，利用衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行時頻信號產(chǎn)生時，通常是使用獨立的衛(wèi)星授時模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，測量本地參考頻率的偏差，調(diào)整本地參考頻率使輸出參考頻率準確，輸出秒脈沖信號，同時記錄本地參考源的調(diào)整信息，馴服本地參考源。
3.這里，由于獨立的衛(wèi)星授時模塊與本地參考源不同源，即采用不同的參考源，主要是因為衛(wèi)星授時模塊使用自身所帶的獨立參考源。那么對本地參考信號與衛(wèi)星導(dǎo)航信號之間的頻差進行頻差測量的測量部分，與調(diào)整本地參考頻率的調(diào)整部分之間就是異源的。基于這種原理進行授時輸出時，產(chǎn)生的秒定時存在較大的量化誤差，精準度不高，只能達到10-8
至10-9
的量級，以及對秒脈沖的出現(xiàn)相位調(diào)控也是有限，存在秒脈沖的相位偏差。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置和方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中時頻測量不同源、授時秒脈沖精度不高、相位偏差調(diào)控有限的問題。
5.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，包括本地參考源、本地倍頻器、信號接收與源差測量模塊、可控分頻模塊、參數(shù)生成模塊和可控延時模塊，所述本地參考源輸出本地參考信號，經(jīng)過本地倍頻器倍頻后，輸入至所述信號接收與源差測量模塊，所述信號接收與源差測量模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，對所述本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值，再輸出至所述參數(shù)生成模塊；所述本地參考信號經(jīng)過本地倍頻器倍頻后，還輸入到所述可控分頻模塊作為主時鐘，所述參數(shù)生成模塊產(chǎn)生輸出頻率調(diào)整值，對所述主時鐘進行分頻產(chǎn)生秒脈沖信號，再輸入到所述可控延時模塊，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。
6.優(yōu)選的，所述信號接收與源差測量模塊包括變頻子模塊、解調(diào)子模塊和源差計算模塊，所述變頻子模塊基于所述本地參考信號的實際頻率值f0'，進行倍頻后的本地載波信號的實際頻率值fc'＝mf0'，其中m表示倍頻值，對輸入的衛(wèi)星導(dǎo)航信號f
sz
進行下變頻處理，得到低中頻信號輸入到解調(diào)子模塊，并且所述變頻子模塊還輸出載波頻差δfc'，所述解調(diào)子模塊利用所述本地載波信號進行載波環(huán)路跟蹤解調(diào)獲得解調(diào)信息，并且所述解調(diào)子模塊還輸出跟蹤頻差δf
c”，所述載波頻差和跟蹤頻差相加δfc'+δf
c”＝fc'-f
sz
，再由源差計算模塊計算得到本地參考信號的源差值其中，f0表示本地參考源的標稱頻率，f0'＝fc'/m＝(δfc'+δf
c”+f
sz
)/m。
7.優(yōu)選的，所述可控分頻模塊包括第一加法器和延時寄存器，來自所述參數(shù)生成模塊的頻率調(diào)整值輸入到所述第一加法器，并且與延時寄存器存儲的累積值進行周期累加，
并且在累加到一個秒周期后，第一加法器對輸入的頻率調(diào)整值進行更新，并繼續(xù)進行累加，所述第一加法器還級聯(lián)有用于檢測輸出波形邊沿轉(zhuǎn)換的邊沿檢測器，所述邊沿檢測器輸出所述秒脈沖信號。
8.優(yōu)選的，所述可控分頻模塊還包括在所述第一加法器與所述邊沿檢測器之間的級聯(lián)的第二加法器，所述第二加法器接收來自所述信號接收與測量模塊輸出的相位調(diào)整值，并且與所述第一加法器輸出的結(jié)果相加后再經(jīng)過所述邊沿檢測器進行邊沿檢測后輸出所述秒脈沖信號。
9.優(yōu)選的，所述參數(shù)生成模塊得到本地參考信號的源差值σs，本地參考信號的實際頻率值f
′0＝f0(σs+1)，經(jīng)過k倍頻后，得到主時鐘的實際頻率是kf
′0，當產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則對應(yīng)得到頻率調(diào)整值為2n/kf
′0t
x
，n表示dds的相位累加器的字長。
10.優(yōu)選的，所述可控分頻模塊向所述可控延時模塊輸出本地秒脈沖和相位差，所述可控延時模塊利用所述相位差，延時調(diào)控本地秒脈沖與衛(wèi)星時一致并輸出。
