一种基于GNSS的同步计算和授时控制的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于分布式仿真中基于GNSS的同步计算时序生成、触发和授时控制的装置与方法。所述的控制装置包括电连接的微处理器模块、GNSS模块、级联模块、同步信号选择模块、同步信号输出模块、外同步信号调理模块、工作模式配置模块、网络通信模块、编程模块和电源模块。所述的同步计算和授时控制方法，依赖于发明专利技术的控制装置，为通过串行通讯端口连接的各仿真节点计算机提供了一种同源、高精度的时序触发信号、串口精确授时和网络组播授时控制，来驱动各仿真节点的同步计算和系统时间一致性校对，支持异地组网条件下大型分布式仿真系统的同步计算和校时控制。

A Device and Method of Synchronized Computing and Timing Control Based on GNSS

The invention discloses a device and method for generating, triggering and timing control of synchronous computing time series based on GNSS in distributed simulation. The control device includes an electrically connected microprocessor module, a GNSS module, a cascade module, a synchronous signal selection module, a synchronous signal output module, an external synchronous signal conditioning module, a mode configuration module, a network communication module, a programming module and a power supply module. The synchronous calculation and timing control method described in this paper relies on the control device invented. It provides a homologous and high-precision timing trigger signal, serial precise timing and network multicast timing control for the simulation node computers connected through serial communication ports to drive the synchronous calculation of each simulation node and the time consistency checking of the system, and supports large-scale simulation node computers under the condition of remote networking. Synchronization calculation and timing control of distributed simulation system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS的同步计算和授时控制的装置与方法
本专利技术属于分布式仿真
，具体是指一种用于分布式仿真中基于硬件的同步计算时序生成、触发和授时控制的装置与方法，特别是适用于组网条件下大型分布式仿真系统的同步计算和授时控制。
技术介绍
对于大型分布式仿真系统，时序同步和时间管理是实现正确仿真逻辑的关键和难点，尤其是对组网条件下的飞行模拟训练实时仿真系统来说，必须保证各仿真节点计算时序的同步性和时间的一致性，才能实现各仿真模型的正确交互和同步推进，避免诸如大机动飞行条件下视景图像或目标显示抖动等问题。目前，为了解决各仿真节点的同步推进，主要有三种解决方案：一是软件同步方法，完全利用软件完成分布式仿真系统中各时钟的同步，但这种软件进行同步的工作量很大，且节点间的同步偏差容易积累，更重要的是，同步信息在广域网上传输时延迟大，且有很大的不确定性，这会使软件同步的效果不理想，CN103763377B就是一种基于以太网的软同步方法；二是硬件同步方法，硬件同步往往是借助于全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)来实现，通常根据实时性约束条件选择以太网或反射内存网来发送时序信号，基于以太网的同步同样存在时延的不确定性，而基于反射内存网则存在硬件成本较高的缺点；三是分层式混合的同步方法，采用硬件和软件同步一起工作来实现节点间的时钟同步，即选择某一个节点作为时间管理主机，并在时间管理主机上引入一个GNSS接收机，在不同局域网中的时间管理主机就可以通过GNSS的时间信号实现同步，在每一个局域网内部，各节点通过软件实现与该局域网中的时间管理主机同步。CN102201907B就是通过未引入GNSS接收机的心跳服务器向各仿真节点发送同步信息，存在的主要缺点是同步信息的延迟不确定性，不适合组网条件下大型分布式仿真系统的同步控制。