基于驯服铷钟的同步测试系统及其提高同步精度的方法技术方案

本发明专利技术公开了基于驯服铷钟的同步测试系统及其提高同步精度的方法，属于陆基定位和无线通信技术领域。本发明专利技术包括主基站同步仪和从基站同步仪，主基站同步仪和从基站同步仪分别给出经过驯服后铷钟的10MHz时钟信号和驯服后的稳定PPS秒脉冲信号，并将这两个信号与AIS岸站相连。利用本发明专利技术对现有AIS岸站的简单升级，就可以使AIS岸站具有很高的同步精度，并且在GNSS信号消失的情况下仍能长时间维持较高的同步精度，为AIS系统实现自主定位奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
基于驯服铷钟的同步测试系统及其提高同步精度的方法
本专利技术涉及基于驯服铷钟的同步测试系统及其提高同步精度的方法，属于陆基定位和无线通信

技术介绍
船舶同时安装天基和陆基双备份定位导航系统是保证船舶航行安全的必要措施，也是未来国际海事组织将强制推行的一项政策。然而，目前路基定位导航系统的终端产品价格昂贵，船舶安装率很低，而船舶自动识别系统（AIS，AutomaticidentificationSystem）终端设备的安装率很高，并且世界主要沿海区域已经基本覆盖AIS岸站系统。因此，可以通过对现有的AIS系统进行改造，使其具有自主定位的能力。AIS系统要实现自主定位，首先必须实现岸站之间的时钟同步。而现有AIS岸站之间的同步情况如下：一方面，同步的精度不能满足定位的需求；另外一方面，同步完全依赖于GNSS设备的授时信号，同步功能会随着GNSS信号的消失而立即失效。因此，需要研制一种同步测试系统，能够很方便地对现有AIS岸站进行升级，使其具有很高的同步精度，并且在GNSS信号消失的情况下仍能长时间维持较高的同步精度。
技术实现思路
为了克服上述的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于驯服铷钟的同步测试系统，通过它对现有AIS岸站的简单升级，就可以使AIS岸站具有很高的同步精度，并且在GNSS信号消失的情况下仍能长时间维持较高的同步精度，从而使AIS系统具有自主定位的前提条件。本专利技术采取的技术方案如下:基于驯服铷钟的同步测试系统，包括主基站同步仪和从基站同步仪，主基站同步仪和从基站同步仪分别给出经过驯服后铷钟的10MHz时钟信号和驯服后的稳定PPS秒脉冲信号，并将这两个信号与AIS岸站相连。主基站同步仪和从基站同步仪的结构基本相同，主要由铷钟，GNSS接收机和FPGA芯片构成，从基站同步仪需要接入主基站同步仪给出的PPSMS信号；FPGA芯片主要由分频模块、上变频模块、计数比较模块和数据处理模块构成，铷钟给出的10MHz时钟信号经过上变频模块的处理后变成200MHz的时钟信号，作为FPGA芯片的工作主时钟；分频模块对铷钟给出的10MHz时钟信号进行分频，获得PPSint秒脉冲；主基站同步仪的计数比较模块只需要比较PPSint秒脉冲和GNSS接收机给出的PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差；而从基站同步仪的计数比较模块则需要比较PPSint秒脉冲、GNSS接收机给出的PPSGNSS秒脉冲以及主基站同步仪给出的PPSMS信号，获得的相位偏差值都将送入数据处理模块进行处理；在数据处理模块的工作过程中，主基站同步仪根据PPSint秒脉冲和PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差，利用滤波算法得到铷钟的频率修正数，通过串口写入铷钟，实现铷钟的驯服；而从基站同步仪不仅要完成铷钟的驯服，还要根据主基站同步仪给出的PPSMS信号，统计出本基站的PPSint秒脉冲与PPSMS信号之间的固定偏差值，利用该偏差值进行修正，从而获得与主基站同步的PPS信号输出。基于驯服铷钟的同步测试系统提高同步精度的方法，包括如下步骤:第一步：将主基站同步仪给出的PPSMS信号正确接入从基站同步仪；第二步：主基站同步仪和从基站同步仪同时工作，铷钟给出的10MHz时钟信号经过上变频模块的处理后变成200MHz的时钟信号；分频模块对铷钟给出的10MHz时钟信号进行分频，获得PPSint秒脉冲；第三步：主基站同步仪的计数比较模块比较PPSint秒脉冲和GNSS接收机（5）给出的PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差，送入数据处理模块进行处理，利用滤波算法得到铷钟的频率修正，再通过串口写入铷钟；第四步：主基站同步仪修正铷钟的频率同时对它给出的PPSMS信号产生影响；第五步：从基站同步仪的计数比较模块比较PPSint秒脉冲、GNSS接收机给出的PPSGNSS秒脉冲以及主基站同步仪给出的PPSMS秒脉冲，获得的相位偏差值也送入数据处理模块进行处理；第六步：从基站同步仪的数据处理模块在工作时，一方面，比较PPSint秒脉冲和PPSGNSS秒脉冲的数据，利用滤波算法得到铷钟的频率修正，再通过串口写入铷钟；另外一方面，统计分析PPSint秒脉冲和PPSMS秒脉冲的数据，获得主基站同步仪和从基站同步仪给出的秒脉冲信号的固定误差，利用该偏差值进行修正，从而获得与主基站同步的PPSSS信号；第七步：断开主基站同步仪与从基站同步仪的连接，断开后从基站同步仪将记录最新的偏差值，用于以后的同步过程；第八步：系统中所有的从基站同步仪都按照上述步骤一至七进行同步；第九步：将主基站同步仪和多个从基站同步仪都分别与一个现有AIS基站连接，在基站能接收到GNSS信号时，所有从基站同步仪都和主基站同步仪保持高精度同步；第十步：当基站无法接收到GNSS信号时，由于经过之前的驯服，铷钟的稳定性很高；并且利用驯服过程中获得的铷钟漂移的规律，可以补偿部分漂移。因此，所有从基站同步仪都和主基站同步仪维持较高精度同步；第十一步：当基站重新接收到GNSS信号后，所有从基站同步仪都和主基站同步仪恢复高精度同步。本专利技术的有益效果:利用本专利技术对现有AIS岸站的简单升级，就可以使AIS岸站具有很高的同步精度，并且在GNSS信号消失的情况下仍能长时间维持较高的同步精度，为AIS系统实现自主定位奠定基础。附图说明图1是本专利技术基于驯服铷钟的同步测试系统结构简图；图2是本专利技术的主基站同步仪的结构框图；图3是本专利技术的从基站同步仪的结构框图；图中：1、主基站同步仪，2、从基站同步仪，3、现有AIS岸站，4、铷钟，5、GNSS接收机，6、FPGA芯片，7、分频模块，8、上变频模块，9、计数比较模块，10、数据处理模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：如图1所示：基于驯服铷钟的同步测试系统，包括主基站同步仪1和从基站同步仪2，主基站同步仪1和从基站同步仪2分别给出经过驯服后铷钟的10MHz时钟信号和驯服后的稳定PPS秒脉冲信号，并将这两个信号与AIS岸站（3）相连。如图2及图3所示：主基站同步仪1和从基站同步仪2的结构基本相同，主要由铷钟4，GNSS接收机5和FPGA芯片6构成，从基站同步仪2需要接入主基站同步仪1给出的PPSMS信号；FPGA芯片6主要由分频模块7、上变频模块8、计数比较模块9和数据处理模块10构成，铷钟4给出的10MHz时钟信号经过上变频模块8的处理后变成200MHz的时钟信号，作为FPGA芯片6的工作主时钟；分频模块7对铷钟4给出的10MHz时钟信号进行分频，获得PPSint秒脉冲；主基站同步仪1的计数比较模块9只需要比较PPSint秒脉冲和GNSS接收机5给出的PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差；而从基站同步仪2的计数比较模块9则需要比较PPSint秒脉冲、GNSS接收机5给出的PPSGNSS秒脉冲以及主基站同步仪1给出的PPSMS信号，获得的相位偏差值都将送入数据处理模块10进行处理；在数据处理模块10的工作过程中，主基站同步仪1根据PPSint秒脉冲和PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差，利用滤波算法得到铷钟4的频率修正数，通过串口写入铷钟4，实现铷钟的驯服；而从基站同步仪2不仅要完成铷钟的驯服，还要根据主基站同步仪1给出的PPSMS信号，统计出本基站的PPSint秒脉冲与PPSMS本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于驯服铷钟的同步测试系统，其特征在于：包括主基站同步仪（1）和从基站同步仪（2），主基站同步仪（1）和从基站同步仪（2）分别给出经过驯服后铷钟的10MHz时钟信号和驯服后的稳定PPS秒脉冲信号，并将这两个信号与AIS岸站（3）相连。