11.基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法，包括步驟：測量接收，接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號對所述本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值；可控分頻，利用所述本地參考信號的源差值進行頻率調(diào)整，通過可控分頻產(chǎn)生本地秒脈沖；延時校準，對所述本地秒脈沖進行延時調(diào)控，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。
12.優(yōu)選的，在所述測量接收步驟中，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號對所述本地參考信號進行源差測量的方法包括：
13.對所述本地參考信號進行倍頻得到本地載波信號，利用所述本地載波信號對所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行解調(diào)接收，實時得到本地載波信號與衛(wèi)星導(dǎo)航信號的實際頻差，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號的實際頻率和所述實際頻差，計算得到所述本地載波信號的實際頻率，進而得到所述本地參考信號的實際頻率，利用所述本地參考信號的實際頻率和標稱頻率，計算得到所述本地參考信號的源差值。
14.優(yōu)選的，在所述可控分頻步驟中，本地參考信號的源差值σs，本地參考信號的實際頻率值f
′0＝f0(σs+1)，經(jīng)過k倍頻后，得到主時鐘的實際頻率是kf
′0，當產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則對應(yīng)得到頻率調(diào)整值為2n/kf
′0t
x
，n表示dds的相位累加器的字長。優(yōu)選的，在所述延時校準步驟中，先通過測量本地秒脈沖相對于衛(wèi)星時的相位差，再利用所述相位差，延時調(diào)控本地秒脈沖與衛(wèi)星時一致并輸出。
15.本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置和方法，該裝置包括本地參考源、信號接收與源差測量模塊、可控分頻模塊、參數(shù)生成模塊和可控延時模塊，信號接收與源差測量模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，對本地參考信號進行源差測量，得到源差值本地參考信號的源差值；本地參考信號還輸入到可控分頻模塊產(chǎn)生主時鐘，參數(shù)生成模塊利用本地參考信號的源差值產(chǎn)生輸出頻率調(diào)整值，對主時鐘進行分頻產(chǎn)生秒脈沖信號，再輸入到可控延時模塊，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。本發(fā)明通過引入衛(wèi)星導(dǎo)航信號來提高本地秒時間的計量準確度，在同等測量精度下具有實現(xiàn)成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。
附圖說明
16.圖1是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置一實施例的組成示意圖；
17.圖2是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置另一實施例中信號接收與源差測量模塊組成示意圖；
18.圖3是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置另一實施例中可控分頻模塊組成示意圖；
19.圖4是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置另一實施例中可控分頻模塊的產(chǎn)生的波形示意圖；
20.圖5是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置另一實施例中秒時刻校準時序示意圖；
21.圖6是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置另一實施例中可控延時時序示意圖；
22.圖7是本發(fā)明基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法一實施例的流程圖。
具體實施方式
