基于卫星授时和CPT原子钟守时的时频基准生成装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置和方法，解决现有时频基准生成高度依赖卫星信号、授时守时相位同步可靠性低以及导致体积大、功耗高不适应车载环境等技术问题。具体包括：卫星授时组件获取导航卫星的授时信号形成授时时间信息和授时秒脉冲信号输出；原子钟守时组件根据授时时间信息和授时秒脉冲信号的稳定性调整原子钟基准频率形成守时脉冲信号和守时时间信息输出；授时供电电路和守时供电电路利用车载电源向卫星授时组件和原子钟守时组件独立供电。实现时频基准生成装置的小型化和低功耗，在车载环境较长无授时信号时的守时信号高精度保持，以卫星授时信号的稳定性作为CPT原子钟基准频率调整的参量，将授时信号与守时信号形成连贯的唯一的时间基准信号输出，避免了不同类型信号切换的时间开销和系统误差。

【技术实现步骤摘要】
基于卫星授时和CPT原子钟守时的时频基准生成装置和方法
本专利技术涉及计时
，具体涉及一种基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置和方法。
技术介绍
在现代航天、军事领域，需要对多种设备的测量和控制信息实现时间领域的高度统一，因而需要研制高精度时频基准生成装置输出标准时间信号和标准频率，国内外时频基准生成装置有高度依赖卫星信号的卫星授时设备、体积较大或价格昂贵的铷(铯)钟时标系统等。但现有设备在车载环境无法满足设备体积、制造成本和运行功耗等基础需求。同时，受车载环境的实施工况影响，现有设备也不利于授时守时信号相位高可靠同步的需求。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术实施例提供一种基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置和方法，解决现有时频基准生成高度依赖卫星信号、授时守时相位同步可靠性低以及导致体积大、功耗高不适应车载环境的技术问题。本专利技术实施例的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，包括：卫星授时组件，用于获取导航卫星的授时信号形成授时时间信息和授时秒脉冲信号输出；原子钟守时组件，用于根据所述授时时间信息和所述授时秒脉冲信号的稳定性调整CPT原子钟基准频率形成守时脉冲信号和守时时间信息输出；授时供电电路，用于利用车载电源向所述卫星授时组件独立供电；守时供电电路，用于利用所述车载电源向所述原子钟守时组件独立供电。本专利技术实施例的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成方法，包括：根据授时时间信息和授时秒脉冲信号的稳定性调整CPT原子钟基准频率形成守时脉冲信号和守时时间信息输出。本专利技术实施例的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置和方法利用卫星导航系统的授时信号形成的频率信息和时间信息提高原子钟形成的基准频率的稳定性，降低根据基准频率形成的脉冲信号的相位误差，实现时频基准生成装置的小型化和低功耗，实现在车载环境较长无授时信号时的守时信号高精度保持，以授时时间信息和卫星秒脉冲信号的稳定性作为CPT原子钟基准频率调整的参量，将授时信号与守时信号形成连贯的唯一的时间基准信号输出，避免了不同类型信号切换的时间开销和系统误差。满足军品7天守时精度5ms及授时、守时信号相位高可靠同步的需求。附图说明图1所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置的架构示意图。图2所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置中卫星授时组件的架构示意图。图3所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置中守时供电电路的结构示意图。图4所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置中保护电路的结构示意图。图5所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置中原子钟守时组件的架构示意图。图6所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置中相位校正电路的结构示意图。图7所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成方法的流程示意图。图8所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成方法中驯服工作流程图。图9所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成方法中守时工作流程图。图10所示为本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成方法中原子钟组件10MHz脉冲的修正示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置如图1所示。在图1中，本实施例包括：卫星授时组件，用于获取导航卫星的授时信号形成授时时间信息和授时秒脉冲信号输出。本领域技术人员可以理解，利用卫星广播的射频信号可以获得卫星上高精度时钟源的时间计量信息形成不同时间计量量纲的量化数据。例如标准时间格式的授时时间源或固定频率脉冲信号的授时时间源。原子钟守时组件，用于根据授时时间信息和授时秒脉冲信号的稳定性调整CPT原子钟基准频率形成守时脉冲信号和守时时间信息输出。本领域技术人员可以理解，CPT(coherentpopulationtrappiing相干布局数囚禁)原子钟可以微型化，通过检测原子频率信号形成频率链，通过伺服控制频率链形成基准频率，根据基准频率输出守时标准时间信息和守时脉冲信号。基准频率受器件特性和环境特性影响需要进行必要的调节控制，例如基准频率的锁定控制和相位驯服控制。授时供电电路，用于利用车载电源向卫星授时组件独立供电。本领域技术人员可以理解，通过车载电源和蓄电设备可以形成授时过程所需的电压和电流，可以满足长时间内较高频次的授时信号获取和处理。守时供电电路，用于利用车载电源向原子钟守时组件独立供电。通过车载电源和蓄电设备可以形成守时过程所需的电压和电流，可以满足长时间内持续的守时信号处理和信号输出。本专利技术实施例的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置利用卫星导航系统的授时信号形成的频率信息和时间信息提高原子钟形成的基准频率的稳定性，降低根据基准频率形成的脉冲信号的相位误差，实现时频基准生成装置的小型化和低功耗，实现在车载环境较长无授时信号时的守时信号高精度保持，以授时时间信息和卫星秒脉冲信号的稳定性作为CPT原子钟基准频率调整的参量，将授时信号与守时信号形成连贯的唯一的时间基准信号输出，避免了不同类型信号切换的时间开销和系统误差。满足军品7天守时精度5ms及授时、守时信号相位高可靠同步的需求。本专利技术一实施例基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置中卫星授时组件如图2所示。在图2中，卫星授时组件包括：卫星天线，用于接收多频点卫星射频信号，采用主从设置。卫星天线包括主、从两个，每个卫星天线接收四频(L1/L2/B1/B3)卫星射频信号。射频电缆，用于将卫星射频信号进行无损传输。多模卫星定位定向授时板，用于对卫星射频信号进行变频、解调、PVT和方位解算、时序控制处理等形成导航信号和授时信号，根据导航信号和授时信号形成格式化授时数据，设置通用输出接口输出格式化授时数据，设置通用输入接口输入其他授时数据。本专利技术实施例的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置通过对导航信号处理形成丰富的格式化授时数据，为原子钟守时组件提供各种类型外部基准计时信号，同时通过通用输入接口接受其他授时数据可以形成装置本体计时基准的功能性适配，与系统中其它设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，其特征在于，包括：/n卫星授时组件，用于获取导航卫星的授时信号形成授时时间信息和授时秒脉冲信号输出；/n原子钟守时组件，用于根据所述授时时间信息和所述授时秒脉冲信号的稳定性调整CPT原子钟基准频率形成守时脉冲信号和守时时间信息输出；/n授时供电电路，用于利用车载电源向所述卫星授时组件独立供电；/n守时供电电路，用于利用所述车载电源向所述原子钟守时组件独立供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，其特征在于，包括：
卫星授时组件，用于获取导航卫星的授时信号形成授时时间信息和授时秒脉冲信号输出；
原子钟守时组件，用于根据所述授时时间信息和所述授时秒脉冲信号的稳定性调整CPT原子钟基准频率形成守时脉冲信号和守时时间信息输出；
授时供电电路，用于利用车载电源向所述卫星授时组件独立供电；
守时供电电路，用于利用所述车载电源向所述原子钟守时组件独立供电。


