一种便携式自校准授时装置及授时方法制造方法及图纸

一种便携式高精度授时装置及授时方法包括一种授时终端系统(简称系统)和一种授时终端自校准方法(简称方法)；系统包括控制与信号处理模块、频率源模块、人机交互模块、电源模块、接口模块；方法包括：1)将授时终端系统A与待授时设备B的接口模块互连；2)授时终端系统A与待授时设备B作为Master和Slave终端，各输出T个秒脉冲；3)待授时设备B修正脉冲沿；4)待授时设备B基于本地时钟计算与授时终端系统A计数T秒的时间差；5)重复4)M次并对M次频率差取平均，再进行频率偏差补偿。本发明专利技术具有结构简单、成本低、界面友好、升级方便、不依赖外界频率源且授时精度高等优点，校准后的设备授时信号日稳定度＜±1ppb。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种便携式高精度授时装置及授时方法包括一种授时终端系统(简称系统)和一种授时终端自校准方法(简称方法)；系统包括控制与信号处理模块、频率源模块、人机交互模块、电源模块、接口模块；方法包括：1)将授时终端系统A与待授时设备B的接口模块互连；2)授时终端系统A与待授时设备B作为Master和Slave终端，各输出T个秒脉冲；3)待授时设备B修正脉冲沿；4)待授时设备B基于本地时钟计算与授时终端系统A计数T秒的时间差；5)重复4)M次并对M次频率差取平均，再进行频率偏差补偿。本专利技术具有结构简单、成本低、界面友好、升级方便、不依赖外界频率源且授时精度高等优点，校准后的设备授时信号日稳定度＜±1ppb。【专利说明】
本专利技术涉及，属于精确授时

技术介绍
〃授时〃("time service")是指确定、保持某种时间尺度，通过一定方式把这种尺度的时间信息传送出去，供应用者使用的一整套工作。高精度时间基准是通信、电力、银行、证券、税收、工业、商务以及国防建设等领域重要的基础保障平台之一，为计算机网络、计算机应用系统、信息系统、通信系统、流程控制管理、特种设备等提供精准的标准时间信号，最终可以为用户大幅度的提高系统或设备的运行品质和管理品质。精确的时间同步对于涉及国家经济社会安全的诸多关键基础设施至关重要，通信系统、电力系统、金融系统的有效运行都依赖于高精度时间同步。目前常用的授时手段有短波授时、长波授时、卫星授时、互联网和电话授时等。在需要使用便携授时终端的应用场景下，基于GPS或“北斗”等卫星定位系统提供的授时服务目前最为流行。在授时精度上，基于GPS或北斗系统的授时设备精度可以达到纳秒级别。其他上述提到的授时手段也都依赖于外部授时系统，通过无线电波、电信网络等进行授时。但是在一些特殊的使用场景下，由于信号屏蔽和保密需要等多种原因，以上通过卫星、互联网和无线电信号进行授时的手段并不适用。需要完全依靠授时终端自身的频率源实现授时。为了达到授时精度，使不同授时终端统一时基，需要在使用前对授时终端的输出信号的频率进行校准和补偿，使其频率稳定度满足精度要求，授时终端输出的信号脉冲与基准脉冲完全对齐。这种校准和补偿的过程称为“训练”。
技术实现思路
本专利技术为了克服目前常用的授时设备依赖外部时基进行授时，在信号屏蔽的情况下无法工作的不足，提出了一种便携式高精度授时装置及授时方法。—种便携式高精度授时装置及授时方法，包括一种授时终端系统(简称系统)和一种授时终端自校准方法(简称方法);—种授时终端系统，简称授时终端系统，包括控制与信号处理模块、频率源模块、人机交互模块、电源模块、接口模块；其中，控制与信号处理模块又主要由FPGA、单片机MCU、纽扣电池及外围控制电路构成；频率源模块由晶振及晶振外部电路构成;人机交互模块由输入设备和输出设备组成；电源模块主要由充电电池、充电电路、电平转换电路及稳压电路组成;接口模块包括与被授时设备接口以及授时装置间训练接口 ；在低成本条件下，人机交互模块中的输入设备为按键、输出设备为LED指示灯;在高成本条件下，输入设备和输出设备均为触控液晶屏；—种授时终端系统内部各组成部分的连接关系为:控制与信号处理模块的FPGA和单片机M⑶相连，具体通过PCB电路板上的信号连接线相连;频率源模块和控制与信号处理模块相连;人机交互模块和控制与信号处理模块相连;控制与信号处理模块与接口模块相连;电源模块分别和控制与信号处理模块、人机交互模块、接口模块以及频率源模块相连;一种授时终端系统与被授时设备相连;接口模块与被授时设备或另一台授时终端系统相连;纽扣电池与控制与处理模块的单片机MCU相连；—种授时终端系统中各个组成模块的功能如下:控制与信