全球定位系统同步亚微秒高精度时钟技术方案

一种基于全球定位系统（ＧＰＳ）同步亚微秒高精度时钟，它是由一个矩形箱体装配而成，前面板上装置１ＰＰＳ脉冲指示灯（２）、接收数据指示灯（３）、外部事件触发脉冲指示灯（４）、电源开关（５）、１６位ＬＥＤ显示器（６）、单片机复位按钮（７）、时间、位置数据显示按钮（８）、测试按钮（９）、外部事件发生时间显示按钮（１０）；后面板上装置外部事件触发脉冲输入接口（１２）、串行数据通信接口（１３）、转换开关（１４），ＧＰＳ专用天线（１）通过同轴电缆与ＧＰＳ同步亚微秒高精度时钟输入口（１１）连接，其特征在于：箱体的内部主要是由ＧＰＳ接收板、复合电路、晶体振荡器、计数器、触发器、接口转换电路、单片机、并行接口电路、三态缓存器、接口及驱动电路、显示电路模块组成，复合电路一端与１ＰＰＳ的输出连接，另一端与晶振的驱动电路连接，其两个控制输入端，一路接入计数器，另一路与单片机连接实现同步计数：单片机（中央处理器）的串口１经接口转换电路与ＧＰＳ串行数据输出口连接，串口２与ＰＣ机或者其它设备连接，单片机的并行口通过三态缓存器与计数器连接获取精确时间计数值，并通过接口驱动电路和显示电路连接到ＬＥＤ显示器，连接显示各种时间位置信息，其三个输入控制端分别与计数器、触发器、复合电路连接，同时触发器与外部事件信号脉冲连接；前面板上１ＰＰＳ脉冲指示灯（２）通过分压电阻连接到ＧＰＳ接收板输出座输出的１ＰＰＳ脉冲，单片机输出两路信号分别接到接收数据指示灯（３）、外部事件触发脉冲指示灯（４），单片机复位按钮（７）连接到单片机的复位点，位置数据显示按钮（８）、外部事件发生时间显示按钮（１０）连接到接口转换电路，测试按钮（９）连接到触发器与电源端，后面板上外部事件发生时间显示按钮（１２）连接到触发器输入端，串行数据通信接口（１３）连接到串口２，转换开关（１４）连接到接口转换电路。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于全球定位系统(GPS)的同步亚微秒高精度时钟，即利用GPS的1PPS脉冲L升沿同步，采用了高分辨率的计数器，应用测频技术，订正了晶振频率同温度等因素造成的漂移，提高了时钟的分辨率和精度，可广泛地应用航空航天、电力供电、大气雷暴电研究等领域。
技术介绍
GPS全球定位系统具有测量精度高，使用方便，费用低，全天候工作等优点。随着全球定位系统技术的不断发展，GPS在各个领域中得到了广泛的应用。但在有些领域只有定位及低分辨率时间信息，已不能满足现代高技术发展的要求，尤其是在多站同步测量中更为重要。例如，在航空航天多站点同步测量同一目标(导弹、飞行器等)时，如果有高分辨率高精度的绝对时间信息，就可准确计算山它们的飞行轨道、位置、距离并可跟踪目标在电力供电系统中，记录输电线路瞬间跳闸的绝对高分辨率高精度时间，对准确分析事故原因可提供非常有用的信息在大气电参数多站同步测量方面，利用高分辨率高精度的绝对时间差可对闪电定位，并可描绘其闪电通道发小发展的轨迹和辐射特征，而且多站同步的测量闪电电场的变化，可研究雷暴强中心区位置，分析雷暴的电荷结构，为闪电的理论研究提供重要的技术手段。在诸多领域中要求时间分辨率和精度越来越高，单一使用GPS的1PPS已经难于适应现代化技术的使用需求，因此设计研制GPS同步的亚微秒高精度时钟，提高时间分辨率和时间精度，乃是科技工作亟待需要解决的问题。专利技术的内容本技术的目的是基于GPS全球定位系统研制的，它的高分辨率、高精确度是在时钟中央处理单元及控制电路的控制下通过GPS接收机输出的高精确1PPS脉冲的上升沿与20MHz晶振时钟节拍同步实现的。它可快速输出显示一个绝对的当地时区或格林尼治时区(UT)日历时间(年、月、日、时、分、秒、毫秒、纳秒)，时间分辨率为50ns(与1PPS脉冲精度一致)，时间精度高达±50ns，并可即时记录由外部事件产生的触发信号的绝对时间，并通过通信接口向外部设备用户输出时间信息数据。最重要的足用测频技术对晶体振荡器的频率进行等间隔测量，通过计算处理得到因温度变化等因素造成的漂移的订正系数，补偿了因频率稳定度造成的计时误差，这样大大提高了系统绝对时间的精确度。本技术的目的可以采取以下措施来实现一种全球定位系统(GPS)同步亚微秒高精度时钟，它是由一个矩形箱体装配而成，前面版上装置1PPS脉冲指示灯、接收数据指示灯、外部事件触发脉冲指示灯、电源开关、16位LED显示器、单片机复位按钮、时间、位置数据显示按钮、测试按钮、外部事件发生时间显示按钮；后面版上装置外部事什触发脉冲输入接口、串行数据通信接口、转换开关，GPS专用大线主要用来接收全球定位卫星星历数据，它通过同轴电缆与GPS同步亚微秒高精度时针输入口连接。