本发明专利技术涉及一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法。本方法采取的步骤是：GPS模块定位后，输出时间消息和秒脉冲，ARM控制模块通过在GPS秒脉冲到来时刻记录本地时间的时隙和相位，并根据GPS提供的时间消息计算误差并进行修正，完成时间同步。通过本方法，船舶自动识别终端设备可在GPS定位且输出时间消息的情况下，3秒内将本地时间同步至UTC时间，误差小于15个相位，保证了设备发送消息时隙的准确性。从而解决了如果AIS终端设备不能正确同步，跨时隙发射，则影响其它AIS终端设备发射的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶自动识别终端系统，尤其是涉及一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法。
技术介绍
船舶自动识别系统(AIS)通过全球定位系统(GPS)获取当前的位置信息，并将自身的船位，船速，航向等动态信息以及船名，呼号，吃水及危险货物等静态资料通过甚高频 (VHF)频道向附近船舶及岸台广播。周围的船舶通过接收广播的船舶信息可以及时掌握附近海域的船舶资料，采取必要的避让行动，提高船舶航行的安全性。AIS工作基于TDMA (时分多址)技术，AIS系统利用甚高频波段的两个频率进行工作，将一分钟(一巾贞)划分成2250个时间段(时隙),这样两个频率上一分钟共有4500个时隙供系统中的各种终端设备交替发射。由于不同的终端在不同条件下每分钟要发射的次数各不相同，如一艘高速艇一分钟要发射30次之多，而一艘停泊的货船三分钟才发射一次。为保证AIS系统正常工作，一个区域内可容纳的AIS终端数量是有限的。由于AIS终端设备按照时隙通信的特点，一个AIS终端是整个AIS系统的一份子。随着海洋船舶的增加，空中时隙资源日益紧张，若一台AIS终端设备不能正确同步，跨时隙发射，则其它AIS终端设备发射有可能受其影响，因此，精确的时间同步能力是AIS设备正常工作的基础。AIS设备的GPS模块在定位后提供精确的UTC时间基准，通过消息报文和秒脉冲的形式提供给用户。为了保证消息发送时隙的准确性，船舶自动识别终端设备需将本地的时间与GPS提供的UTC时间基准同步，并在时间同步的基础上，广播AlS静态/动态消息。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用GPS模块定位后提供的时间消息和秒脉冲，快速地完成本地时间与GPS提供的UTC时间的同步，从而保证AIS消息发送时隙的准确性。本专利技术为实现上述目的，特别研发一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法。本方法通过获取GPS时间消息和秒脉冲，进行本地时钟和UTC时间的时间同步，以此为AIS消息发送提供准确的时间基准。本专利技术采取的技术方案是一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法，其特征在于，获取GPS时间消息和秒脉冲进行本地时钟和UTC时间的时间同步，为AIS消息发送提供准确的时间基准，其步骤如下 (一).时间同步模块初始化各个参数； (二).GPS模块定位后，输出时间消息和秒脉冲，GPS秒脉冲到来时刻记录本地时间的时隙和相位，用于后续计算误差； (三).当GPS秒脉冲偶数秒时，进行相位调整，计算当前相位的误差值，相位的误差值 =-ρι，式中为本地时间的相位，并调整本地时钟； (四).当GPS秒脉冲奇数秒时，进行时隙调整，计算当前时隙的误差值，时隙的误差值=%本H，式中乃为GPS定位后输出的UTC时间秒，沁为AIS协议中I秒的时隙数，Si为本地时间的时隙，并调整本地时钟； (五).当时隙误差和相位误差小于设定阈值时，ARM控制模块判定为时间同步，即可在此时间基准上按照时隙发送AIS消息。本专利技术的实现基于船舶自动识别终端设备，本设备的ARM控制模块在GPS模块定位后，根据GPS提供的时间消息和秒脉冲对比本地时间的时隙数和相位数，根据AIS同步方式，AIS帧的开始和结束在UTC时间可获取的情况下与UTC的分钟一致。UTC时间I秒为37. 5个时隙，所以在偶数秒，本地时隙的值可根据GPS提供的消息信息计算得到。且利用在偶数秒时的相位为O来对比本地相位和真实相位的差别。ARM控制模块通过在GPS秒脉冲时保存本地时间的时隙数和相位数，并根据GPS提供的时间消息计算误差并进行修正，完成时间同步。本专利技术所产生的有益效果是通过本方法，船舶自动识别终端设备可在GPS定位·且输出时间消息的情况下，3秒内将本地时间同步至UTC时间，误差小于15个相位，保证了设备发送消息时隙的准确性。从而解决了如果AIS终端设备不能正确同步，跨时隙发射，则影响其它AIS终端设备发射的问题。附图说明图I为本专利技术船舶自动识别终端设备构成框图。图2为本专利技术船舶自动识别终端设备时钟校准及补偿模块的电路原理图。图3为本专利技术船舶自动识别终端设备GPS模块电路原理图。图4为本专利技术船舶自动识别终端设备时间同步流程图。具体实施方式为了更清楚的理解本专利技术，以下结合附图和实施例作进一步说明参照图1，船舶自动识别终端设备包括由时钟校准及补偿模块、消息发送模块、GPS控制模块和休眠控制模块构成的ARM控制模块、射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板和电源模块，所述的ARM控制模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板及电源模块连接，电源模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块及控制面板连接。