一种北斗卫星授时系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种北斗卫星授时系统及其方法。本发明专利技术能够读取北斗卫星时间信号利用LED点阵显示屏实时稳定显示，并对无线网络中网络设备进行网络授时。本发明专利技术使用北斗和GPS双模导航模块对卫星导航电文进行接收，通过现场可编程门阵列模块对北斗是否定位成功判断，进行世界标准时间提取和转换，并进行点阵显示屏时间显示；微控制单元判断是否接收网络授时或调整点阵亮度请求，如果是，则对无线网络中传输的网络时间协议报文添加时间信息进行网络授时或对点阵选通时间的调节调整亮度，否则继续判断。本发明专利技术不仅实现了授时LED点阵显示，而且实现了网络授时功能，应用范围广且系统稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种北斗卫星授时系统及其方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及授时
中的一种北斗卫星授时系统及其方法。本专利技术利用现场可编程门阵列FPGA、微控制单元MCU和北斗卫星授时系统及其方法，可以实现在北斗卫星信号有效范围内进行实时授时显示。
技术介绍
随着社会生产力和科学技术的飞速发展，时间同步的应用也越来越广泛，利用北斗接收机对北斗卫星时间信号提取并显示可以实现对系统时间的同步，这个方法需要利用到授时技术。西安交通大学申请的专利“基于BD/GPS双模授时的时间同步装置”(专利申请号201110118283.6，公开号CN102339016A)中公开了一种基于BD/GPS双模授时的时间同步装置。该装置中的铷钟X72的频率输出引脚同与门的输入引脚连接，与门的输出引脚与CPLD的输入引脚连接，时间间隔测量仪TDC-GP2芯片的输出端通过SPI端口与DSP连接，DSP与铷钟之间通过RS232串口连接，BD/GPS双模接收机输出的1pps信号输出端与时间间隔测量仪TDC-GP2芯片连接，BD/GPS双模接收机的RS232端口与DSP相连。该装置结构简单，稳定性好，还可以自适应切换授时模式，而且在不损失精度的前提下，降低了成本，简化了系统结构，增强了稳定性。但是，该专利仍然存在的不足之处是：1、该装置虽然具有授时功能但是不具备网络授时功能，互联性比较低，不利于与具有网络功能的设备进行通信，应用范围小。2、该装置未对授时时间进行显示，不直观。上海电机学院申请的专利“一种基于FPGA提取北斗卫星时间信息的系统及方法”(专利申请号201410155441.9，公开号CN103901771A)中公开了一种基于FPGA提取北斗卫星时间信息的系统及方法。该系统的北斗接收机的串口与现场可编程门阵列FPGA串口连接，现场可编程门阵列FPGA中的双端口随机存取存储器RAM与时间提取模块连接，时间提取模块与时间转换模块连接。但是，该专利的系统仍然存在的不足之处是：该专利虽然实现了授时功能但未将时间予以显示，并且系统不具备网络授时功能，应该范围受限。该方法中通过现场可编程门阵列FPGA对北斗卫星中世界标准时间的提取以及对世界标准时间向北京时间的转换，实现了授时目的。但是，该专利的方法仍然存在的不足之处是：该方法在北斗信号微弱的环境中可导致授时错误，系统稳定性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种北斗导航授时系统以及方法，通过使用北斗和GPS双模导航模块，接收卫星导航电文解码得到卫星信息，现场可编程门阵列模块对解码到的卫星信息中的北斗定位符号位是否为0的判断，选择对北斗或全球定位系统输出的信息进行世界标准时间提取及加八小时转换，最终实现在LED点阵显示屏实时显示，同时转换后的时间传输给微控制单元MCU，使用无线网络wifi模块，实现对无线网络中的网络设备的授时，系统的互联性比较高且LED点阵显示屏的实时显示更加直观，便于对系统查错。通过使用该系统，用户可以得到准确的授时时间。本专利技术的北斗导航授时系统，包括北斗和GPS双模导航模块、现场可编程门阵列FPGA控制模块、LED点阵显示模块、微控制单元MCU模块、315MHz无线发送模块、315MHz无线接收模块、无线网络wifi模块以及无线网络中的网络设备；所述的北斗和GPS双模导航模块与现场可编程门阵列FPGA控制模块通过异步串行通用UART接口连接；所述的现场可编程门阵列FPGA与LED点阵显示模块通过输入输出GPIO接口连接；所述的微控制单元MCU模块分别与315MHz无线接收模块、现场可编程门阵列FPGA模块通过输入输出GPIO接口连接；所述的无线网络wifi模块与微控制单元MCU模块通过异步串行通用UART接口连接；所述的无线网络中的网络设备与微控制单元MCU模块通过无线网络连接；其中：所述的北斗和GPS双模导航模块，用于读取北斗和GPS双模导航模块的天线接收到的卫星导航电文，并将接收到的卫星导航电文经解码得到卫星信息；所述的现场可编程门阵列FPGA模块，用于通过判断接收到的卫星信息中的北斗定位符号是否0，选择提取卫星信息中的北斗或全球定位系统输出的信息中满足世界标准的时间信息再进行加八小时转换，并将转换后的时间信息存储到现场可编程门阵列FPGA模块内的双端口随机存取存储器RAM中，控制LED点阵显示模块的实时显示，以及完成与微控制单元MCU模块中双端口随机存取存储器RAM之间时间信息的传输，对LED点阵显示屏通过逐行扫描点亮；所述的LED点阵显示模块，用于接收来自现场可编程门阵列FPGA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的时间信息，并通过现场可编程门阵列FPGA模块对LED点阵显示屏的逐行扫描进行实时LED点阵时间的显示；所述的微