一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统及测量方法，包括卫星接收机模块、第一时延模块、第二时延模块、第一相位重合点模块、第二相位重合点模块、第三相位重合点模块、逻辑门系统模块、闸门信号生成模块、时间间隔产生模块、显示模块和电源模块；本发明专利技术通过差分相位同步检测方法减小相位重合点脉冲的宽度以提取相位重合点边沿脉冲作为闸门开关信号，提高了闸门时间测量的准确度，大幅度提高了短时间间隔的测量分辨率以及北斗时频系统的检测分辨率及其稳定性，实现了星

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及一种时间间隔测量系统及测量方法，尤其涉及一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]在北斗时频系统中，卫星时钟与接收机时钟之间的短时间间隔是北斗高精度定位、北斗精密授时及通信的重要决定因素，所述的短时间间隔是因频标信号和被测信号时标不同产生的时钟误差，简称时差，它代表了天基和地基系统之间的时间同步精度。
[0003]传统的基于北斗时钟的短时间间隔测量方法多建立在时间处理基础之上，在时间数字化处理过程中，一方面存在着
±
1字的计数误差，另一方面由于接收机使用环境的变化以及卫星信号受复杂空地背景的影响，闸门边沿的抖动性加强，同时由于北斗时频系统硬件的不一致性和不匹配性所造成的系统误差，降低了闸门时间的稳定性，无法保证卫星和地面之间的高精度时间同步，很难实现厘米至毫米级的北斗卫星定位服务能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统及测量方法，能够有效消除北斗时频硬件误差对测量精度的影响，大幅度提高短时间间隔测量分辨率，实现星
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地之间的高精度时间同步，加强厘米至毫米级的北斗卫星定位服务能力。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统，包括卫星接收机模块、第一时延模块、第二时延模块、第一相位重合点模块、第二相位重合点模块、第三相位重合点模块、逻辑门系统模块、闸门信号生成模块、时间间隔产生模块、显示模块和电源模块；卫星接收机模块的信号输出端分别连接第一相位重合点模块的信号输入端、第一时延模块的信号输入端和第二时延模块的信号输入端，第一时延模块的信号输出端连接第二相位重合点模块的信号输入端，第二时延模块的信号输出端连接第三相位重合点模块的信号输入端，第一相位重合点模块的信号输出端和第二相位重合点模块的信号输出端同时连接闸门信号生成模块的信号输入端，第三相位重合点模块的信号输出端连接逻辑门系统模块的信号输入端，逻辑门系统模块的信号输出端连接闸门信号生成模块的信号输入端，闸门信号生成模块的信号输出端连接时间间隔产生模块的信号输入端，时间间隔产生模块的信号输出端连接显示模块的信号输入端；所述的卫星接收机模块采用北斗接收机，用于提供卫星频率信号和接收机振荡器信号，即被测信号和频标信号；所述的第一时延模块采用时钟周期为第一时钟周期的第一边沿型D触发器，用于被测信号和频标信号的第一时钟周期时延；所述的第二时延模块采用时钟周期为第二时钟周期的第二边沿型D触发器，用于被测信号和频标信号的第二时钟周期时延，所述的第一时钟周期和第二时钟周期的大小不同，且第一时钟周期与第二时钟周期之间的差值的绝对值
定义为时间微差；所述的第一相位重合点模块采用第一异频相位检测电路，用于产生被测信号和频标信号之间的第一相位重合点脉冲；所述的第二相位重合点模块采用第二异频相位检测电路，用于产生被第一时延模块延迟后的被测信号和频标信号之间的第二相位重合点脉冲；所述的第三相位重合点模块采用第三异频相位检测电路，用于产生被第二时延模块延迟后的被测信号和频标信号之间的第三相位重合点脉冲；所述的逻辑门系统模块采用反相器，用于对第三相位重合点脉冲的相位取反；所述的闸门信号生成模块采用三输入与门电路，用于产生闸门开关脉冲信号，即计数闸门的开关信号；所述的时间间隔产生模块采用可编程计数器，用于测量被测信号和频标信号之间钟差的大小；所述的显示模块，用于接收时间间隔产生模块的测量结果并进行显示。
[0006]所述的北斗接收机采用XHTF7107
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B型。
[0007]所述的第一边沿型D触发器和第二边沿型D触发器均采用74LS175芯片。
[0008]所述的第一异频相位检测电路、第二异频相位检测电路和第三异频相位检测电路均采用异频相位检测电路，所述的异频相位检测电路由第一D触发器、第二D触发器、第一逻辑与门、第二逻辑与门、第三逻辑与门、第一逻辑非门和第二逻辑非门构成，第一D触发器的D1输入端和D2输入端分别连接第一逻辑与门的A1输入端和第一D触发器的Q1输出端，第一D触发器的Q2输出端连接第一逻辑非门的输入端，第一逻辑非门的输出端连接第一逻辑与门的B1输入端，第二D触发器的D3输入端和D4输入端分别连接第二逻辑与门的A2输入端和第二D触发器的Q3输出端，第二D触发器的Q4输出端连接第二逻辑非门的输入端，第二逻辑非门的输出端连接第二逻辑与门的B2输入端，第二逻辑与门的输出端Y1和第二逻辑与门的输出端Y2分别连接第三逻辑与门的A3输入端和B3输入端；第三逻辑与门的输出端Y3为异频相位重合检测电路的输出端；所述的第一异频相位检测电路的第一D触发器的D1输入端和第二D触发器的D3输入端分别作为频标信号和被测信号的输入端，所述的第二异频相位检测电路的第一D触发器的D1输入端和第二D触发器的D3输入端分别作为经第一延时模块延时后的频标信号和被测信号的输入端，所述的第三异频相位检测电路的第一D触发器的D1输入端和第二D触发器的D3输入端分别作为经第二延时模块延时后的频标信号和被测信号的输入端。