23.為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行更詳細的說明。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。
24.需要說明的是，除非另有定義，本說明書所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是用于限制本發(fā)明。
25.下面結(jié)合附圖，對各實施例進行詳細說明。
26.圖1是基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置一實施例的組成示意圖。由圖1可以看出，該基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置包括本地參考源11、信號接收與源差測量模塊12、可控分頻模塊14、參數(shù)生成模塊13和可控延時模塊15，所述本地參考源11輸出本地參考信號，輸入至所述信號接收與源差測量模塊12，所述信號接收與源差測量模塊12接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，對所述本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值，再輸出至所述參數(shù)生成模塊13；
27.所述本地參考信號還輸入到所述可控分頻模塊14產(chǎn)生主時鐘，所述參數(shù)生成模塊13產(chǎn)生輸出頻率調(diào)整值，對所述主時鐘進行分頻產(chǎn)生秒脈沖信號，再輸入到所述可控延時模塊15，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。
28.優(yōu)選的，在實際應(yīng)用中，信號接收與源差測量模塊12和可控分頻模塊14可以分別包括倍頻器，可以在信號接收與源差測量模塊12和可控分頻模塊14內(nèi)部，分別實現(xiàn)對本地參考源11輸入的本地參考信號進行倍頻，倍頻值可以不同，以及還可以基于本地參考信號進行頻率合成，產(chǎn)生需要的多種頻率成分。但是，這些頻率成分都是以本地參考信號為參考時鐘，因此具有同源的特性，具有相同的同源頻率精度。
29.優(yōu)選的，對于信號接收與源差測量模塊12而言，其通過衛(wèi)星天線而接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，完成對衛(wèi)星導(dǎo)航信號的下變頻和解調(diào)，從中得到衛(wèi)星導(dǎo)航信號，該接收過程中利用本地參考源輸出的本地參考信號進行下變頻和解調(diào)中載波環(huán)路跟蹤。因此，信號接收與源差
測量模塊12是以本地參考源11輸出的本地參考信號作為源信號進行信號接收的，并且，在該裝置中本地參考源11也為可控分頻模塊提供信號源，由此保證了在該裝置中的本地參考源11是統(tǒng)一的參考源，確保了產(chǎn)生秒脈沖的各個模塊的同源性。
30.隨著gps、北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊和芯片的普及使用，具有較低的市場價格，信號接收與源差測量模塊12的成本會明顯降低。同時對產(chǎn)生本地參考信號的本地參考源的精度要求也不高，只需要是恒溫晶振、溫補晶振即可，而不需要價格較高的原子鐘，由此也可以降低價格。
31.對于本發(fā)明而言，本地參考源11包括石英晶體、恒溫晶振、溫補晶振等低成本的常用參考源，這些參考源會存在老化和漂移的問題，也就是說存在一個隨時間推移出現(xiàn)頻率改變的問題，或者說是一個頻率穩(wěn)定度的問題，例如石英晶體的頻率穩(wěn)定度可達10-9
/日，甚至10-11
/日，對于10mhz的石英晶體，頻率在一日之內(nèi)的變化一般不大于0.1hz。石英晶體的頻率穩(wěn)定度要比恒溫晶振的頻率穩(wěn)定度低，表現(xiàn)在石英晶體的頻率要比恒溫晶振的頻率隨時間推移的變化更大或更快，那么對于參考源存在的頻率動態(tài)變化問題，就需要能夠準確的測量出其實際的頻率值，并且還能夠保持這種測量的動態(tài)性和實時性。
32.本發(fā)明利用接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號載波解調(diào)和電文星歷獲得準確的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的載波頻率，其準確度在10-13
至10-14
的量級，利用該高精度等級的測量信號，可以獲得的本地參考信號的源差值σs的精度可以達到10-11
至10-12
的量級。盡管本地參考源存在頻率穩(wěn)定度較低的問題，這些參考源的頻率會隨著時間推移發(fā)生漂移，但是通過本發(fā)明的方法可以對其實際的頻率進行高精度的測量，從而獲得精準度非常高的實際頻率測量值，并且這種測量具有實時性。