控制单元MCU，用于接收315MHz无线发送模块的LED点阵显示屏亮度调节请求，并完成与现场可编程门阵列FPGA中双端口随机存取存储器RAM内存储时间信息之间的传输，并在报文中加入报文到达微控制单元MCU模块时现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的当前时间T2和报文离开微控制单元MCU模块时现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的当前时间T3；所述的315MHz无线发送模块，用于发送LED点阵显示屏亮度调节请求；所述的315MHz无线接收模块，用于接收315MHz无线发送模块发送的增加或减少LED点阵显示屏亮度指令；所述的无线网络wifi模块，用于传送无线网络中网络设备的授时请求和网络时间协议NTP报文；所述的无线网络中的网络设备，包括网络传输单元和实时时钟RTC；网络传输单元用于发送与接收网络时间协议NTP报文，并计算现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内的时间与无线网络中的网络设备的时间之间的偏差t；实时时钟RTC用于产生无线网络中的网络设备的时间。本专利技术方法的具体步骤如下：(1)获取卫星信息：北斗和GPS双模导航模块读取北斗和GPS双模导航模块天线接收的卫星导航电文后，对接收到的卫星导航电文进行解码，得到卫星信息；(2)提取世界标准的时间信息：(2a)卫星信息通过异步串行通用UART接口传入现场可编程门阵列FPGA模块；(2b)现场可编程门阵列FPGA模块提取满足世界标准的时间信息；(3)转换时间信息：现场可编程门阵列FPGA模块对提取的满足世界标准的时间信息中进行加八小时转换，并将转换后的时间信息存储到现场可编程门阵列FPGA模块内的双端口随机存取存储器RAM中；(4)LED点阵显示：LED点阵显示模块接收来自现场可编程门阵列FPGA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的时间信息，并通过现场可编程门阵列FPGA模块对LED点阵显示屏通过逐行点亮的扫描方式进行实时时间的显示；(5)判断是否接收到调整LED点阵显示屏亮度请求，如果是，执行步骤(7)，否则，执行步骤(4)；(6)判断是否接收到无线网络中的网络设备的授时请求，如果是，执行步骤(8)，否则，执行步骤(4)；(7)调节LED点阵显示屏亮度：(7a)315MHz无线接收模块接收315MHz无线发送模块发送的增加或减少LED点阵显示屏亮度指令，微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北斗卫星授时系统，包括北斗和GPS双模导航模块、现场可编程门阵列FPGA控制模块、LED点阵显示模块、微控制单元MCU模块、315MHz无线发送模块、315MHz无线接收模块、无线网络wifi模块以及无线网络中的网络设备；所述的北斗和GPS双模导航模块与现场可编程门阵列FPGA控制模块通过异步串行通用UART接口连接；所述的现场可编程门阵列FPGA与LED点阵显示模块通过输入输出GPIO接口连接；所述的微控制单元MCU模块分别与315MHz无线接收模块、现场可编程门阵列FPGA模块通过输入输出GPIO接口连接；所述的无线网络wifi模块与微控制单元MCU模块通过异步串行通用UART接口连接；所述的无线网络中的网络设备与微控制单元MCU模块通过无线网络连接；其中：所述的北斗和GPS双模导航模块，用于读取北斗和GPS双模导航模块的天线接收到的卫星导航电文，并将接收到的卫星导航电文经解码得到卫星信息；所述的现场可编程门阵列FPGA模块，用于通过判断接收到的卫星信息中的北斗定位符号是否0，选择提取卫星信息中的北斗或全球定位系统输出的信息中满足世界标准的时间信息并进行加八小时转换，并将转换后的时间信息存储到现场可编程门阵列FPGA模块内的双端口随机存取存储器RAM中，控制LED点阵显示模块的实时显示，以及完成与微控制单元MCU模块中双端口随机存取存储器RAM之间时间信息的传输，对LED点阵显示屏通过逐行扫描点亮；所述的LED点阵显示模块，用于接收来自现场可编程门阵列FPGA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的时间信息，并通过现场可编程门阵列FPGA模块对LED点阵显示屏的逐行扫描进行实时LED点阵时间的显示；所述的微控制单元MCU，用于接收315MHz无线发送模块的LED点阵显示屏亮度调节请求，并完成与现场可编程门阵列FPGA中双端口随机存取存储器RAM内存储时间信息之间的传输，并在报文中加入报文到达微控制单元MCU模块时现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的当前时间T2和报文离开微控制单元MCU模块时现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的当前时间T3；所述的315MHz无线发送模块，用于发送LED点阵显示屏亮度调节请求；所述的315MHz无线接收模块，用于接收315MHz无线发送模块发送的增加或减少LED点阵显示屏亮度指令；所述的无线网络wifi模块，用于传送无线网络中网络设备的授时请求和网络时间协议NTP报文；所述的无线网络中的网络设备，包括网络传输单元和实时时钟RTC；网络传输单元用于发送与接收网络时间协议NTP报文，并计算现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内的时间与无线网络中的网络设备的时间之间的偏差t；实时时钟RTC用于产生无线网络中的网络设备的时间。...