CN1749916A则是通过计算机的两个COM口实现了基于GPS秒脉冲信号的精确时间对准，没有用于多台计算机的同步计算时序信号的生成。各仿真节点计算机通常都具有9针串行通讯端口(满足EIA-RS-232C标准)，该串行通讯端口的数据载波检测(DataCarrierDetect，DCD)、数据发送就绪(DataSendReady，DSR)、清除发送(ClearToSend，CTS)和振铃指示(RingIndicator，RI)引脚可以采集外部的输入控制信号，接收数据(ReceivedData，RXD)引脚可以接收串行通信数据，从而在仿真节点计算机上引起相对应的串口中断事件并可进行数据接收，这需要运行在仿真节点计算机上的软件进行正确的设置。本专利技术属于基于GNSS的硬件同步方法，是通过各仿真节点计算机的串行通讯端口引入同源、高精度的时序触发信号，来驱动各仿真节点的同步计算，克服了通过以太网进行同步的时延不确定性，并且不需要各仿真节点计算机安装专门的同步硬件板卡，支持异地组网条件下大型分布式仿真系统的同步计算和校时控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于分布式仿真系统中基于GNSS的同步计算和授时控制的装置与方法，通过仿真节点计算机的串行通讯端口引入时序触发信号，并通过以太网UDP组播的方式进行授时，满足分布式仿真系统中各节点计算机周期性仿真计算的同步驱动和系统时间的校对。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术中的一种基于GNSS的同步计算和授时控制装置，其特征在于，所述控制装置包括电连接的微处理器模块(M1)、GNSS模块(M2)、级联模块(M3)、同步信号选择模块(M4)、同步信号输出模块(M5)、外同步信号调理模块(M6)、工作模式配置模块(M7)、网络通信模块(M8)、编程模块(M9)和电源模块(M10)。模块M1，所述微处理器模块，根据输入的同步源信号产生自同步信号(X3)，实现控制装置的同步信号输出切换控制，根据接收的网络控制数据实现控制装置输出的同步信号频率设置、授时数据时间间隔设置和GNSS模块(M2)工作状态控制。所述微处理器模块(M1)输入的同步源信号包括GNSS模块(M2)输出的卫星同步信号(X1)、级联模块(M3)输出的从同步信号(X2)和外同步信号调理模块(M6)输出的外同步信号(X4)。所述微处理器模块(M1)的同步信号输出切换控制是根据测量输入的同步源信号频率值来实现卫星同步信号(X1)和自同步信号(X3)输出的切换控制、从同步信号(X2)和自同步信号(X3)输出的切换控制以及外同步信号(X4)和自同步信号(X3)输出的切换控制。切换控制为当微处理器模块(M1)未检测到卫星同步信号(X1)、从同步信号(X2)或外同步信号(X4)时，会切换为输出自同步信号(X3)，当又检测到卫星同步信号(X1)、从同步信号(X2)或外同步信号(X4)存在时，会从输出自同步信号(X3)再切换为输出卫星同步信号(X1)、从同步信号(X2)或外同步信号(X4)。所述是否能够检测到同步源信号，是根据测量输入的同步源信号的频率值来决定的，当连续3次测量的频率值均等于0时，则为未检测到同步源信号，当连续3次测量的频率值相等且均大于0时，则为检测到同步源信号。所述微处理器模块(M1)的同步信号频率设置包括GNSS模块(M2)输出的卫星同步信号(X1)的频率设置和微处理器模块(M1)通过内部定时器输出的自同步信号(X3)的频率设置。所述微处理器模块(M1)的授时数据时间间隔设置包括RS-232C串口授时数据(D1)输出的时间间隔设置、RS-232C秒脉冲信号(X9)输出的时间周期设置和UDP组播输出授时数据(D3)的时间间隔设置。所述微处理器模块(M1)输出的自同步信号(X3)为微处理器模块(M1)内部定时器产生的频率可调的定时信号。微处理器模块(M1)测量当前的同步源信号(X1或X2或X4)频率并调节内部的定时器输出频率一致的自同步信号(X3)，当未检测到同步源信号(X1或X2或X4)时，则自同步信号(X3)的频率值由接收的网络控制数据进行设定。微处理器模块(M1)内部包括定时器、存储器和若干串行通信端口，接收输入的同步信号、配置状态、授时数据和网络控制数据，输出自同步信号(X3)、选择和选通控制信号、授时数据和GNSS模块(M2)工作状态控制数据。微处理器模块(M1)的若干串行通信端口分别通过串口A连接编程模块用于调试和下载编程数据，通过串口B连接内部的存储器实现存储数据传输，通过串口C连接级联模块(M3)实现授时数据的收发，通过串口D连接GNSS模块(M2)实现卫星授时数据和GNSS模块(M2)工作状态控制数据的收发。微处理器模块(M1)根据工作模式配置状态实现控制装置Master和Slave两种工作模式的选择。微处理器模块(M1)在Master工作模式下，通过串口D接收来自于GNSS模块(M2)输出的卫星授时数据，在Slave工作模式下，通过串口C接收来自于级联模块(M3)输出的授时数据。微处理器模块(M1)在Master工作模式下，通过串口C输出授时数据给级联模块(M3)和同步信号输出模块(M5)，在Slave工作模式下，仅通过串口C输出授时数据给同步信号输出模块(M5)。