基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟及授时方法技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，包括MCU主控模块，MCU主控模块通过串口分别与LORA模块和FPGA模块连接获得FPGA和LORA所传输数据，LORA模块通过射频接口与LORA天线连接接收和发送MCU模块输出位置和时间数据，FPGA模块同时又与北斗RTD模块和高稳晶振连接，高稳晶振同时也与MCU主控模块连接，北斗RTD模块还与北斗天线连接，获取北斗位置和时间数据，所述MCU模块留有NTP、232和485串口，应用于NTP网络授时和串口授时场景，同时具有1PPS频标输出接口。本发明专利技术解决了现有技术中存在的北斗授时母钟设备体积大、且无法进行准确的定位和精准授时的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟及授时方法
本专利技术属于北斗定位授时以及LORA通信
，具体涉及一种基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，本专利技术还涉及一种基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟的授时方法。
技术介绍
目前市面上大部分北斗授时母钟，都是通过北斗卫星将时间信号传至母钟，然后将母钟收到的时间信号处理后，通过232串口，NTP网口或者433，4G,LORA等无线发送给被授时设备，从而实现母钟授时功能。而市面上LORA母钟，主要通过LORA-WAN组网的方式将LORA模块信息组网上报，再通过LORA-WAN下发到子设备上，实现授时功能。此种无线授时母钟在无北斗信号时无法作为时间源为其他设备精准授时，而且LORA通信中LORA-WAN设备价格高昂，且设备损坏后其他LORA子设备无法正常使用；在使用此方案的LORA母钟设备体积大，不易小型化集成化，无法便携携带。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，解决了现有技术中存在的北斗授时母钟设备体积大、且无法进行准确的定位和精准授时的问题。本专利技术所采用的第一技术方案是，基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，包括MCU主控模块，MCU主控模块通过串口分别与LORA模块和FPGA模块连接获得FPGA和LORA所传输数据，LORA模块通过射频接口与LORA天线连接接收和发送MCU模块输出位置和时间数据，FPGA模块同时又与北斗RTD模块和高稳晶振连接，FPGA模块将北斗RTD模块调制解调出的时间信息通过串口传输给MCU模块，同时将RTD模块解调出来的1PPS秒脉冲驯服高稳晶振使高稳晶振输出与北斗RTD模块输出的1PPS秒脉冲相位和频率相同的1PPS秒脉冲，高稳晶振同时也与MCU主控模块连接，当无北斗信号覆盖或者北斗信号被遮挡时，由高稳晶振为MCU模块暂时提供可靠的1PPS信号，北斗RTD模块还与北斗天线连接，获取北斗位置和时间数据，所述MCU模块留有NTP、232和485串口，应用于NTP网络授时和串口授时场景，同时具有1PPS频标输出接口。本专利技术第一技术方案的特点还在于，MCU主控模块为基于STM32系列中的32位处理器，具体为型号为STM32F411的处理器，LORA模块为基于SX1278/1276系列，FPGA模块为XILINX的XC6SLX9系列。本专利技术所采用的第二技术方案是，基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟的授时方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、采用北斗天线作为信号采集端，采集北斗卫星发射的射频信号；步骤2、通过北斗RTD模块处理北斗天线接收到的北斗时间和位置射频信号，并对此信号进行调制解调后输出时间和位置信息通过串口通信输出给FPGA模块；步骤3、FPGA模块将解算出来的时间和位置信息通过串口传输给MCU主控模块，另外FPGA模块通过接收到的北斗RTD模块输出的1PPS秒脉冲对高稳晶振进行驯服，为后续短暂无北斗信号覆盖或者北斗信号被遮挡的情况下，仍可以为MCU提供准确的1PPS秒脉冲信号，FPGA模块将北斗RTD模块调制解调完成的1PPS秒信号通过驯服让温补晶振输出与1PPS幅值和相位相同的频率信号；步骤4、MCU主控模块将接受到的时间和位置信号通过算法处理将标准时间数据和位置数据打包通过串口传输给LORA模块，MCU主控模块通过检测FPGA是否输出北斗时间和位置信息来控制LORA模块自主切换授时模式；步骤5、LORA模块将接收到的MCU主控模块精准时间数据传输给需要授时设备，从而达到LORA母钟精准授时的目的。本专利技术第二技术方案的特点还在于，步骤4具体如下：MCU主控模块通过对北斗RTD模块的授时精度，FPGA的数据解算时间，LORA数据传输延时特征进行提取和对比，然后对其所要输出的时间信息进行补偿，从而达到精准授时的目的，其中，MCU主控模块对北斗RTD模块授时时模式切换如下：MCU主控模块检测到FPGA输出北斗时间和位置信息正常时，关闭LORA模块不对外授时；MCU主控模块检测到FPGA输出北斗时间和位置信息异常时，打开LORA模块，接收其他LORA母钟发送的位置和时间信息。MCU主控模块对北斗RTD模块授时时模式切换分为三种：分别为：所有设备均能接收到北斗卫星信号、部分设备能接收到北斗卫星信号、所有设备均无法接受到北斗信号。所有设备均能接收到北斗卫星信号的授时模式如下：MCU主控模块判断是否有正常北斗信号时间信号或者位置信号输入，若判断FPGA模块输出的时间信号和位置信号正常时，MCU主控模块通过串口数据控制LORA模块进入低功耗模式，此时LORA模块不主动接收也不主动向外发送北斗时间和位置信息，当需要LORA母钟作为时间源即实现母钟向其他设备授时时，用户可通过复位按键触发MCU主控模块，将LORA模块唤醒实现点对点的授时功能。部分设备能接收到北斗卫星信号的授时模式如下：对于无北斗信号输入的设备，MCU主控模块通过串口数据判断到FPGA模块输出的北斗时间和位置信号全零时即无北斗信号输出时，将自动打开LORA模块的接收功能，此时LORA模块发射功能关闭，用户可将信号正常的LORA母钟设备，通过复位按键触发MCU主控模块，将LORA模块唤醒并对外播发精准时间信息实现点对点的授时功能。所有设备都无法接受到北斗信号的授时模式如下：用户在所有设备进入无北斗信号区域时如涵洞，隧道，将任意设备作为时间源即母钟留在北斗信号正常区域，并将设备通过复位按键触发MCU主控模块，将LORA模块唤醒并对外播发精准时间信息，结合LORA模块的远距离且高穿透的特点，实现盲区授时的目的。本专利技术的有益效果是，基于北斗定位授时和LORA通信的移动母，通过电路板微孔技术，缩小模块支撑电路板的体积大小，方便集成化，将电路板小型化集成化，实现可穿戴的需求；基于北斗定位授时和LORA通信的移动母的授时方法，通过MCU控制，结合LORA模块自身的广播加轮询的通信方式，去掉LORA-WAN，实现LORA模块自组网功能；通过LORA点对点通信实现在室内或者山洞等遮挡北斗卫星信号的地方，使授时设备仍然可以进行准确的定位和精准授时，提高了北斗信号的适用范围。附图说明图1是设备原理框架图；图2是控制方式一框架图；图3是控制方式二框架图；图4是控制方式三框架图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，结构原理图如图1所示，包括MCU主控模块，MCU主控模块通过串口分别与LORA模块和FPGA模块连接获得FPGA和LORA所传输数据，LORA模块通过射频接口与LORA天线连接接收和发送MCU模块输出位置和时间数据，FPGA模块同时又与北斗RTD模块和高稳晶振连接，FPGA模块将北斗RTD模块调制解调出的时间信息通过串口传输给MCU模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，其特征在于，包括MCU主控模块，MCU主控模块通过串口分别与LORA模块和FPGA模块连接获得FPGA和LORA所传输数据，LORA模块通过射频接口与LORA天线连接接收和发送MCU模块输出位置和时间数据，FPGA模块同时又与北斗RTD模块和高稳晶振连接，FPGA模块将北斗RTD模块调制解调出的时间信息通过串口传输给MCU模块，同时将RTD模块解调出来的1PPS秒脉冲驯服高稳晶振使高稳晶振输出与北斗RTD模块输出的1PPS秒脉冲相位和频率相同的1PPS秒脉冲，高稳晶振同时也与MCU主控模块连接，当无北斗信号覆盖或者北斗信号被遮挡时，由高稳晶振为MCU模块暂时提供可靠的1PPS信号，北斗RTD模块还与北斗天线连接，获取北斗位置和时间数据，所述MCU模块留有NTP、232和485串口，应用于NTP网络授时和串口授时场景，同时具有1PPS频标输出接口。/n

