BPM短波多频点定时系统技术方案

本发明专利技术提供了一种BPM短波多频点定时系统，通道选择单元接收BPM授时台发送的四个频点授时信号，将各频点授时信号均变为固定载频点2.5MHz数字信号；解调搜索单元对接收到的数字信号进行解调和低通滤波，将得到的正交时号信号与本地1KHz正交时号信号进行四路折叠匹配相关，利用相关值和门限值对两个相关峰进行检测，得到两个相关峰最大值的位置送入定时输出模块；定时输出单元识别出UTC秒时号和分时号，将UTC秒时号进行滤波处理防止误判，对本地秒信号、分信号进行同步。本发明专利技术采用全数字接收方式，在任何地点均可接收BPM短波授时信号，具有多频点接收、自动化程度高、定时精度高、全数字化等特点。

【技术实现步骤摘要】
BPM短波多频点定时系统
本专利技术涉及一种定时系统，属于无线电授时和定时

技术介绍
BPM短波授时系统作为大科学装置之一，由中国科学院国家授时中心承担发播任务，通过电离层一次或多次反射进行时间信号传递，可覆盖我国陆地和近海海域，授时精度为1ms，具有覆盖范围广、发射设备简单、接收成本低等优点。其主要功能是进行定时和校频，也应用于通信、无线电波传播、气象和电离层等相关科学研究。BPM短波授时系统每天以四个频率(2.5MHz±5KHz、5MHz±5KHz、10MHz±5KHz、15MHz±10KHz)交替发播标准时间和标准频率信号，通过调幅方式发播协调世界时UTC时号、世界时UT1时号、无调制载波及BPM呼号。四个频率的发播时间如表1所示，各频点发播程序如表2所示。表1BPM授时系统发播时间发射频率/MHzUTC时间北京时间2.507:30—01：0015:30—09：005.000:00—24：0000:00—24：0010.000:00—24：0000:00—24：0015.001:00—09：0009:00—17：00表2BPM授时系统各频点发播程序1)59m00s～00m00s6)29m00s～30m00sBPM呼号(1分钟)2)00m00s～10m00s7)30m00s～40m00sUTC时号(10分钟)3)10m00s～15m00s8)40m00s～45m00s无调制载波(5分钟)4)15m00s～25m00s9)45m00s～55m00sUTC时号(10分钟)5)25m00s～29m00s7)55m00s～59m00sUT1时号(4分钟)UTC和UT1时号均采用1KHz的标准音频调制，起始时刻为正弦波的零相位，UTC时号包含10ms的秒时号和300ms的分时号，UT1包含100ms的秒时号和300ms的分时号，具体格式如下所示：式中，m(t)为发播时号信号，f0频率1KHz；BPM呼号在每小时的59m00s～00m00s和29m00s～30m00s发播，前40s为莫尔斯电码：—····――·——，后20s为女声普通话语音广播：BPM标准时间标准频率发波台。同时为避免与周边国家短波授时台(如日本的JTY和印度的ATA等授时台)的相互干扰，BPM的UTC时号超前UTC(NTSC)20ms发播。目前，基于全球卫星导航系统的定时终端使用比较广泛，但卫星导航系统存在信号功率低，容易受到遮挡和干扰等问题，因此短波授时仍作为重要授时手段使用。短波主要靠天波进行传播，传播信道属于变参信号，信号很容易受到电离层变化和其他无线电系统干扰的影响，且时号不是连续发播，接收信号时有时无。现在我国大部分用户使用的短波接收机依然是模拟技术，多数采用传统的超外差调谐的方式和分立元件构成，例如1987年范荣美、吕彩田、李为丰在论文中提出的《BPM定时仪研究》及国家授时中心研制的PO23BPM短波定时仪，这些设备存在结构复杂、精度低、数字化程度低、需要手动选择接收频点等问题。1988年范荣美在专利“中点检测技术及短波时号定时仪”中提出利用中点检测技术进行时号检测，其要求接收时号是对称的，且检测效率不高。随着数字化技术的发展和应用，出现了一些数字化短波接收手段，例如西安电子科技大学马卓、张伟、刘维、杜栓义在专利提出的“利用短波授时信号校准本地时钟的方法”利用傅里叶变化技术实现校准本地时钟，但需要根据发播程序确定接收信号时间。