本专利技术各模块的功能如下 1)射频模块为通用公知的模块，用于在AISA/B信道广播静态/动态消息； 2)GPS模块用于解析GPS位置信息，并提供UTC时间信息； 3)控制面板用于人机接口，用户通过面板按键操作设备，通过LED灯观察当前工作状态； 4)时钟模块用于为ARM控制芯片提供主时钟和RTC实时时钟； 5)电源模块用于为各个模块供电； 6)ARM控制模块用于控制整个终端设备工作，其中，时钟校准模块用于通过GPS提供的标准时间校准自身时钟；时钟补偿模块用于通过周期地修正本地时间来完成对本地时钟误差的补偿；消息发送模块用于按照AIS协议周期的发送AIS静态、动态消息；GPS控制模块用于控制GPS芯片的开关，以及解析GPS消息等；休眠控制模块用于在设备空闲时，关闭不需要的部分，降低系统功耗。参照图2，船舶自动识别终端设备的ARM控制模块采用STM32F103RCT6控制芯片N5，时钟模块采用为控制芯片N5提供主时钟的DSA321G_12. OM无源晶振芯片N2以及为控制芯片N5提供RTC时钟的DST310S-32. 768KHz无源晶振芯片N4，其中无源晶振芯片N2的两端分别与控制芯片N5的5脚和6脚连接，并分别通过电容C6和电容C7接地；无源晶振芯片N4的两端分别与控制芯片N5的3脚和4脚连接，并分别通过电容C8和电容C17接地。船舶自动识别终端设备时钟模块由两部分提供，STM32F103CT6为ARM7核的设备控制芯片N5，用于控制整个船舶自动识别终端设备工作。芯片N2为DSA321G_12. OM无源晶振，为控制芯片N5提供主时钟；晶振外部接两个电容C6和电容C7到地，用于微调晶振频率。芯片N4为DST310S-32. 768KHz无源晶振，为控制芯片N5提供RTC时钟，晶振外部接两个电容CS和电容C17到地，用于微调晶振频率。当船舶自动识别终端设备进入低功耗休眠模式时，主时钟停止工作，此时设备的时间同步维持由RTC实时时钟维持。当设备从休眠过 程中唤醒时，主时钟启动并接替RTC时钟继续维持设备的时间同步状态。参照图3，船舶自动识别终端设备的GPS模块采用一个用于通过GPS天线计算GPS的位置消息和时间消息的NE0-5M芯片N13，芯片N13的20脚和21脚分别通过电阻R78和电阻R77以及电阻R80和电阻R81与所述的控制芯片N5的17脚和16脚连接，其中电阻R78和电阻R77的一端以及电阻R80和电阻R81的一端分别通过电容ClOO和电容ClOl接地；芯片NI3的22脚通过电阻R82接3. 3V电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法，其特征在于，获取GPS时间消息和秒脉冲进行本地时钟和UTC时间的时间同步，为AIS消息发送提供准确的时间基准，其步骤如下：（一）.时间同步模块初始化各个参数；（二）.GPS模块定位后，输出时间消息和秒脉冲，GPS秒脉冲到来时刻记录本地时间的时隙和相位，用于后续计算误差；（三）.当GPS秒脉冲偶数秒时，进行相位调整，计算当前相位的误差值，相位的误差值？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？，式中为本地时间的相位，并调整本地时钟；（四）.当GPS秒脉冲奇数秒时，进行时隙调整，计算当前时隙的误差值，时隙的误差值，式中为GPS定位后输出的UTC时间秒，为AIS协议中1秒的时隙数，为本地时间的时隙，并调整本地时钟；（五）.当时隙误差和相位误差小于设定阈值时，ARM控制模块判定为时间同步，即可在此时间基准上按照时隙发送AIS消息。2012104941804100001dest_path_image002.jpg,2012104941804100001dest_path_image004.jpg,2012104941804100001dest_path_image006.jpg,2012104941804100001dest_path_image008.jpg,2012104941804100001dest_path_image010.jpg,2012104941804100001dest_path_image012.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法，其特征在于，获取GPS时间消息和秒脉冲进行本地时钟和UTC时间的时间同步，为AIS消息发送提供准确的时间基准，其步骤如下 (一).时间同步模块初始化各个参数； (二).GPS模块定位后，输出时间消息和秒脉冲，GPS秒脉冲到来时刻记录本地时间的时隙和相位，用于后续计算误差； (三).当GPS秒脉冲偶数秒时，进行相位调整，计算当前相位的误差值，相位的误差值ρ· = -ρι，式中巧为本地时间的相位,并调整本地时钟； (四).当GPS秒脉冲奇数秒时，进行时隙调整，计算当前时隙的误差值，时隙的误差值/脾=% =*= 2.根据权利要求I所述的一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法，其特征在于，所述的船舶自动识别终端设备包括由时钟校准及补偿模块、消息发送模块、GPS控制模块和休眠控制模块构成的ARM控制模块、射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板和电源模块，所述的ARM控制模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板及电源模块连接，电源模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块及控制面板连接。3.根据权利要求2所述的一种船舶自动识别终端设备通过GPS实现时间同步的方法，其特征在于，所述的ARM控制模块采用STM32F103RCT6控制芯片N5，时钟模块采用为控制芯片N5提供主时钟的DSA321G_12. OM无源晶振芯片N2以及为控制芯片N5提供RTC时钟的D...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭长勇，张键，李辉辉，张财元，张相波，鹿强，
申请(专利权)人：天津七一二通信广播有限公司，
类型：发明
国别省市：
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