33.優(yōu)選的，參考圖2，所述信號接收與源差測量模塊包括變頻子模121和解調(diào)子模塊122，所述變頻子模塊121利用基于所述本地參考信號進行倍頻后的本地載波信號，對輸入的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行下變頻處理，得到低中頻的基帶信號輸入到解調(diào)子模塊122，并且所述變頻子模塊121還輸出載波頻差，所述解調(diào)子模塊122利用所述本地載波信號進行載波環(huán)路跟蹤解調(diào)獲得解調(diào)信息，并且所述解調(diào)子模塊122還輸出跟蹤頻差，所述載波頻差和跟蹤頻差經(jīng)過加法器123相加后，再由源差計算模塊124計算得到所述源差值。
34.優(yōu)選的，對于衛(wèi)星導(dǎo)航信號而言載波通常在l波段，變頻子模塊121接收來自本地參考源11的本地參考信號f0'(實際頻率值)后，在其內(nèi)部進行倍頻，得到本地載波信號fc'(實際頻率值)，則有fc'＝mf0'，其中m表示倍頻值，然后與衛(wèi)星導(dǎo)航信號的載波f
sz
進行混頻(注意這里衛(wèi)星導(dǎo)航信號的載波f
sz
是實際值，由于衛(wèi)星導(dǎo)航信號具有非常高的精準度，該頻率值是高精準度的頻率值,可以通過解調(diào)信息中的星歷和鏈路計算準確獲得，也代表了衛(wèi)星導(dǎo)航信號載波頻率的真實值)。得到低中頻的基帶信號輸出給解調(diào)子模塊122，同時變頻子模塊121輸出相對于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的載波f
sz
的載波頻差δfc'，相當于粗頻差，解調(diào)子模塊122對輸入的低中頻基帶信號進行解調(diào)環(huán)路跟蹤處理，進一步實時獲得本地載波信號與衛(wèi)星導(dǎo)航信號載波的跟蹤頻差δf
c”，相當于細頻差，然后再通過加法器123將載波頻差與跟蹤頻差相加δfc'+δf
c”，相當于粗頻差與細頻差相加，由此就可以獲得本地載波信號相對于衛(wèi)星導(dǎo)航信號載波頻率的實際頻差δfc＝fc'-f
sz
＝δfc'+δf
c”。這里的δfc'和δf
c”均可以是正值也可以是負值，具體是由實際偏差情況決定。
35.進一步的，對于本地參考源而言，其實際輸出的本地參考信號的頻率應(yīng)該是f0'＝
fc'/m＝(δfc'+δf
c”+f
sz
)/m，則本地參考信號的源差值即為其中，f0表示本地參考源的標稱頻率。圖2中，該本地參考信號的源差值σs是由源差計算模塊124根據(jù)加法器123輸出的實際頻差計算得到并輸出。
36.進一步的，該源差值σs是以秒間隔進行更新輸出的，這樣就可以保證可控分頻模塊14的秒時鐘輸出時也是以秒間隔進行誤差調(diào)整的，由此可以保證不必進行長時間觀測才能獲得高精度的秒時鐘輸出。
37.進一步的，圖1中的參數(shù)生成模塊13根據(jù)源差值σs產(chǎn)生可控分頻模塊14輸出秒脈沖所需的頻率調(diào)整值。以下結(jié)合可控分頻模塊14的組成進一步說明，如何根據(jù)該源差值σs控制輸出秒脈沖的。
38.結(jié)合圖1，對于可控分頻模塊14，其輸入的是本地參考信號經(jīng)過本地倍頻器倍頻后作為主時鐘，對該主時鐘進行控制分頻可以得到秒脈沖輸出，但由于本地參考信號的精準度和穩(wěn)定性需要根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行誤差修正，因此就需要根據(jù)得到的源差值σs來對本地參考信號進行動態(tài)校正才能保證輸出高精度的秒脈沖。
39.優(yōu)選的，可控分頻模塊14是以直接數(shù)字式頻率合成器(dds，direct digital synthesizer)作為核心器件，該dds對輸入的主時鐘進行分頻來得到秒脈沖，或者該dds以固定的相位間隔進行累加而得到一個秒周期，而該相位間隔則需要根據(jù)本地參考信號的實際頻率進行調(diào)整。例如，根據(jù)前述，本地參考信號的標稱頻率是f0，經(jīng)過測量得到的源差值σs，則本地參考信號的實際頻率f
′0＝f0(σs+1)，經(jīng)過本地倍頻器后，倍頻值是k，則主時鐘的實際頻率是kf
′0，當以該主時鐘的實際頻率kf
′0進行分頻時，n表示dds的相位累加器字長，最小相位間隔就是2π/2n，例如當要實現(xiàn)對主時鐘的二分頻時，頻率調(diào)整值為2
n-1
，對應(yīng)的相位累加步進是π，對主時鐘進行四分頻時，對應(yīng)的頻率調(diào)整值為2
n-2