总结现有BPM定时终端，不同程度上存在自动化程度低、时号检测效率低、数字化程度不高、需要手动选择接收频点和调节信号增益等问题。因此研制多频点接收，全数字化接收，自动化程度高的BPM定时接收机，对我国BPM授时系统的建设和发展以及研制新型BPM定时接收机有着非常重要的意义。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种BPM多频点定时系统，采用全数字接收方式，在任何地点均可接收BPM短波授时信号，输出标准的UTC秒信号和分信号，具有多频点接收、自动化程度高、定时精度高、全数字化等特点，可满足我国BPM短波用户对BPM定时系统低成本和全自动的需求。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种BPM短波多频点定时系统，包括通道选择单元、解调搜索单元和定时输出单元。所述的通道选择单元接收BPM授时台发送的四个频点授时信号，实时计算出其中信号功率最大的一个频点授时信号，通过AD采样将各频点授时信号均变为固定载频点2.5MHz数字信号，然后经过带通滤波器送入解调搜索单元；所述的解调搜索单元对接收到的数字信号进行解调和低通滤波，得到两路1KHz的正交时号信号，将得到的正交时号信号与本地1KHz正交时号信号进行四路折叠匹配相关，相关结果求取平方和，经过相关延迟相减得到两个相关值峰，然后通过短时自适应门限方法计算出门限值，最后利用相关值和门限值对两个相关峰进行检测，得到两个相关峰最大值的位置送入定时输出模块；所述的定时输出单元首先通过信号相关峰的出现的位置和理论位置关系对信号进行识别，识别出UTC秒时号和分时号，接着将UTC秒时号进行滤波处理防止误判，滤波后结果进行时延计算得到UTC秒时号准确位置，通过UTC秒时号初始位置对本地秒信号进行同步，同时通过秒信号计数和识别的分时号对本地分信号进行同步。所述的通道选择单元包括时钟基准模块、采样时钟产生模块、AD采样模块、FIR带通滤波器模块、信号强度检测模块和通道选择模块；首先通道选择模块自动按顺序从四个频点中设置接收频点，给出通道号；时钟基准模块接收来自外部的时钟源，通过锁相环产生系统所需的工作时钟；采样时钟产生模块根据通道选择模块设定的通道号通过工作时钟分频产生四个频点的采样时钟，采样后各频点信号均为2.5MHz；AD采样模块通过采样时钟将所选频点的模拟信号转换成数字信号，完成对信号的采样、量化和编码；FIR带通滤波器模块对AD采样信号进行滤波，滤除带外噪声和干扰，并将滤波结果送入信号强度检测模块；信号强度检测模块通过快速傅里叶变化对接收信号进行计算，计算出对应通道号2.5MHz频点信号功率；最后，通道选择模块根据每一个频点信号功率判断四个频点中信号功率最大的一个作为系统接收信号；通道选择单元按照设定周期重复计算功率最大的信号。所述解调搜索单元包括解调模块、低通滤波器模块、相关延迟相减模块、自适应门限模块和自动搜索模块；解调模块使用本地ROM表中存储的一周2.5MHz正交载波与FIR滤波器输出信号进行混频，得到两路正交混频信号；低通滤波模块分别对两路正交混频信号进行滤波，滤除高频分量和噪声，得到两路1KHz正交时号信号，并通过累加平均的方式进行降采样；相关延迟相减模块采用四路折叠匹配相关器将两路1KHz正交信号与本地ROM表中存储的10ms正交1KHz信号分别进行匹配相关得到四个相关值，匹配相关时长为10ms，将四个相关值平方和相加后得到相关值R(t)，相关值R(t)延迟10ms得到延迟相关值R(t+10ms)，通过相减R(t)-R(t+10ms)得到相关延迟相减结果R′(t)；自适应门限模块按照设定周期对相关延迟相减结果R′(t)累加求平均计算出信号检测的门限值，平均结果乘以8得到动态自适应门限V；自动搜索模块在时钟的驱动下计数作为搜索基准计数，通过比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BPM短波多频点定时系统，包括通道选择单元、解调搜索单元和定时输出单元，其特征在于：所述的