【技术特征摘要】
1.基于驯服铷钟的同步测试系统，其特征在于：包括主基站同步仪（1）和从基站同步仪（2），主基站同步仪（1）和从基站同步仪（2）分别给出经过驯服后铷钟的10MHz时钟信号和驯服后的稳定PPS秒脉冲信号，并将这两个信号与AIS岸站（3）相连；其中，所述主基站同步仪（1）和从基站同步仪（2）的结构基本相同，主要由铷钟（4），GNSS接收机（5）和FPGA芯片（6）构成，从基站同步仪（2）需要接入主基站同步仪（1）给出的PPSMS信号；FPGA芯片（6）主要由分频模块（7）、上变频模块（8）、计数比较模块（9）和数据处理模块（10）构成，铷钟（4）给出的10MHz时钟信号经过上变频模块（8）的处理后变成200MHz的时钟信号，作为FPGA芯片（6）的工作主时钟；分频模块（7）对铷钟（4）给出的10MHz时钟信号进行分频，获得PPSint秒脉冲；主基站同步仪（1）的计数比较模块（9）只需要比较PPSint秒脉冲和GNSS接收机（5）给出的PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差；而从基站同步仪（2）的计数比较模块（9）则需要比较PPSint秒脉冲、GNSS接收机（5）给出的PPSGNSS秒脉冲以及主基站同步仪（1）给出的PPSMS信号，获得的相位偏差值都将送入数据处理模块（10）进行处理；在数据处理模块（10）的工作过程中，主基站同步仪（1）根据PPSint秒脉冲和PPSGNSS秒脉冲之间的相位偏差，利用滤波算法得到铷钟（4）的频率修正数，通过串口写入铷钟（4），实现铷钟的驯服；而从基站同步仪（2）不仅要完成铷钟的驯服，还要根据主基站同步仪（1）给出的PPSMS信号，统计出本基站的PPSint秒脉冲与PPSMS信号之间的固定偏差值，利用该偏差值进行修正，从而获得与主基站同步的PPS信号输出。2.根据权利要求1所述的基于驯服铷钟的同步测试系统，其特征在于：提高同步精度的方法包括如下步骤：第一步：将主基站同步仪（1）给出的PPSMS信号正确接入从基站同步仪（2）；第二步：主基站同步仪（1）和从基站同步仪（2）同时工作，铷钟（4）给出的10MHz时...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓文，张淑芳，胡青，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21