【技术特征摘要】
1.一种北斗卫星授时系统，包括北斗和GPS双模导航模块、现场可编程门阵列FPGA控制模块、LED点阵显示模块、微控制单元MCU模块、315MHz无线发送模块、315MHz无线接收模块、无线网络wifi模块以及无线网络中的网络设备；所述的北斗和GPS双模导航模块与现场可编程门阵列FPGA控制模块通过异步串行通用UART接口连接；所述的现场可编程门阵列FPGA与LED点阵显示模块通过输入输出GPIO接口连接；所述的微控制单元MCU模块分别与315MHz无线接收模块、现场可编程门阵列FPGA模块通过输入输出GPIO接口连接；所述的无线网络wifi模块与微控制单元MCU模块通过异步串行通用UART接口连接；所述的无线网络中的网络设备与微控制单元MCU模块通过无线网络连接；其中：所述的北斗和GPS双模导航模块，用于读取北斗和GPS双模导航模块的天线接收到的卫星导航电文，并将接收到的卫星导航电文经解码得到卫星信息；所述的现场可编程门阵列FPGA模块，用于通过判断接收到的卫星信息中的北斗定位符号是否0，选择提取卫星信息中的北斗或全球定位系统输出的信息中满足世界标准的时间信息并进行加八小时转换，并将转换后的时间信息存储到现场可编程门阵列FPGA模块内的双端口随机存取存储器RAM中，控制LED点阵显示模块的实时显示，以及完成与微控制单元MCU模块中双端口随机存取存储器RAM之间时间信息的传输，对LED点阵显示屏通过逐行扫描点亮；所述的LED点阵显示模块，用于接收来自现场可编程门阵列FPGA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的时间信息，并通过现场可编程门阵列FPGA模块对LED点阵显示屏的逐行扫描进行实时LED点阵时间的显示；所述的微控制单元MCU，用于接收315MHz无线发送模块的LED点阵显示屏亮度调节请求，并完成与现场可编程门阵列FPGA中双端口随机存取存储器RAM内存储时间信息之间的传输，并在报文中加入报文到达微控制单元MCU模块时现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的当前时间T2和报文离开微控制单元MCU模块时现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内存储的当前时间T3；所述的315MHz无线发送模块，用于发送LED点阵显示屏亮度调节请求；所述的315MHz无线接收模块，用于接收315MHz无线发送模块发送的增加或减少LED点阵显示屏亮度指令；所述的无线网络wifi模块，用于传送无线网络中网络设备的授时请求和网络时间协议NTP报文；所述的无线网络中的网络设备，包括网络传输单元和实时时钟RTC；网络传输单元用于发送与接收网络时间协议NTP报文，并计算现场可编程门阵列FGPA模块中的双端口随机存取存储器RAM单元内的时间与无线网络中的网络设备的时间之间的偏差t；实时时钟RTC用于产生无线网络中的网络设备的时间。2.一种北斗卫星授时方法，其具体步骤如下：(1)获取卫星信息：北斗和GPS双模导航模块读取北斗和GPS双模导航模块天线接收的卫星导航电文后，对接收到的卫星导航电文进行解码，得到卫星信息；(2)提取世界标准的时间信息：(2a)卫星信息通过异步串行通用UART接口传入现场可编程门阵列FPGA模块；(2b)现场可编程门阵列FPGA模块提取满足世界标准的时间信息；(3)转换时间信息：现场可编程门阵列FPGA模块对提取的满足世界标准的时间信息中进行加八小时转换，并将转换后的时间信息存储到现场可编程门阵列FPGA模块内的双端口随机存取存储器RAM中；(4)LED点阵显示：LE...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜建超，韩宝金，王庆磊，唐华敏，肖嵩，李卫斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61