通道选择单元接收BPM授时台发送的四个频点授时信号，实时计算出其中信号功率最大的一个频点授时信号，通过AD采样将各频点授时信号均变为固定载频点2.5MHz数字信号，然后经过带通滤波器送入解调搜索单元；所述的解调搜索单元对接收到的数字信号进行解调和低通滤波，得到两路1KHz的正交时号信号，将得到的正交时号信号与本地1KHz正交时号信号进行四路折叠匹配相关，相关结果求取平方和，经过相关延迟相减得到两个相关值峰，然后通过短时自适应门限方法计算出门限值，最后利用相关值和门限值对两个相关峰进行检测，得到两个相关峰最大值的位置送入定时输出模块；所述的定时输出单元首先通过信号相关峰的出现的位置和理论位置关系对信号进行识别，识别出UTC秒时号和分时号，接着将UTC秒时号进行滤波处理防止误判，滤波后结果进行时延计算得到UTC秒时号准确位置，通过UTC秒时号初始位置对本地秒信号进行同步，同时通过秒信号计数和识别的分时号对本地分信号进行同步。

【技术特征摘要】
1.一种BPM短波多频点定时系统，包括通道选择单元、解调搜索单元和定时输出单元，其特征在于：所述的通道选择单元接收BPM授时台发送的四个频点授时信号，实时计算出其中信号功率最大的一个频点授时信号，通过AD采样将各频点授时信号均变为固定载频点2.5MHz数字信号，然后经过带通滤波器送入解调搜索单元；所述的解调搜索单元对接收到的数字信号进行解调和低通滤波，得到两路1KHz的正交时号信号，将得到的正交时号信号与本地1KHz正交时号信号进行四路折叠匹配相关，相关结果求取平方和，经过相关延迟相减得到两个相关值峰，然后通过短时自适应门限方法计算出门限值，最后利用相关值和门限值对两个相关峰进行检测，得到两个相关峰最大值的位置送入定时输出模块；所述的定时输出单元首先通过信号相关峰的出现的位置和理论位置关系对信号进行识别，识别出UTC秒时号和分时号，接着将UTC秒时号进行滤波处理防止误判，滤波后结果进行时延计算得到UTC秒时号准确位置，通过UTC秒时号初始位置对本地秒信号进行同步，同时通过秒信号计数和识别的分时号对本地分信号进行同步。2.根据权利要求1所述的BPM短波多频点定时系统，其特征在于：所述的通道选择单元包括时钟基准模块、采样时钟产生模块、AD采样模块、FIR带通滤波器模块、信号强度检测模块和通道选择模块；首先通道选择模块自动按顺序从四个频点中设置接收频点，给出通道号；时钟基准模块接收来自外部的时钟源，通过锁相环产生系统所需的工作时钟；采样时钟产生模块根据通道选择模块设定的通道号通过工作时钟分频产生四个频点的采样时钟，采样后各频点信号均为2.5MHz；AD采样模块通过采样时钟将所选频点的模拟信号转换成数字信号，完成对信号的采样、量化和编码；FIR带通滤波器模块对AD采样信号进行滤波，滤除带外噪声和干扰，并将滤波结果送入信号强度检测模块；信号强度检测模块通过快速傅里叶变化对接收信号进行计算，计算出对应通道号2.5MHz频点信号功率；最后，通道选择模块根据每一个频点信号功率判断四个频点中信号功率最大的一个作为系统接收信号；通道选择单元按照设定周期重复计算功率最大的信号。3.根据权利要求1所述的BPM短波多频点定时系统，其特征在于：所述解调搜索单元包括解调模块、低通滤波器模块、相关延迟相减模块、自适应门限模块和自动搜索模块；解调模块使用本地ROM表中存储的一周2.5MHz正交载波与FIR滤波器输出信号进行混频，得到两路正交混频信号；低通滤波模块分别对两路正交混频信号进行滤波，滤除高频分量和噪声，得到两路1KHz正交时号信号，并通过累加平均的方式进行降采样；相关延迟相减模块采用四路折叠匹配相关器将两路1KHz正交信号与本地ROM表中存储的10ms正交1KHz信号分别进行匹配相关得到四个相关值，匹配相关时长为10ms，将四个相关值平方和相加后得到相关值R(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫温合，袁江斌，赵坤娟，李实锋，华宇，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61