，對應(yīng)的相位累加步進是π/2，依次類推。
40.因此，當獲得準確的主時鐘的實際頻率kf
′0后，要產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則對應(yīng)可以計算得到頻率調(diào)整值為2n/kf
′0t
x
，對應(yīng)的相位累加步進是2π/kf
′0t
x
。
41.因此，以該主時鐘為時鐘源，當每一個主時鐘周期累積一個步長2n/kf0(σs+1)，那么經(jīng)過kf0(σs+1)個主時鐘就可以輸出一個秒脈沖。但是由于本地參考信號的實際頻率f
′0的偏差存在，就需要不斷進行偏差測量，也就是每一秒鐘測量輸出一次源差值σs，通過每秒不斷更新該源差值σs來動態(tài)調(diào)整累積的步長間隔2n/kf0(σs+1)。圖1中的參數(shù)生成模塊13就是要把2n/kf0(σs+1)轉(zhuǎn)換為可控分頻模塊14中的dds的頻率調(diào)整值，并保持很高的數(shù)值精度，例如用16位至32位的二進制數(shù)來表示該頻率調(diào)整值，其中2n/kf0(σs+1)中n值就是代表不同二進制位數(shù)。
42.實際應(yīng)用中，會存在2n/kf0(σs+1)值較小的情況，也即是2n取值有限，而kf0(σs+1)取值較大，這種情況下并不是直接產(chǎn)生輸出秒脈沖，而是產(chǎn)生輸出周期較短的周期脈沖，即前述的產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則對應(yīng)可以計算得到頻率調(diào)整值為2n/kf
′0t
x
，例如10ms周期的ftf(fundamental time frame基本時幀)脈沖，然后每100個ftf脈沖中選取一個序號的脈沖作為秒脈沖輸出。
43.圖3和圖4進一步顯示了可控分頻模塊14的內(nèi)部組成及內(nèi)部波形生成示意圖。優(yōu)選的，所述可控分頻模塊包括第一加法器141和延時寄存器142，來自所述參數(shù)生成模塊的頻
率調(diào)整值輸入到所述第一加法器141，并且與延時寄存器142存儲的累積值進行周期累加，并且在累加到一個秒周期后，所述延時寄存器142自然溢出，然后第一加法器141對輸入的頻率調(diào)整值更新并繼續(xù)累加，所述第一加法器141還級聯(lián)有用于檢測輸出波形邊沿轉(zhuǎn)換的邊沿檢測器144，所述邊沿檢測器144輸出所述秒脈沖信號。
44.進一步優(yōu)選的，所述可控分頻模塊還包括在所述第一加法器141與所述邊沿檢測器144之間的級聯(lián)的第二加法器143，所述第二加法器143接收來自所述信號接收與源差測量模塊輸出的相位調(diào)整值，并且與所述第一加法器141輸出的結(jié)果相加后再經(jīng)過所述邊沿檢測器進行邊沿檢測后輸出所述秒脈沖信號。
45.優(yōu)選的，來自參數(shù)生成模塊的頻率調(diào)整值輸入到第一加法器141，并且在主時鐘的推動下，不斷的與在延時寄存器142中累積的數(shù)值相加輸出。正常情況下，累加到一個秒周期后正好輸出一個秒脈沖，然后延時寄存器142中的累加值繼續(xù)對輸入的頻率調(diào)整值進行周期累加。而在每一個秒周期內(nèi)，由于在信號接收與源差測量模塊中的源差值σs不斷的得到校正，相應(yīng)的也會使得頻率調(diào)整值得到誤差修正，使得輸出的秒脈沖更加精準。由此克服了現(xiàn)有技術(shù)中測量時長與測量精度之間存在無法調(diào)和的矛盾。
46.在圖4中顯示出經(jīng)過第一加法器141后輸出的累加值的信號波形示意圖t141，可以看出波形t141為周期累加的三角波，該周期即為一個秒周期，如果對該波形t141直接通過后面的邊沿檢測器144進行邊沿檢測，就可以輸出秒脈沖信號。
47.進一步優(yōu)選的，在圖3中的第一加法器141后面還設(shè)置有第二加法器143，第二加法器143將第一加法器141輸出的累加值又進一步與信號接收與源差測量模塊輸出的相位調(diào)整值進行累加，從而進一步修正秒脈沖輸出的相位誤差。該相位調(diào)整值主要是針對本地參考信號與衛(wèi)星載波信號進行源差測量時出現(xiàn)的相位抖動情況進行檢測而得到的相位調(diào)整值，對應(yīng)的，在圖4中顯示了經(jīng)過第二加法器143后輸出的波形t143，可以看出該波形t143在波形t141基礎(chǔ)上進行相位調(diào)整的示意圖，波形t143比波形t141的相位稍有超前。圖4中還進一步顯示了通過邊沿檢測器144后對波形t143的邊沿檢測波形t144。通過加入相位調(diào)整值，可以進一步對輸出的秒脈沖的相位進行誤差修正，有利于對本地參考信號中出現(xiàn)的相位抖動問題進行消除，提高輸出秒脈沖的準確度。