号处理模块以频率源模块提供的高稳定度时钟作为参考，产生高精度的授时脉冲信号;与此同时，控制与信号处理模块处理人机交互模块提供的各种控制指令，实现授时与校准为主的功能;FPGA的功能主要是处理授时脉冲信号，校准信号和外部设备或人机交互模块输入的授时命令，单片机的功能主要是管理电源模块和产生全局时间信号；频率源模块稳定度依被授时设备的授时精度要求及晶振稳定度而定；人机交互模块的功能是实现使用者与授时终端系统之间的交互;输入设备的功能是接收用户输入的控制命令并传输给授时终端系统中的控制与信号处理模块控制相应模块实现相应的功能;输出设备的功能是显示授时终端的自身状态；接口模块的功能是实现与被授时设备接口兼容以及与被授时设备的电气特性和数据链路层通信协议物理匹配，将控制与信号处理模块输出的授时脉冲信号发送给被授时设备，并接收被授时设备的各种控制命令;授时装置间训练接口的功能是用于两台授时设备之间的通信，并实现自校准功能；电源模块的功能是为工作过程中的一种授时终端系统的各模块供电，供电模式有直流电源供电和电池供电两种;充电电路的功能是对充电电池进行充电；电平转换电路的功能是将充电电池输出的固定电平转换成各个模块所需要的电平;稳压电路的功能是减小电源纹波;纽扣电池的功能是为单片机MCU内部的实时时钟系统供电，使得一种授时终端系统在电源模块关闭之后，仍能保持记录系统的绝对时间信息，此绝对时间信息包括年、月、曰、时、分以及秒;在收到被授时设备发送的绝对时间请求信号时，可以提供绝对时间授时服务；一种授时终端自校准方法，具体通过以下步骤实现:步骤一、将授时终端系统A的接口模块与待授时设备B的接口模块互连；所述的授时终端系统A是一种授时终端系统；所述的待授时设备B可以是与授时终端系统A相同的一种授时终端系统也可以是其他被授时设备；步骤二、授时终端系统A作为Master终端，其晶振输出一个T秒的授时训练脉冲，也输出T个秒脉冲作为授时训练脉冲;与此同时，待授时设备B作为Slave终端，也输出T个秒脉冲；其中，T的范围为64到1024，且T为2的整数次方；其中，待授时设备B输出的T个秒脉冲与授时终端系统A输出T秒授时脉冲彼此独立；步骤三、待授时设备B根据授时终端系统A输出的授时训练脉冲修正自己的脉冲沿，使得待授时设备B的输出脉冲和授时终端系统A的输出脉冲起始沿对齐；步骤四、待授时设备B基于本地时钟的两个计数器，计算与授时终端系统A的计数偏差，再进一步计算出时间差S;具体为:待授时设备B基于本地时钟分别使用counterl和counter2对接收到的授时终端系统A发出的授时训练脉冲和自身输出的秒脉冲进行计数，每隔T秒统计counterl和counter2中的计数值，并记录计数值之间的差距除以时钟频率，得出两者counter I和counter2计数结果的时间差δ ；步骤五、重复步骤四M次，再对待授时设备BM次测量的δ取平均，作为待授时设备B和授时终端系统A之间的频率偏差，将其补偿到自身输出的授时脉冲信号后即完成对待授时设备B的训练过程；其中，M的取值范围为3次到10次；至此，从步骤一到步骤五完成了一种授时终端自校准方法。有益效果本专利技术，与现有授时装置与授时方法相比，具有如下有益效果:1.本专利技术中所提的授时终端系统具有结构简单、开发成本低以及授时精度高的特点；2.本专利技术能够不依赖外界频率源的情况下实现高精度授时，适用于无法使用卫星、网络和无线电进行授时的环境；3.本专利技术具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式高精度授时装置及授时方法，其特征在于：包括一种授时终端系统和一种授时终端自校准方法；一种授时终端系统，简称授时终端系统，包括控制与信号处理模块、频率源模块、人机交互模块、电源模块、接口模块；其中，控制与信号处理模块又主要由FPGA、单片机MCU、纽扣电池及外围控制电路构成；频率源模块由晶振及晶振外部电路构成；人机交互模块由输入设备和输出设备组成；电源模块主要由充电电池、充电电路、电平转换电路及稳压电路组成；接口模块包括与被授时设备接口以及授时装置间训练接口；在低成本条件下，人机交互模块中的输入设备为按键、输出设备为LED指示灯；在高成本条件下，输入设备和输出设备均为触控液晶屏。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张烁，张春侠，王帅，方金辉，宋哲，林金勇，董文杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11