一種具有恒溫電路的導(dǎo)航衛(wèi)星高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及衛(wèi)星導(dǎo)航授時(shí)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是設(shè)及一種具有恒溫電路的導(dǎo)航衛(wèi) 星高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軍工系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)都需要對(duì)時(shí)間、頻率進(jìn)行同步， 時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展對(duì)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)W及社會(huì)和國(guó)防安全有十分重要的意義。 目前，時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的授時(shí)同步途徑正在由短波、長(zhǎng)波、電視等技術(shù)手段向?qū)Ш叫l(wèi)星發(fā)展。 利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行授時(shí)同步的主要原理是，通過(guò)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)接收模塊接收衛(wèi)星信號(hào)，根 據(jù)接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)中的1PPS(秒脈沖)信號(hào)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)授時(shí)及網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步。
[0003] 由于導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)對(duì)精度要求非常高，而導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)中的電路都是直接裸 露在外界環(huán)境中，其電壓、電阻、電容等參數(shù)值容易受到環(huán)境溫度的影響，從而使整個(gè)系統(tǒng) 出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致了授時(shí)的不可靠性，運(yùn)對(duì)高精度授時(shí)系統(tǒng)是非常致命的。
[0004] 如圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中授時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)壓電路部分的結(jié)構(gòu)框圖，其直接暴露在自 然環(huán)境中，其中DAC(假設(shè)精度為16為)輸出電壓公式為：
[0005]
[0006] 假設(shè)DAC忍片的工作溫度為-40°到85°，常溫25°的參考電壓值為Vrefo,因?yàn)椴煌瑴?度下Vref會(huì)波動(dòng)，假設(shè)參考電壓忍片的工作溫度為-40°到85%假設(shè)日夜溫差的溫度變化為 ±l〇°C，所W參考電壓的變化為：
[0007]Vref= ±Vref0巧* 10/ ( 85- ( -40 ));
[000引
[0009] 式中，化ef表示25°的參考電壓值，可見(jiàn)VouT的輸出會(huì)隨著溫度的變化而變化，運(yùn)在 高精度授時(shí)系統(tǒng)是非常致命的；除了W上參考電壓會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的精度影響外，還有其它 如電阻電容的參數(shù)也會(huì)受到環(huán)境溫度的影響也會(huì)引起VouT的變化，從而出現(xiàn)了系統(tǒng)的不可 靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種具有恒溫電路的導(dǎo)航衛(wèi) 星高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法，將易受溫度影響的電路、材料控制在恒定溫度內(nèi)，能夠在授時(shí)過(guò) 程中將外界溫度的影響降到最小，提高了系統(tǒng)的授時(shí)精度。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0012] -種具有恒溫電路的導(dǎo)航衛(wèi)星高精度授時(shí)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
[0013] 衛(wèi)星信號(hào)接收模塊，用于跟蹤接收多顆導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的衛(wèi)星PPS信號(hào)；
[0014] 工作狀態(tài)判斷模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控衛(wèi)星信號(hào)接收模塊跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量，進(jìn)而判 斷授時(shí)系統(tǒng)的工作狀態(tài)為授時(shí)狀態(tài)或守時(shí)狀態(tài)；
[0015] 晶振控制模塊，用于通過(guò)一控制參數(shù)，控制恒溫晶振輸出的本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率；
[0016] 恒溫晶振，用于在晶振控制模塊的控制下輸出本地時(shí)鐘信號(hào)；
[0017] 采樣模塊，用于對(duì)本地時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣，反饋給晶振控制模塊和基準(zhǔn)信號(hào)輸出 模塊；
[0018] 基準(zhǔn)信號(hào)輸出模塊，用于向外部輸出PI^基準(zhǔn)信號(hào)；
[0019] 恒溫模塊，用于監(jiān)控恒溫晶振、晶振控制模塊和采樣模塊的溫度變化，并將其控制 在恒定溫度；
[0020] 其中，當(dāng)授時(shí)系統(tǒng)工作于授時(shí)狀態(tài)下時(shí)，晶振控制模塊根據(jù)衛(wèi)星PPS信號(hào)對(duì)恒溫晶 振進(jìn)行馴服，使恒溫晶振輸出的本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率調(diào)整為衛(wèi)星PPS信號(hào)的標(biāo)稱頻率，同 時(shí)，記錄控制參數(shù)的變化情況;基準(zhǔn)信號(hào)輸出模塊對(duì)調(diào)整后的本地時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻處理， 得到PI^基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出；