箱体的内部主要是由GPS接收版、复合电路、品休振荡器、计数器、触发器、接口转换电路、单片机、并行接口电路、三态缓存器、接口及驱动电路、显示电路模块组成。复合电路一端与1PPS的输出连接，另一端与晶振的驱动电路连接，其两个控制输入端，一路接入计数器，另一路与单片机连接实现同步计数单片机(中央处理器)的串口1经接口转换电路与GPS串行数据输出口连接，串口2与PC机或者其它设备连接，单片机的并行口通过三态缓存器与计数器连接获取精确时间计数值，并通过接口驱动电路和显示电路连接到LED显示器，连接显示各种时间位置信息，其三个输入控制端分别与计数器、触发器、复合电路连接，同时触发器与外部事件信号脉冲连接。前面版上1PPS脉冲指示灯通过分压电阻连接到GPS接收版输出座输出的1PPS脉冲，单片机输出两路信号分别接到接收数据指示灯、外部事件触发脉冲指示灯，单片机复位按钮连接到单片机的复位点，位置数据显示按钮、外部事件发生时间显示按钮连接到接口转换电路，测试按钮连接到触发器与电源端，后面版上外部事件发生时间显示按钮连接到触发器输入端，串行数据通信接口连接到串口2，转换开关连接到接口转换电路。本技术的技术特点和有益效果主要是通过各元件的连接及配伍来达到的1)采用了GPS的1PPS脉冲上升沿与计数脉冲节拍同步的方法2)应用了同步计数器，获得高分辨率时间信息3)用测量晶振频率的方法，实现了对系统计时误差的订正；4)具有显示实时时间、位置等信息的功能； 5)通过接口电路(RS-232)向外部的PC机或其他设备输出高分辨率、高精度的绝对时间信息和位置数据的功能6)1PPS时钟脉冲和外部事件触发脉冲的上升沿用中断方式触发单片机工作，速度快且稳定7)在外部事件触发时具有即时记录显示事件发生时刻的准确时间和向外部发送时间信息的功能8)本时钟时间分辨率为50ns，精度为±50ns，具有因GPS 1PPS脉冲沿时间精度提高而跟随提高的功能9)单片机三个输入控制端分别与计数器、触发器、复合电路连接，同时触发器与外部事件信号脉冲连接，按照预编程序实现自动触发，流程控制，获取外部时间发生的准确时间信息，也可由外部PC机控制获取它的高分辨率时间数据，并可控制GPS的工作状态10)具有可独立工作，集成度高的性能，可在恶劣天气情况下使用11)本装置操作和连接方便，使用灵活。已在多站闪电快变化电场的同步测量的野外实验中得到了应用，获得了有价值的时间信息资料。附图说明图1是本技术前、后面版示意图图2是本技术工作流程示意图图3是本技术电路工作原理图具体实施方式以下结合附图，对本技术再作进一步的详述一种基于全球定位系统(GPS)同步亚微秒高精度时钟，它是由一个矩形箱体装配而成，前面版上装置1PPS脉冲指示灯2、接收数据指示灯3、外部事件触发脉冲指示灯4、电源开关5、16位LED显示器6、单片机复位按钮7、时间、位置数据显示按钮8、测试按钮9、外部事件发生时间显示按钮10；后面版上装置外部事件触发脉冲输入接口12、串行数据通信接口13、转换开关14，GPS专用天线1通过同轴电缆与GPS同步亚微秒高精度时钟输入口11连接。箱体的内部主要是由GPS接收版、复合电路、晶体振荡器、计数器、触发器、接口转换电路、单片机、并行接口电路、三态缓存器、接口及驱动电路、显示电路模块组成(见图1)。复合电路一端与1PPS的输出连接，另一端与晶振的驱动电路连接，其两个控制输入端，一路接入计数器，另一路与单片机连接实现同步计数单片机(中央处理器)的串口1经接口转换电路与GPS串行数据输出口连接，串口2与PC机或者其它设备连接，单片机的并行口通过三态缓存器与计数器连接获取精确时间计数值，并通过接口驱动电路和显示电路连接到LED显示器，连接显示各种时间位置信息，其三个输入控制端分别与计数器、触发器、复合电路连接，同时触发器与外部事件信号脉冲连接；前面版上1PPS脉冲指示灯2通过分压电阻连接到GPS接收版输出座输出的1PPS脉冲，单片机输出两路信号分别接到接收数据指示灯3、外部事件触发脉冲指示灯4，单片机复位按钮7连接到单片机的复位点，位置数据显示按8、外部事件发生时间显示按钮10连接到接口转换电路，测试按钮9连接到触发器与电源端，后面版上外部事件发生时间显示按钮12连接到触发器输入端，串行数据通信接口13连接到串口2，转换开关14连接到接口转换电路(见图2)。晶体振荡器U1产生20MH本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张彤，张广庶，郄秀书，张义军，陈成品，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：