[发明专利]一种分布式测试系统的GPS同步方法

说明书

本发明公开一种分布式测试系统的GPS同步方法，该方法面向当前主流分布式测试系统的应用，解决了瞬态信号测试中，分布式测试系统因各测点独立工作造成物理上分散隔离而致使相互间难以同步的问题。该方法能够精确测量所设计的GPS同步单元产生的PPS脉冲信号与所接收到的被测信号之间的时间差，各测点分别测得该时间差后连同UTC时间一起上传至计算机，在计算机上建立起以PPS脉冲为基准的时间统一。本发明所设计的GPS同步单元包括GPS授时模块、控制芯片FPGA及高精度时钟源、EEPROM存储器、USB接口等。本发明适用于野外开阔环境下分布式测试系统的同步，以无线同步方式解决了有线同步中存在的可靠性低、工程量大等突出问题，该方法精度高、操作简单、易于工程实现。

技术领域

本发明属于分布式测试系统同步方法技术领域，具体涉及一种分布式测试系统的GPS同步方法。该方法适合于解决战斗部毁伤试验中各分布式测点的同步问题。

背景技术

瞬态信号广泛存在于战斗部的作用过程中，如爆炸压力信号、冲击振动信号等，其测量对武器战斗部的研制具有指导意义。瞬态信号是一个单次过程，持续时间短，作用范围广，较难测量。分布式测试系统由于具有较高的准确度、可靠性和适用性，成为当前主要的瞬态信号测试手段。在实际应用中，根据瞬态信号的作用范围，一般要在试验现场按一定规则布设若干个分布式测点，分别记录瞬态信号在该点随时间变化的历程。由于各测点在空间上的分散性，导致它们在物理上是完全隔离的，相互之间独立工作，不具备统一的时间基准。这种测试方法虽然可以很好地完成各测点信号随时间变化的记录，但该“时间”仅为各个测点的相对时间，丢失了瞬态信号作用于现场所有测点的整体时间概念，导致在整个作用区域内研究信号的传播规律无法实现。因此，研究面向分布式测试系统的同步技术具有显著意义。

现有的分布式测量系统的同步方法主要有：有线同步法和光同步法。有线同步法最早用于解决分布式测试系统各测点之间的同步问题，该方法理论简单，但需要在各测点之间连接电缆，在战斗部的毁伤试验中需要严密防护，避免破片击中造成失效，这会给布设测点多、测试距离远的场合带来极大的防护工程量，无法大规模使用。光信号同步法以战斗部的爆炸光作为同步信号，实际应用中无法排除太阳光或反射光对光敏元件的干扰，难以准确获取所需的同步信号。

发明内容

本发明的目的是解决现有分布式测试系统的同步方法在大规模工程中不易实现、抗干扰性差的技术问题，提供一种基于GPS同步技术的分布式测试系统的同步方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种分布式测试系统的GPS同步方法，采用以下的步骤实现各分布式测点间的时基统一：

1)利用GPS授时模块产生并输出两种数据，一种是PPS脉冲信号，另一种是与每个PPS脉冲信号对应的串行数据中的UTC时间t(协调世界时)；

2)采用FPGA(现场可编程门阵列)提取并缓存GPS授时模块产生的UTC时间t；

3)以PPS脉冲信号为起始计时信号，以被测信号为停止计时信号：

i.若在下一个PPS脉冲来临时，被测信号仍然没有到来，则FPGA中的清零计数器重新开始新一轮计数，在被测信号到来前计数器一直处于清零计数再清零再计数的循环计数状态；

ii.一旦被测信号到来，FPGA中的计数器停止计数，当前计数值即是被测信号上升沿与被测信号到来前一次PPS脉冲上升沿之间的时间差Δt，FPGA将该时间差值Δt存放起来；

4)将时间差Δt与被测信号前一次PPS脉冲对应的UTC时间t0整合后，存入EEPROM存储器；

5)计算机读取各个分布式测点的时间差Δt和UTC时间t0后，通过上位机处理，建立起以PPS脉冲为基准的时统。