48.優(yōu)選的，對于可控分頻模塊在具體實現(xiàn)時，以頻率調(diào)整值為步長，以主時鐘進行累計，自然溢出產(chǎn)生10ms周期的ftf脈沖，再對ftf脈沖以模100的方式進行計數(shù)，即ftf脈沖以編號0-99進行循環(huán)輸出，其中編號為0的ftf脈沖指定為秒時刻對應(yīng)的脈沖。這樣，相鄰的兩個秒時刻之間就有100個ftf脈沖。
49.優(yōu)選的，通過解調(diào)衛(wèi)星導(dǎo)航信號中的星歷信息，可以得到標準的衛(wèi)星時，即導(dǎo)航電文中的tod信息和衛(wèi)星時刻，然后用本地恢復(fù)產(chǎn)生的本地時拍信號接收與源差測量模塊所恢復(fù)的衛(wèi)星時，得到本地時與衛(wèi)星時之間的差值即鐘差值。以該鐘差值為依據(jù)，輸入可控分頻模塊的相位調(diào)整值，直至鐘差值接近0認為本地時刻與衛(wèi)星時刻的相位同步已建立。
50.因此，結(jié)合圖1和圖5，當可控分頻模塊根據(jù)頻率調(diào)整值產(chǎn)生ftf脈沖后，再將該ftf脈沖反饋輸入到信號接收與源差測量模塊，由信號接收與源差測量模塊對本地時與衛(wèi)星時之間的差值即鐘差值，輸入到可控分頻模塊，作為相位調(diào)整值，來調(diào)控ftf脈沖對應(yīng)計數(shù)的本地秒時刻的輸出相位，主要是基于ftf脈沖是由主時鐘推動dds方式產(chǎn)生，其輸出時刻為本地主時鐘時刻，當落后于衛(wèi)星時的真實時刻(精度是1個主時鐘周期)，通過dds跳變沿的
尾數(shù)可以對該時延進行修正，即在dds跳變沿的尾數(shù)通過修改其中累積的步長的數(shù)值來進行相位調(diào)控。通過圖5顯示內(nèi)容，可以示意性的看出本地時相對于衛(wèi)星時的修正過程。
51.因此，對于參數(shù)生成模塊輸出的頻率調(diào)整值，決定了輸出秒脈沖頻率(或者周期)的準確性；通過信號接收與源差測量模塊輸出的相位調(diào)整值決定了輸出秒脈沖的時刻準確性。
52.進一步的，如圖6所示，由于可控分頻模塊的是由主時鐘進行分頻得到秒脈沖，因此秒脈沖的輸出最小精度是由主時鐘的一個周期長度決定的，如果本地秒脈沖時刻相對于衛(wèi)星時時刻的鐘差值或相位差小于一個主時鐘的周期時，就會產(chǎn)生柵欄效應(yīng)而難以調(diào)控本地秒時刻接近衛(wèi)星時時刻，對應(yīng)的由可控延時模塊來解決。
53.結(jié)合圖1和6，可控分頻模塊輸出的秒脈沖pps是由ftf脈沖周期產(chǎn)生輸出，而可控分頻模塊輸出的相位差，這是本地秒時刻相對于衛(wèi)星時小于一個主時鐘周期的鐘差，則通過可控延時模塊延時后，輸出延時可控的秒脈沖輸出。
54.基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法實施例，由圖7可以看出，該基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法包括：
55.步驟s1，測量接收，接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號對所述本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值；
56.步驟s2，可控分頻，利用所述本地參考信號的源差值進行頻率調(diào)整，通過可控分頻產(chǎn)生本地秒脈沖；
57.步驟s3，延時校準，對所述本地秒脈沖進行延時調(diào)控，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。
58.優(yōu)選的，在步驟s1所述測量接收中，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號對所述本地參考信號進行源差測量的方法包括：
59.對所述本地參考信號進行倍頻得到本地載波信號，利用所述本地載波信號對所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行解調(diào)接收，實時得到本地載波信號與衛(wèi)星導(dǎo)航信號的實際頻差，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號的實際頻率和所述實際頻差，計算得到所述本地載波信號的實際頻率，進而得到所述本地參考信號的實際頻率，利用所述本地參考信號的實際頻率和標稱頻率，計算得到所述本地參考信號的源差值。具體可以參考前面對圖2實施例的說明，這里不再贅述。
60.優(yōu)選的，在所述可控分頻步驟中，本地參考信號的源差值σs，本地參考信號的實際頻率值f
′0＝f0(σs+1)，經(jīng)過k倍頻后，得到主時鐘的實際頻率是kf