【技术特征摘要】
1.基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，其特征在于，包括MCU主控模块，MCU主控模块通过串口分别与LORA模块和FPGA模块连接获得FPGA和LORA所传输数据，LORA模块通过射频接口与LORA天线连接接收和发送MCU模块输出位置和时间数据，FPGA模块同时又与北斗RTD模块和高稳晶振连接，FPGA模块将北斗RTD模块调制解调出的时间信息通过串口传输给MCU模块，同时将RTD模块解调出来的1PPS秒脉冲驯服高稳晶振使高稳晶振输出与北斗RTD模块输出的1PPS秒脉冲相位和频率相同的1PPS秒脉冲，高稳晶振同时也与MCU主控模块连接，当无北斗信号覆盖或者北斗信号被遮挡时，由高稳晶振为MCU模块暂时提供可靠的1PPS信号，北斗RTD模块还与北斗天线连接，获取北斗位置和时间数据，所述MCU模块留有NTP、232和485串口，应用于NTP网络授时和串口授时场景，同时具有1PPS频标输出接口。


2.根据权利要求1所述的基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟，其特征在于，所述MCU主控模块为基于STM32系列中的32位处理器，具体为型号为STM32F411的处理器，LORA模块为基于SX1278/1276系列，FPGA模块为XILINX的XC6SLX9系列。


3.基于北斗定位授时和LORA通信的移动母钟的授时方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用北斗天线作为信号采集端，采集北斗卫星发射的射频信号；
步骤2、通过北斗RTD模块处理北斗天线接收到的北斗时间和位置射频信号，并对此信号进行调制解调后输出时间和位置信息通过串口通信输出给FPGA模块；
步骤3、FPGA模块将解算出来的时间和位置信息通过串口传输给MCU主控模块，另外FPGA模块通过接收到的北斗RTD模块输出的1PPS秒脉冲对高稳晶振进行驯服，为后续短暂无北斗信号覆盖或者北斗信号被遮挡的情况下，仍可以为MCU提供准确的1PPS秒脉冲信号，FPGA模块将北斗RTD模块调制解调完成的1PPS秒信号通过驯服让温补晶振输出与1PPS幅值和相位相同的频率信号；
步骤4、MCU主控模块将接受到的时间和位置信号通过算法处理将标准时间数据和位置数据打包通过串口传输给LORA模块，MCU主控模块通过检测FPGA是否输出北斗时间和位置信息来控制LORA模块自主切换授时模式；
步骤5、LORA模块将接收到的MCU主控模块精准时间数据传输给需要授时设备，从而达到LORA母钟精准授时的目的。


4.根据权利要求3所述的基于北斗定位授时和L...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成，田亚素，李凯丽，林楠，
申请(专利权)人：西安航光卫星测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61