[0009]所述的反相器采用74LS04芯片。
[0010]所述的三输入与门电路采用74LS11芯片。
[0011]所述的可编程计数器由FPGA硬件描述语言通过编程实现，所述的FPGA采用Cyclone IV芯片EP4CE75。
[0012]一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量方法，包括以下步骤：步骤1：由卫星接收机模块提供的频标信号和被测信号被送入第一相位重合点模块，进行异频鉴相，产生第一相位重合点脉冲，第一相位重合点脉冲是一系列不能被系统检测分辨率所识别的相位差脉冲组成，其包络呈现高斯型随机分布；步骤2：由卫星接收机模块提供的频标信号和被测信号被送入第一时延模块，第一时钟周期时延的时延量的大小由第一边沿型D触发器的第一时钟周期决定，第一时钟周期
时延后的频标信号和被测信号被送入第二相位重合点模块，进行异频鉴相，产生第二相位重合点脉冲，第二相位重合点脉冲与第一相位重合点脉冲相比，脉冲宽度相同，相位上延迟了一个第一时钟周期；步骤3：由卫星接收机模块提供的频标信号和被测信号被送入第二时延模块，第二时钟周期时延的时延量的大小由第二边沿型D触发器的第二时钟周期决定，第二时钟周期时延后的频标信号和被测信号被送入第三相位重合点模块，进行异频鉴相，产生第三相位重合点脉冲，然后第三相位重合点脉冲被送入逻辑门系统模块即反相器进行相位取反，获得反相的第三相位重合点脉冲，反相的第三相位重合点脉冲与第一相位重合点脉冲相比，脉冲宽度相同，相位上相反且延迟了一个第二时钟周期；步骤4：将第一相位重合点脉冲、第二相位重合点脉冲和反相的第三相位重合点脉冲同时送入闸门信号生成模块即三输入与逻辑门电路，生成闸门开关脉冲信号，闸门开关脉冲信号的宽度与时间微差的宽度相同；步骤5：闸门开关脉冲信号被送入时间间隔产生模块即可编程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统，其特征在于：包括卫星接收机模块、第一时延模块、第二时延模块、第一相位重合点模块、第二相位重合点模块、第三相位重合点模块、逻辑门系统模块、闸门信号生成模块、时间间隔产生模块、显示模块和电源模块；卫星接收机模块的信号输出端分别连接第一相位重合点模块的信号输入端、第一时延模块的信号输入端和第二时延模块的信号输入端，第一时延模块的信号输出端连接第二相位重合点模块的信号输入端，第二时延模块的信号输出端连接第三相位重合点模块的信号输入端，第一相位重合点模块的信号输出端和第二相位重合点模块的信号输出端同时连接闸门信号生成模块的信号输入端，第三相位重合点模块的信号输出端连接逻辑门系统模块的信号输入端，逻辑门系统模块的信号输出端连接闸门信号生成模块的信号输入端，闸门信号生成模块的信号输出端连接时间间隔产生模块的信号输入端，时间间隔产生模块的信号输出端连接显示模块的信号输入端；所述的卫星接收机模块采用北斗接收机，用于提供卫星频率信号和接收机振荡器信号，即被测信号和频标信号；所述的第一时延模块采用时钟周期为第一时钟周期的第一边沿型D触发器，用于被测信号和频标信号的第一时钟周期时延；所述的第二时延模块采用时钟周期为第二时钟周期的第二边沿型D触发器，用于被测信号和频标信号的第二时钟周期时延，所述的第一时钟周期和第二时钟周期的大小不同，且第一时钟周期与第二时钟周期之间的差值的绝对值定义为时间微差；所述的第一相位重合点模块采用第一异频相位检测电路，用于产生被测信号和频标信号之间的第一相位重合点脉冲；所述的第二相位重合点模块采用第二异频相位检测电路，用于产生被第一时延模块延迟后的被测信号和频标信号之间的第二相位重合点脉冲；所述的第三相位重合点模块采用第三异频相位检测电路，用于产生被第二时延模块延迟后的被测信号和频标信号之间的第三相位重合点脉冲；所述的逻辑门系统模块采用反相器，用于对第三相位重合点脉冲的相位取反；所述的闸门信号生成模块采用三输入与门电路，用于产生闸门开关脉冲信号，即计数闸门的开关信号；所述的时间间隔产生模块采用可编程计数器，用于测量被测信号和频标信号之间钟差的大小；所述的显示模块，用于接收时间间隔产生模块的测量结果并进行显示。2.根据权利要求1所述的一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统，其特征在于：所述的北斗接收机采用XHTF7107
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B型。3.根据权利要求1所述的一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统，其特征在于：所述的第一边沿型D触发器和第二边沿型D触发器均采用74LS175芯片。4.根据权利要求1所述的一种基于北斗时钟的精密短时间间隔测量系统，其特征在于：所述的第一异频相位检测电路、第二异频相位检测电路和第三异频相位检测电路均采用异频相位检测电路，所述的异频相位检测电路由第一D触发器、第二D触发器、第一逻辑与门、第二逻辑与门、第三逻辑与门、第一逻辑非门和第二逻辑非门构成，第一D触发器的D1输入端和D2输入端分别连接第一逻辑与门的A1输入端和第一D触发器的Q1输出端，第一D触发器的Q2输出端连接第一逻辑非门的输入端，第一逻辑非门的输出端连接第一逻辑与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜保强，唐文胜，沈坤，余慧敏，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：