北斗一号双向授时型用户机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种北斗一号双向授时型用户机，由天线模块、通道模块、信息处理模块、晶振模块、显示模块和电源模块组成，天线模块的输出／输入端与通道模块的输入／输出端联接，通道模块的输出／输入端接至信息处理模块的输入／输出端，信息处理模块的显示输出端与显示模块的输入端联接，晶振模块采用恒温石英晶体器件，其输出端同时接至天线模块、通道模块、信息处理模块和显示模块的晶振信号输入端。与现有技术相比，本实用新型专利技术具有成本低、功耗小，重量轻，易于推广等优点，可广泛应用于需要高精度时间统一的领域，如移动通信领域中移动基站的时间同步、实时数字图象传输、电网调度的时间同步、电网频率测量、航天试验等领域。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于卫星导航系统授时设备领域，涉及一种利用我国北斗一号卫星定 位系统进行高精度授时的用户机。
技术介绍
北斗一号卫星定位系统是我国建立的第一代卫星导航定位系统，具有定位、短报 文通信和授时三大功能。该系统自2003年建成后，在国防建设和国民经济生产中发挥了巨 大作用，尤其是其短报文通信功能，为边防、边远地区以及通信网络没有覆盖的地区提供了 可靠的通信手段。但目前北斗一号的应用主要集中在定位和短报文通信方面，在授时方面 还没有得到很好地推广应用，其主要原因是本领域还没有开发出性能更为先进并能够满足 北斗授时精度的北斗一号授时型用户机。利用北斗一号卫星定位系统进行授时的原理基于对卫星信号传播延迟时间的精 确测量。假设北斗授时用户位于北斗一号某卫星的下行波束覆盖区，用户接收地面控制中 心播发的时间帧询问信号，一方面测出第η帧出站信号参考时标与本地钟秒信号的时间间 隔Δ1(见图1)，一方面向中心控制系统转发响应信号，由中心控制系统测出信号的往返时 间值Δ2，并计算出该信号由中心发出至用户机收到的正向传播时延值ξ，再发给该用户 及作为双向定时试验修正值，则用户可根据下式求得用户时钟与地面控制中心时钟的钟差 Δ ε，进而得到精确时间。Δε = 1-Δ 1-ξ -ηΔ 式中Δ1为授时型用户设备实测值，nAt = ηΧ31.24(ms)为帧号对应的时间， I为地面控制中心计算的信号正向传播时延。北斗一号双向授时由于是立足于地面控制中心的原子钟以及对信号延迟的准确 估计，因此双向授时要求的精度为20ns，高于美国GPS系统(GPS的授时精度立足于卫星钟 和用户对信号延迟误差的估计，一般授时精度为50 100ns)。在地面控制中心将ξ计算 出来并发送给用户时刻，用户可以得到满足精度要求的时间，并可以通过外部接口输出，一 般输出信号为IPPS (每秒一脉冲)。但是对于北斗一号授时用户机来说，由于受北斗一号卫 星定位系统通信带宽所限，一般授时用户机与地面控制中心之间只能一分钟通信一次，因 此授时用户机只能一分钟得到一次准确的时间信息。而在1分钟的其它时间内，用户机只 能根据机内的时间(频率)基准自己产生IPPS信号，因此如何如果保证时间基准的稳定， 是实现高精度授时的关键。根据地面控制中心给出的ξ计算出的时间的精度已接近20ns，因此在整分钟之 间仍然要维持20ns精度的时间输出信号大约只有1 2ns的调节空间。根据分析只有时 间(频率)基准的稳定度达到1X10—11才能满足需求。一般时间(频率)基准都采用高精 度石英频率标准或原子频率标准(如铷原子频率标准、铯原子频率标准)。原子频率标准的 长期频率稳定度(稳定时间在1秒以上)优于任何石英频率标准，而通过优良设计的晶体 振荡器的短期频率稳定度(1秒内)可以超过原子频率标准。北斗一号授时型用户机输出的标准信号为1PPS，所以稳定度为长期稳定度。目前北斗一号授时用户机维持时间基准常用的方法有两种。一种是方法采用原子 频率标准，即采用原子钟作为本机的时间基准。北斗一号授时用户机首先通过双向定时确 定整分钟时刻的满足精度要求的时间，在整分钟之间则利用原子钟维持时间，输出IPPS时 间信号。由于原子频率标准的长期稳定度很高(一般为1X10—11或更高)，所以这种方法可 以满足北斗一号双向授时精度要求，但是这种方法的缺点是原子频率标准的价格昂贵，最 低也不少于7万元，导致北斗一号授时用户机整机价格较高(目前价格在10万元左右)，不 利于推广使用。另外一种方法就是采用高精度恒温石英晶体频率标准，其优势是价格低。由于一 般高精度恒温石英频率标准的稳定度为1X 10_9，无法满足北斗一号授时用户机中维持时间 基准精度要求，为了提高频率标准的稳定度，常采用一种称为晶体驯服的技术，就是根据准 确的时间，如北斗一号双向授时给出的整秒时刻的时间，经过一段时间的对比统计，推断出 以恒温石英晶体频率标准为基准的时钟的钟差、钟速和钟漂等参数，然后采用一定的算法 对恒温石英晶体频率标准进行校准，从而提高其稳定度。在北斗一号双向型授时用户机中， 由于校准后的稳定度比原来稳定度提高两个数量级(从IX 10_9提高到IX 10_")，所以难度 非常大。这些都是目前国内还没有开发出更多技术成熟的北斗一号双向授时用户机的主要 原因。