模块M2，所述GNSS模块，连接微处理器模块(M1)实现卫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GNSS的同步计算和授时控制装置，其特征在于：包括电连接的微处理器模块(M1)、GNSS模块(M2)、级联模块(M3)、同步信号选择模块(M4)、同步信号输出模块(M5)、外同步信号调理模块(M6)、工作模式配置模块(M7)、网络通信模块(M8)、编程模块(M9)和电源模块(M10)；所述微处理器模块(M1)，根据输入的同步源信号产生自同步信号(X3)，实现控制装置的同步信号输出切换控制，根据接收的网络控制数据实现控制装置输出的同步信号频率设置、授时数据时间间隔设置和GNSS模块(M2)工作状态控制；所述GNSS模块(M2)，连接微处理器模块(M1)实现卫星授时数据和GNSS模块(M2)工作状态控制数据的收发，输出卫星同步信号(X1)至微处理器模块(M1)和同步信号选择模块(M4)，输出秒脉冲信号(X5)至级联模块(M3)和同步信号输出模块(M5)；所述级联模块(M3)，连接微处理器模块(M1)实现授时数据的收发，通过2个级联接口(P1)实现RS‑485级联信号(X11)的收发；所述同步信号选择模块(M4)，接收微处理器模块(M1)的选择控制，将输入的卫星同步信号(X1)、从同步信号(X2)、自同步信号(X3)和外同步信号(X4)四种同步时序信号之一作为选中同步信号(X6)输出；所述同步信号输出模块(M5)，接收选中同步信号(X6)、秒脉冲信号(X5)和微处理器模块(M1)输出的授时数据(D2)，并转换为RS‑232C电平的同步信号(X8)、秒脉冲信号(X9)和串口授时数据(D1)输出到RS‑232C同步时序输出口(P2)，同时将选中同步信号(X6)经过驱动器后作为TTL同步信号(X7)输出到TTL同步信号输出口(P3)；所述外同步信号调理模块(M6)，接收微处理器模块(M1)的选通控制，将输入的外同步信号(X10)经信号调理后输出至微处理器模块(M1)和同步信号选择模块(M4)；所述工作模式配置模块(M7)，连接至微处理器模块(M1)，通过微处理器模块(M1)采集配置状态，设置控制装置处于Master或Slave工作模式；所述网络通信模块(M8)，连接至微处理器模块(M1)，通过网络接口(P4)接收网络控制数据，并输出UDP组播授时数据(D3)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS的同步计算和授时控制装置，其特征在于：包括电连接的微处理器模块(M1)、GNSS模块(M2)、级联模块(M3)、同步信号选择模块(M4)、同步信号输出模块(M5)、外同步信号调理模块(M6)、工作模式配置模块(M7)、网络通信模块(M8)、编程模块(M9)和电源模块(M10)；所述微处理器模块(M1)，根据输入的同步源信号产生自同步信号(X3)，实现控制装置的同步信号输出切换控制，根据接收的网络控制数据实现控制装置输出的同步信号频率设置、授时数据时间间隔设置和GNSS模块(M2)工作状态控制；所述GNSS模块(M2)，连接微处理器模块(M1)实现卫星授时数据和GNSS模块(M2)工作状态控制数据的收发，输出卫星同步信号(X1)至微处理器模块(M1)和同步信号选择模块(M4)，输出秒脉冲信号(X5)至级联模块(M3)和同步信号输出模块(M5)；所述级联模块(M3)，连接微处理器模块(M1)实现授时数据的收发，通过2个级联接口(P1)实现RS-485级联信号(X11)的收发；所述同步信号选择模块(M4)，接收微处理器模块(M1)的选择控制，将输入的卫星同步信号(X1)、从同步信号(X2)、自同步信号(X3)和外同步信号(X4)四种同步时序信号之一作为选中同步信号(X6)输出；所述同步信号输出模块(M5)，接收选中同步信号(X6)、秒脉冲信号(X5)和微处理器模块(M1)输出的授时数据(D2)，并转换为RS-232C电平的同步信号(X8)、秒脉冲信号(X9)和串口授时数据(D1)输出到RS-232C同步时序输出口(P2)，同时将选中同步信号(X6)经过驱动器后作为TTL同步信号(X7)输出到TTL同步信号输出口(P3)；所述外同步信号调理模块(M6)，接收微处理器模块(M1)的选通控制，将输入的外同步信号(X10)经信号调理后输出至微处理器模块(M1)和同步信号选择模块(M4)；所述工作模式配置模块(M7)，连接至微处理器模块(M1)，通过微处理器模块(M1)采集配置状态，设置控制装置处于Master或Slave工作模式；所述网络通信模块(M8)，连接至微处理器模块(M1)，通过网络接口(P4)接收网络控制数据，并输出UDP组播授时数据(D3)。2.根据权利要求1所述的基于GNSS的同步计算和授时控制装置，其特征在于：所述微处理器模块(M1)输入的同步源信号包括GNSS模块(M2)输出的卫星同步信号(X1)、级联模块(M3)输出的从同步信号(X2)和外同步信号调理模块(M6)输出的外同步信号(X4)。3.根据权利要求1所述的基于GNSS的同步计算和授时控制装置，其特征在于：所述微处理器模块(M1)的同步信号输出切换控制是根据测量输入的同步源信号频率值来实现卫星同步信号(X1)和自同步信号(X3)输出的切换控制、从同步信号(X2)和自同步信号(X3)输出的切换控制以及外同步信号(X4)和自同步信号(X3)输出的切换控制。4.根据权利要求1所述的基于GNSS的同步计算和授时控制装置，其特征在于：所述微处理器模块(M1)的同步信号频率设置包括GNSS模块(M2)输出的卫星同步信号(X1)的频率设置和微处理器模块(M1)通过内部定时器输出的自同步信号(X3)的频率设置。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兵强，张立民，徐涛，方伟，闫文君，凌青，方君，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：山东,37