′0，當產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則對應(yīng)得到頻率調(diào)整值為2n/kf
′0t
x
。具體可以參考前面對圖3-4實施例的說明，這里不再贅述。
61.優(yōu)選的，在所述延時校準步驟中，先通過測量本地秒脈沖相對于衛(wèi)星時的相位差，再利用所述相位差，延時調(diào)控本地秒脈沖與衛(wèi)星時一致并輸出。具體可以參考前面對圖5-6實施例的說明，這里不再贅述。
62.在前述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實現(xiàn)了準確的秒脈沖輸出，并且大大提高了秒周期和秒時刻輸出的準確度，能夠?qū)⑤敵雒胫芷诘臏蚀_度和穩(wěn)定度達到10-12
量級。
63.基于上述實施例說明，本發(fā)明公開了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置和方法，該裝置包括本地參考源、信號接收與源差測量模塊、可控分頻模塊、參數(shù)生成模塊和可控延
時模塊，信號接收與源差測量模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，對本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值；本地參考信號還輸入到可控分頻模塊產(chǎn)生主時鐘，參數(shù)生成模塊利用本地參考信號的源差值產(chǎn)生輸出頻率調(diào)整值，對主時鐘進行分頻產(chǎn)生秒脈沖信號，再輸入到可控延時模塊，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。本發(fā)明通過引入衛(wèi)星導(dǎo)航信號來提高本地秒時間的計量準確度，在同等測量精度下具有實現(xiàn)成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。
64.以上該僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
1.一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，其特征在于，本地參考源、信號接收與源差測量模塊、可控分頻模塊、參數(shù)生成模塊和可控延時模塊，所述本地參考源輸出本地參考信號，輸入至所述信號接收與源差測量模塊，所述信號接收與源差測量模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，對所述本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值，再輸出至所述參數(shù)生成模塊；所述本地參考信號還輸入到所述可控分頻模塊產(chǎn)生主時鐘，所述參數(shù)生成模塊產(chǎn)生輸出頻率調(diào)整值，對所述主時鐘進行分頻產(chǎn)生秒脈沖信號，再輸入到所述可控延時模塊，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，其特征在于，所述信號接收與源差測量模塊包括變頻子模塊、解調(diào)子模塊和源差計算模塊，所述變頻子模塊基于所述本地參考信號的實際頻率值f0',進行倍頻后的本地載波信號的實際頻率值f
c
'＝mf0'，其中m表示倍頻值，對輸入的衛(wèi)星導(dǎo)航信號f
sz
進行下變頻處理，得到低中頻信號輸入到解調(diào)子模塊，并且所述變頻子模塊還輸出載波頻差δf
c
'，所述解調(diào)子模塊利用所述本地載波信號進行載波環(huán)路跟蹤解調(diào)獲得解調(diào)信息，并且所述解調(diào)子模塊還輸出跟蹤頻差δf
c”，所述載波頻差和跟蹤頻差相加δf
c
'+δf
c”＝f
c
'-f
sz
，再由源差計算模塊計算得到本地參考信號的源差值其中，f0表示本地參考源的標稱頻率，f0'＝f
c
'/m＝(δf
c
'+δf
c”+f
sz
)/m。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，其特征在于，所述可控分頻模塊包括第一加法器和延時寄存器，來自所述參數(shù)生成模塊的頻率調(diào)整值輸入到所述第一加法器，并且與延時寄存器存儲的累積值進行周期累加，并且在累加到一個秒周期后，第一加法器對輸入的頻率調(diào)整值進行更新，并繼續(xù)進行累加，所述第一加法器還級聯(lián)有用于檢測輸出波形邊沿轉(zhuǎn)換的邊沿檢測器，所述邊沿檢測器輸出所述秒脈沖信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，，其特征在于，所述可控分頻模塊還包括在所述第一加法器與所述邊沿檢測器之間的級聯(lián)的第二加法器，所述第二加法器接收來自所述信號接收與測量模塊輸出的相位調(diào)整值，并且與所述第一加法器輸出的結(jié)果相加后再經(jīng)過所述邊沿檢測器進行邊沿檢測后輸出所述秒脈沖信號。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，其特征在于，所述參數(shù)生成模塊得到本地參考信號的源差值σ