2.如权利要求1所述的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，其特征在于，所述守时供电电路包括：
保护电路，用于对输入电流进行反接保护、过流保护、欠压保护和过压保护，输出额定范围内的输入电流；
第一直流转换电路，用于将输入电压转换为5V电压并过滤交流成分；
第二直流转换电路，用于将输入电压转换为3.3V电压并过滤谐波成分；
其中保护电路包括自恢复保险丝、瞬变二极管、第一MOSFET管、第二MOSFET管和电源保护控制器，输入电源线路串联自恢复保险丝后分成三个支路，第一支路串联瞬变二极管后接地，第二支路串联电阻R12后连接电源保护控制器的引脚5，第三支路连接第一MOSFET管的漏极，第一MOSFET管的源极连接第二MOSFET管的源极，第二MOSFET管的漏极连接输出线路，电解电容C14和电容C15形成电容并联电路，电容并联电路的正极端连接输出线路另一端接地；第二MOSFET管的漏极连接电源保护控制器的引脚7，第一MOSFET管和第二MOSFET管的源极连接电源保护控制器的引脚8，电源保护控制器的引脚4接地，电源保护控制器的引脚3和引脚2间串联电阻R17，电源保护控制器的引脚2和引脚5间串联电阻R16和电阻R12，电源保护控制器的引脚1和引脚5间串联电阻R12。


3.如权利要求1所述的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，其特征在于，所述卫星授时组件包括：
卫星天线，用于采用主从设置接收多频点卫星射频信号；
射频电缆，用于将所述卫星射频信号进行无损传输；
多模卫星定位定向授时板，用于对所述卫星原始观测量信息进行变频、解调、PVT和方位解算、时序控制处理形成导航信号和授时信号，根据导航信号和授时信号形成格式化授时数据，设置通用输出接口输出格式化授时数据，设置通用输入接口输入其他授时数据；所述多模卫星定位定向授时板包括：
卫星通道板，用于对接收的所述卫星射频信号进行变频-解扩-解调形成卫星原始观测量信息；
卫星处理板，用于根据所述卫星原始观测量信息进行PVT解算、时序控制和方位解算获取授时信号，授时信号格式化封装成标准格式输出。


4.如权利要求1所述的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，其特征在于，所述原子钟守时组件包括：
原子钟模块，用于接受授时秒脉冲信号和控制指令，根据控制指令利用授时秒脉冲信号形成原子钟秒脉冲信号和原子钟时钟信号输出；
单片机模块，用于接收外部数据形成控制指令使能所述授时秒脉冲信号转发，根据内、外部时间信息和所述原子钟秒脉冲信号形成万年历时间信息。


5.如权利要求5所述的基于卫星授时和CPT原子钟守时的高精度时频基准生成装置，其特征在于，所述原子钟守时组件包括相位校正电路，所述相位校正电路包括：
指数滤波器，用于将守时秒脉冲与授时秒脉冲的相位差进行过滤去除高频成分形成相位差观测数据；
卡尔曼滤波器，用于利用所述相位差观测数据的变化获得所述守时秒脉冲的相位差估算值；
PID控制器，用于根据所述相位差估算值在比例积分微分控制过程中形成频率控制参量，并将所述频率控制参量反馈所述卡尔曼滤波器作为反馈输入；
CPT原子钟频率合成器，用于利用所述频率控制参量对基准频率合成过程进行频率驯服，保持守时秒脉冲相位。

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏，余海敏，李先慕，黄鹏，李燕生，
申请(专利权)人：北京航天发射技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11