[发明专利]多模高精度时间、频率标准设备

说明书

 

    （一）、技术领域：本发明涉及一种时间、频率标准设备，特别是涉及一种

多模高精度时间、频率标准设备。

（二）、背景技术：精密的时间服务在国防、通信、电力、基础研究等领域有着广泛的应用需求，普通的基于石英钟的时间服务己不能满足高端要求，需要针对某些特定用户设计与其需求相适应的时间服务系统。高精度时间、频率标准装备能够提供高精度的时标和频标信号，它是很多通信、信号处理等电子设备的必备基础支撑装备。例如，高速数字通信对网同步的要求越来越高，己达纳秒级；战略导弹的发射、预警、雷达组网探测、自动化指挥等关系到国家安全的重大活动需要高精度和稳定的时间统一服务。

现阶段使用最为广泛的GPS授时系统的连续性、可用性和抗干扰性对于某些重要场合仍显得比较薄弱，具体表现在：(1)GPS接收机输出的时间信号长期稳定性好，短期稳定性差；(2)GPS接收机的抗干扰性能差，在电磁情况比较复杂的场合可能造成GPS时钟跳变。更为重要的是GPS可用性和授时精度受制于美国的GPS政策，美国可以在特殊时期关闭或干扰某些区域的GPS信号，以降低或终止该区域的导航定位、授时服务。为了摆脱在导航、授时领域对GPS系统的依赖，我国建立了自己的“北斗”卫星导航系统。随着“北斗二号”系统的构建日益完善，特别是该系统的GEO卫星具有多普勒小﹑频率稳定的特点，该系统非常适合作为时间、频率源信号。

现阶段主要的授时方法包括三种：

（1）短波授时；其授时精度只有±lms左右，在一些授时精度要求较高的场合无法满足使用。

（2）长波授时；国内长波授时台的授时精度能够达到+5μs。但长波授时也存在授时信息单一、不能自主授时等诸多局限。同时，如果授时台链数据重复周期较长时，用户要经过很长时间才能授时成功．不利于精确测量和实时授时。

（3）星基授时方式；主要是采用导航定位系统如GPS来进行授时，其精度可以达到50ns；授时时间一般小于5分钟。

基于导航定位系统的星基授时方式具有精度高，授时快的特点，是现阶段采用最为广泛的授时方式。

国内外有较多的基于GPS的授时模块和系统。如中国科学院长春光学精密机械与物理研究所基于Μ-blox的LEA-5T设计和实现了快速高精度授时系统，正常接收卫星信号的情况下，授时精度可达到30ns。可在恶劣天气（只见一颗星）情况下输出时间信号；实测同步信号精度为600ns。随着北斗系统的发展，我国一些单位和公司开始研发基于GPS和北斗系统的授时设备，如中国航天科工集团第二研究院706所研究并设计了一种授时定位设备，该设备不仅具备北斗、GPS卫星导航系统移动终端的各种功能特性，而且结合了B码、外校时等辅助授时功能，除此之外，还实现了高精度自守时功能。在硬件设计上，采用嵌入式ARM 体系结构进行了经济型设计，同时充分考虑了可靠性和维修性设计。在北斗或GPS天线架设在准开阔地时，设备加电启动后冷授时时间不大于3min，热启动后授时时间不大于2min。在同样条件下，设备加电冷启动后辅助定位时间不大于4min，时间同步误差不大于400ns，守时精度约为24小时1ms的误差。北京泰福特电子科技有限公司研发的HJ5435-BD GPS同步时钟，输出的频率稳定度为5╳10^-12/s；正常接收的情况下1pps的误差小于30ns；但该产品不能保证守时性能。

这些现有的设备的主要特点如下：

（1）只是对多种模式的1pps进行了优选和补充，没有进行真正的数据融合处理，对整个系统的性能提高不明显。

（2）对频率的控制精度不够，一般只能达到处理器的最高时钟速率，所以，时间和频率精度都不高，同时也导致其守时精度不高。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种准确度高的多模高精度时间、频率标准设备。

本发明的技术方案：一种多模高精度时间、频率标准设备，含有N个授时型卫星接收机、高稳晶振、高精度数模转换器、多模信息融合模块﹑多相位锁相环频率控制模块﹑秒脉冲生成模块和UTC输出编码模块，N为1或2或3，多模信息融合模块﹑多相位锁相环频率控制模块﹑秒脉冲生成模块和UTC输出编码模块均采用FPGA来实现；该设备的主要功能是产生高精度的时间和频率信号，输出时间信号主要是UTC时间及1pps，频率信号主要是10MHz时钟信号；