[发明专利]一种1PPS锁存器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号锁存器及控制方法，特别是涉及一种用于1PPS信号比较的锁存器及控制方法。

背景技术

卫星导航系统主要用来导航、定位和定时，其卫星上通常安装有铯原子钟，能够提供很高精度的同步脉冲信号，其中包括秒脉冲信号(简称1PPS)。由于卫星的时钟系统具有长期稳定，对外界因素变化不敏感的特性，所以各种系统都逐步采用以卫星提供的时间信号和频率信号作为本系统的时钟参考。

通常系统中都设有本地时钟，当卫星信号出现异常或不可用时，系统能够自动切换时间信号源，依靠内置高稳晶振继续提供高可靠性的时间和频率信号输出1PPS，在短时间内仍保持有较高的精度。当卫星1PPS信号可用时，系统可以利用本地1PPS信号源与卫星1PPS信号的比较，使时钟在较短的时间内达到较高的准确度。

目前我国可用的卫星系统有GPS系统和北斗系统。GPS系统具有良好实时性，但由于GPS是由美国军方控制，在关键时刻使用时有极大地限制。北斗卫星系统是我国自主研制的全天候、区域性导航定位系统，具有定位、授时、通信三大功能。由于卫星发射信号到达接收端的距离遥远，在信号传输过程中一般会受到星历误差、无线链路的传输衰耗、多径效应、外界干扰引入误码及延时抖动等不同来源，不同时段的干扰，均会引起1PPS信号的漂动，如不能准确识别1PPS相位，会直接影响授时性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种1PPS锁存器用于消除本地1PPS信号的累积相位误差。提供一种利用本锁存器的控制方法，实现高精度、高可靠的1PPS信号输出。

本发明的1PPS锁存器，包括鉴相器，二阶数字滤波器，压控振荡器，二阶数字滤波器由FPGA器件构成，FPGA器件的逻辑单元连接结构根据matlab构建的滤波模型以VHDL硬件描述语言定义。

还包括时钟倍频模块，倍频数为2或4。

还包括浮点DSP，连接二阶数字滤波器的信号输入端和信号输出端。

压控振荡器的输出信号经分频后作为鉴相器的输入信号。

由FPGA器件构成的二阶数字滤波器包括第一乘法器，第二乘法器，第三乘法器，加法器，累加器，第一乘法器的输出作为累加器的输入；累加器的输出和第二乘法器的输出作为加法器的输入；加法器的输出作为第三乘法器的输入。

本发明的1PPS锁存器进行1PPS信号控制的方法，步骤包括：

卫星1PPS信号和本地1PPS信号输入鉴相器；

鉴相器输出的相位差值经过浮点DSP数据类型转换为浮点型；

在matlab对二阶数字滤波建模，用VHDL语言在基于FPGA的二阶数字滤波器中实现系数可调的滤波器结构，对浮点型相位差值进行平滑滤波计算；

通过浮点DSP对二阶数字滤波器的输出值经过浮点DSP数据类型转换为整型；

浮点DSP 003将整型数据输出给数字压控振荡器；

压控振荡器根据输入的数据调整1PPS的输出相位；

压控振荡器输出地1PPS信号作为输入信号，反馈回鉴相器。

步骤还包括：调整时钟倍频模块的倍频数，使倍频数为4，鉴相器时钟频率达到200MHZ。

步骤还包括：二级数字滤波器的输出值与比例系数做乘积运算，然后进行数据类型转换。

步骤还包括：二级数字滤波器将鉴相器输出的鉴相值与滤波系数进行乘积运算。

本发明的1PPS锁存器锁存卫星接收机输出的1PPS信号，用以得到一个稳定度高、变化平滑的本地1PPS信号。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种1PPS锁存器实施例的结构示意图；

图2为本发明一种1PPS锁存器实施例中基于FPGA的二阶数字滤波器的结构示意图；

图3为本发明一种1PPS锁存器实施例中的二阶数字滤波器的仿真效果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明1PPS锁存器的实施例包括时钟倍频模块001，鉴相器002，浮点DSP(数字信号处理器)003，二阶数字滤波器004，压控振荡器005。时钟倍频模块001对本地时钟频率进行倍频，以实现控制鉴相器002工作频率，提高本地1PPS信号跟踪卫星1PPS信号的效果。可以根据不同的本地时钟系统的性能参数进行调整，在本实施例中倍频频率达到4倍频，200MHz。

鉴相器002对卫星信号接收机输入的1PPS和本地1PPS信号进行鉴相，输出两个信号之间的相位差。