[0021] 當(dāng)授時(shí)系統(tǒng)工作于守時(shí)狀態(tài)下時(shí)，晶振控制模塊根據(jù)控制參數(shù)在授時(shí)狀態(tài)下的變 化情況，對(duì)本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整;基準(zhǔn)信號(hào)輸出模塊對(duì)補(bǔ)償調(diào)整后的本地時(shí) 鐘信號(hào)進(jìn)行分頻處理，得到PI^基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出。
[0022] 作為優(yōu)選的，所述恒溫模塊、恒溫晶振、晶振控制模塊和采樣模塊通過(guò)一外殼密封 在一個(gè)密閉空間內(nèi)，所述恒溫模塊包括環(huán)境溫度傳感器、恒溫控制系統(tǒng)和加熱模塊；
[0023] 所述環(huán)境溫度傳感器用于檢測(cè)密閉空間的溫度；
[0024] 所述加熱模塊用于工作使密閉空間溫度上升；
[0025] 所述恒溫控制系統(tǒng)包括一比較器，用于比較環(huán)境傳感器溫度與比較器自身設(shè)定溫 度值;若環(huán)境傳感器檢測(cè)溫度低于比較器設(shè)定溫度值，恒溫控制系統(tǒng)控制加熱模塊工作，使 密閉空間溫度穩(wěn)定;若環(huán)境傳感器檢測(cè)溫度溫度高于比較器設(shè)定溫度值時(shí)，停止加熱模塊 的工作。
[0026] 作為優(yōu)選的，還包括一恒溫補(bǔ)償模塊，所述恒溫補(bǔ)償模塊包括一數(shù)字溫度傳感器， 所述數(shù)字溫度傳感器緊貼恒溫晶振的金屬表面，用于檢測(cè)恒溫晶振的溫度，數(shù)字溫度傳感 器連接晶振控制模塊，晶振控制模塊通過(guò)讀取數(shù)字傳感器溫度變化監(jiān)控恒溫晶振內(nèi)部的電 壓變化，其對(duì)應(yīng)監(jiān)控公式為：
[0027] f(y)=巧3+dy2+巧+時(shí)
[00%]式中，f(y)為對(duì)應(yīng)溫度下的恒溫晶振的頻率，a，b，c分別為固定參數(shù)，y為數(shù)字溫度 傳感器檢測(cè)到的溫度值。
[0029] 作為優(yōu)選的，所述晶振控制模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊、補(bǔ)償控制模塊、DAC控制模塊 和DAC;
[0030] DAC控制模塊用于向DAC輸出控制參數(shù)；
[0031] DAC用于將DAC控制模塊提供的控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的壓控電壓，輸出給恒溫晶 振，W控制恒溫晶振輸出的本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率；
[0032] 數(shù)據(jù)處理模塊用于在授時(shí)狀態(tài)下提取衛(wèi)星PPS信號(hào)的標(biāo)稱頻率，提供給DAC控制模 塊；
[0033] 補(bǔ)償控制模塊用于在授時(shí)狀態(tài)下記錄DAC控制模塊輸出的控制參數(shù)的變化情況； 還用于在守時(shí)狀態(tài)下，根據(jù)控制參數(shù)在授時(shí)狀態(tài)下的變化情況，向DAC控制模塊發(fā)出補(bǔ)償指 令；
[0034] DAC控制模塊還用于在授時(shí)狀態(tài)下，根據(jù)標(biāo)稱頻率和本地時(shí)鐘信號(hào)頻率之間的差 異，對(duì)輸出的控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率趨向于標(biāo)稱頻率;還用于在守時(shí)狀 態(tài)下，根據(jù)補(bǔ)償控制模塊的補(bǔ)償指令，對(duì)輸出的控制參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。
[0035] 作為優(yōu)選的，在授時(shí)狀態(tài)下，所述補(bǔ)償控制模塊每間隔一段固定時(shí)間，對(duì)DAC控制 模塊輸出的控制參數(shù)進(jìn)行一次存儲(chǔ)；
[0036] 在守時(shí)狀態(tài)下，補(bǔ)償控制模塊根據(jù)授時(shí)狀態(tài)下存儲(chǔ)的控制參數(shù)，計(jì)算出控制參數(shù) 每改變1的時(shí)間周期;每經(jīng)過(guò)一個(gè)所述時(shí)間周期，補(bǔ)償控制模塊向DAC控制模塊發(fā)送一個(gè)補(bǔ) 償指令，使DAC控制模塊輸出的控制參數(shù)對(duì)應(yīng)加1或減1。
[0037] -種根據(jù)采用上述的系統(tǒng)進(jìn)行授時(shí)的方法，包括W下步驟：
[0038] S1、確認(rèn)授時(shí)系統(tǒng)是否定位成功：當(dāng)授時(shí)系統(tǒng)定位成功時(shí)，進(jìn)入授時(shí)狀態(tài)；當(dāng)授時(shí) 系統(tǒng)定位失敗時(shí)，進(jìn)入守時(shí)狀態(tài)，恒溫模塊及恒溫補(bǔ)償模塊對(duì)系統(tǒng)溫度進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，使 系統(tǒng)始終處于恒定溫度；
[0039] S2、判斷衛(wèi)星信號(hào)接收模塊提供的衛(wèi)星PPS信號(hào)是否持續(xù)有效：當(dāng)衛(wèi)星PPS信號(hào)持 續(xù)有效時(shí)，授時(shí)系統(tǒng)維持在授時(shí)狀態(tài);當(dāng)衛(wèi)星PI^信號(hào)失效時(shí)，授時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入守時(shí)狀態(tài)；
[0040] S3、利用衛(wèi)星PPS信號(hào)進(jìn)行授時(shí)：當(dāng)授時(shí)系統(tǒng)處于授時(shí)狀態(tài)時(shí)，晶振控制模塊根據(jù) 衛(wèi)星PPS信號(hào)對(duì)恒溫晶振進(jìn)行馴服，使恒溫晶振輸出的本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率調(diào)整為衛(wèi)星PPS 信號(hào)的標(biāo)稱頻率，然后對(duì)調(diào)整后本地時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻處理，得到PI^基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出；
[0041] S4、利用本地時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行守時(shí)：當(dāng)授時(shí)系統(tǒng)處于守時(shí)狀態(tài)時(shí)，斷開(kāi)衛(wèi)星PPS信號(hào)， 對(duì)本地時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻處理，得到PI^基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行輸出。
[0042] 進(jìn)一步的，在S1中，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)接收模塊跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量大于或等于4顆時(shí)，貝U 判定授時(shí)系統(tǒng)定位成功，即衛(wèi)星信號(hào)接收模塊提供的衛(wèi)星PPS信號(hào)