技术实现思路
本技术的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构合理、价 格低、功耗小、重量轻、时间基准精度高、易于推广使用的北斗一号双向授时型用户机。为实现上述专利技术目的而采用的技术解决方案是这样的所提供的北斗一号双向授 时型用户机由天线模块、通道模块、信息处理模块、(石英)晶振模块、显示模块和电源模块 组成，天线模块的输出/输入端与通道模块的输入/输出端联接，通道模块的输出/输入 端接至信息处理模块的输入/输出端，信息处理模块的显示输出端与显示模块的输入端联 接，晶振模块采用型号为MV26-CIF-Y19-SIN恒温石英晶体器件，其输出端同时接至天线模 块、通道模块、信息处理模块和显示模块的晶振信号输入端。电源模块用于给所有的模块电 路提供工作所需的电源。该授时型用户机中的晶振模块和信息处理模块是实现高精度授时 的核心模块。本技术技术方案的实现还在于授时型用户机中的天线模块由低噪声放大器 和功率放大器构成，低噪声放大器的输出端与通道模块的输入端联接，功率放大器的输入 端与通道模块的输出端联接。本技术技术方案的实现还在于授时型用户机中的信息处理模块由A/D转换 采样电路、FPGA电路、CPU电路和串口电路组成，A/D转换采样电路的输出端依次经FPGA电 路和CPU电路后与串口电路的输入端联接，CPU电路的显示输出端和通道输出端分别接至 显示模块和通道模块的输入端。本技术技术方案的实现还在于授时型用户机中的显示模块由显示与接收控 制电路、显示电路和红外接收电路组成，显示与接收控制电路的信息接收输入端和红外接 收输出端分别与信息处理模块的显示输出端和红外接收电路的输出端联接，显示与接收控制电路的输出端与显示电路的输入端联接。本技术所述北斗一号双向授时型用户机的工作流程分为信号接收和发射两 部分。一、信号接收过程天线模块接收北斗卫星发射的导航信号，由低噪声放大器放大以后送往通道模 块。通道模块将天线模块送来的信号经滤波、放大，再进行下变频成为中频信号，然后送往 信息处理模块。信息处理模块中A/D转换器对通道送来的中频信号进行量化，然后送往 FPGA。FPGA负责载波跟踪、伪码产生、伪码跟踪、数据解调、译码等信号处理，DSP辅助FPGA 进行信号处理，同时还负责提取导航信号数据、进行各种计算(定时计算、各种误差估计 等)，计算结果送往显示模块，也可通过串口芯片输出。显示模块最后将定时结果进行显示， 同时还可以显示用户机工作状态信息等。二、信号发射过程信息处理模块中DSP生成发射数据送往FPGA，FPGA将发射数据调制到扩频码上， 然后送往通道模块。通道模块将信息处理模块送来的扩频码进行BPSK调制，调制后的信号 经滤波、放大后送往天线模块。天线模块将调制后的信号由功率放大器放大后再发射出去。在以上过程中，晶振模块的功能是给所有硬件电路提供时钟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北斗一号双向授时型用户机，其特征在于由天线模块（１）、通道模块（２）、信息处理模块（３）、晶振模块（４）、显示模块（５）和电源模块（６）组成，天线模块（１）的输出／输入端与通道模块（２）的输入／输出端联接，通道模块（２）的输出／输入端接至信息处理模块（３）的输入／输出端，信息处理模块（３）的显示输出端与显示模块（５）的输入端联接，晶振模块（４）采用型号为ＭＶ２６－ＣＩＦ－Ｙ１９－ＳＩＮ恒温石英晶体器件，其输出端同时接至天线模块（１）、通道模块（２）、信息处理模块（３）和显示模块（５）的晶振信号输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟瑜，郝彬，陈南，范进忠，苟东，允普朝，
申请(专利权)人：中国人民解放军第一OO一工厂，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]