s
，本地參考信號的實際頻率值f0'＝f0(σ
s
+1)，在所述可控分頻模塊中經(jīng)過k倍頻后，產(chǎn)生主時鐘的實際頻率是kf0'，當產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則所述參數(shù)生成模塊對應(yīng)計算得到頻率調(diào)整值為2
n
/kf
′0t
x
，n表示dds的相位累加器的字長。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置，其特征在于，所述可控分頻模塊向所述可控延時模塊輸出本地秒脈沖和相位差，所述可控延時模塊利用所述相位差，延時調(diào)控本地秒脈沖與衛(wèi)星時一致并輸出。7.一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法，其特征在于，包括步驟：測量接收，接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號對所述本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值；可控分頻，利用所述本地參考信號的源差值進行頻率調(diào)整，通過可控分頻產(chǎn)生本地秒脈沖；
延時校準，對所述本地秒脈沖進行延時調(diào)控，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法，其特征在于，在所述測量接收步驟中，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號對所述本地參考信號進行源差測量的方法包括：對所述本地參考信號進行倍頻得到本地載波信號，利用所述本地載波信號對所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行解調(diào)接收，實時得到本地載波信號與衛(wèi)星導(dǎo)航信號的實際頻差，利用所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號的實際頻率和所述實際頻差，計算得到所述本地載波信號的實際頻率，進而得到所述本地參考信號的實際頻率，利用所述本地參考信號的實際頻率和標稱頻率，計算得到所述本地參考信號的源差值。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法，其特征在于，在所述可控分頻步驟中，本地參考信號的源差值σ
s
，本地參考信號的實際頻率值f
′0＝f0(σ
s
+1)，經(jīng)過k倍頻后，得到主時鐘的實際頻率是kf
′0，當產(chǎn)生一個周期為t
x
的周期脈沖輸出，則對應(yīng)得到頻率調(diào)整值為2
n
/kf
′0t
x
，n表示dds的相位累加器的字長。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時方法，其特征在于，在所述延時校準步驟中，先通過測量本地秒脈沖相對于衛(wèi)星時的相位差，再利用所述相位差，延時調(diào)控本地秒脈沖與衛(wèi)星時一致并輸出。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航信號的授時裝置和方法，該裝置包括本地參考源、信號接收與源差測量模塊、可控分頻模塊、參數(shù)生成模塊和可控延時模塊，信號接收與源差測量模塊接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，對本地參考信號進行源差測量，得到本地參考信號的源差值；本地參考信號還輸入到可控分頻模塊產(chǎn)生主時鐘，參數(shù)生成模塊利用本地參考信號的源差值產(chǎn)生輸出頻率調(diào)整值，對主時鐘進行分頻產(chǎn)生秒脈沖信號，再輸入到可控延時模塊，得到相對于衛(wèi)星時校準的可控秒脈沖輸出。本發(fā)明通過引入衛(wèi)星導(dǎo)航信號來提高本地秒時間的計量準確度，在同等測量精度下具有實現(xiàn)成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢。
