專利名稱：一種gnss監(jiān)測裝置及時鐘模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種GNSS監(jiān)測裝置及時鐘模塊。
背景技術(shù)：
利用GNSS (全球衛(wèi)星定位)監(jiān)測裝置對目標進行監(jiān)測， 一般GNSS接收模塊通過探索、 捕捉、追尾GNSS衛(wèi)星，接收來自GNSS衛(wèi)星對監(jiān)測目標的的測位信息，GNSS接收模塊將 依據(jù)收集到的測位信息，通過軟件等信息進行處理；然而，由于GNSS接收模塊的這-處 理所依據(jù)的測位信息，如軌道信息，都是動態(tài)的，并不是固定的，所以導(dǎo)致有時接收模 塊接收衛(wèi)星的信息需要IO分鐘以上的時間。
GNSS接收模塊獲得的軌道信息對后面的信息處理都是必要的；通過利用獲得的軌道 信息，進行測位計算，從而得到測位計算結(jié)果。測位計算結(jié)果只能判斷大致準確的時刻 信息，隨著GNSS接收機連續(xù)的工作，溫度補償晶體振蕩器(TCX0振蕩器)頻率的偏差慢 慢地能得到補正，時刻信息的正確性慢慢地就得到了提高。
為了提高測位的精度，GNSS接收模塊就要連續(xù)工作，對時刻信息進行管理，然而， 如果當GNSS接收機的電源被切斷，TCXO振蕩器的溫度就發(fā)生變化，TCXO振蕩器頻率的 偏差就不能被補正，TCXO振蕩器的補正值不能使用，因此，需要重新啟動，而從重新啟 動的時刻到GNSS接收模塊穩(wěn)定后需要一定的時間。
在獲取有關(guān)GNSS衛(wèi)星本身的信息，如軌道信息等，利用GNSS衛(wèi)星發(fā)送的測位信息， GNSS接收機就能進行測位計算，但是，在GNSS接收模塊內(nèi)部并沒有關(guān)于GNSS衛(wèi)星本身 的信息，這樣，首先需獲取有關(guān)GNSS衛(wèi)星本身的信息；然而，獲取全部的軌道信息需要 12.5分鐘，隨機的話需要25分鐘；而且在收集軌道信息期間，GNSS接收模塊能同時進 行探索、捕捉衛(wèi)星狀態(tài)的操作，在GNSS接收模塊輸出測位結(jié)果之前，接收測位結(jié)果的裝 置一直處于等待狀態(tài)。
因此，在現(xiàn)有的GNSS監(jiān)測裝置中，GNSS接收模塊還不能對衛(wèi)星的信息進行快速的處 理，從而導(dǎo)致信息處理時間的延長，相應(yīng)的接收裝置也不能被充分的利用。發(fā)明內(nèi)容
為了提高GNSS監(jiān)測系統(tǒng)中，對衛(wèi)星信息的處理速度，本實用新型提供了一種目標監(jiān)測 裝置及時鐘模塊。
本實用新型中，監(jiān)測裝置搭載了在電源停止時也可以運行的時鐘集成電路(IC)，因為 搭載了時鐘IC，監(jiān)測裝置在電源斷開時，通過時鐘IC的運行，可自動更新時刻。
這個時鐘可以在斷電到通電(GPS接收機能夠正確管理時刻)的過程中，雖然與GP S接 收機接收時相比不是很準確，但也可以確保提供日差在數(shù)十秒的誤差內(nèi)時刻的環(huán)境。由于有 時刻的數(shù)據(jù)，GNSS衛(wèi)星的探索、捕捉時間將比沒有的情況下縮短很多。
該技術(shù)方案如下
一種GNSS監(jiān)測裝置，包括
GNSS接收單元，包括GNSS天線部和GNSS接收機，用于接收GNSS衛(wèi)星的信號數(shù)據(jù)； 通信控制單元，包括微型計算機部，時鐘部，存儲卡，用于控制GNSS接收單元、電
源單元和無線電單元；時鐘部中包含有時鐘集成電路，時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)
GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻；
數(shù)據(jù)處理單元，用于處理接收到的信號數(shù)據(jù)；
電源單元，包括太陽能電池，蓄電池，用于為GNSS監(jiān)測裝置提供電源； 無線電單元，包括無線天線部和無線收發(fā)信機，用于傳送GNSS衛(wèi)星和GNSS接收單 元之間信息。
其中，通信控制單元中的微型計算機部包括中央處理器，只讀存儲器，隨機存儲器，
寄存器，只讀存儲器保存GNSS衛(wèi)星的參數(shù)信息，寄存器保存時刻信息。 時鐘集成電路具體為石英振蕩回路。
時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻，具體通過啟動中央 處理器，中央處理器監(jiān)視GNSS接收單元，并依據(jù)GNSS接收單元對微型計算機部中的寄 存器中的時刻信息進行修正，從而實現(xiàn)修正時鐘部的內(nèi)部時刻。
時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS接收單元每2小時修正一次內(nèi)部時刻。
一種時鐘模塊，包含有時鐘集成電路；
時鐘模塊位于GNSS監(jiān)測裝置中，與GNSS監(jiān)測裝置中的寄存器相連接；寄存器保存時刻 {曰息；
時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS監(jiān)測裝置中的GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻。其中，時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS接收單元每2小時修正一次內(nèi)部時刻。 時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻，具體通過啟動GNSS
監(jiān)測裝置中的中央處理器，中央處理器監(jiān)視GNSS接收單元，并依據(jù)GNSS接收單元，對
寄存器中的時刻信息進行修正，從而實現(xiàn)修正時鐘模塊的內(nèi)部時刻。
通過本實用新型中技術(shù)方案，可以提高GNSS接收機對衛(wèi)星的探索、捕捉和追尾等信
息處理的速度，大大提高了 GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的工作效率。


圖1是實施例中提供的GNSS監(jiān)測裝置的示意圖2是實施例中提供的PI0—A寄存器位分配方框圖3是實施例中提供的PIO一B寄存器位分配方框圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施 方式作進一歩地詳細描述。
本實施例提供一種GNSS監(jiān)測裝置。GNSS監(jiān)測裝置由通信控制單元、電源單元、GNSS 接收裝置、無線電收發(fā)信裝置等組成；在通信控制單元中，包括時鐘部，電壓控制部， 電源控制部，電池部等模塊；
圖1是GNSS監(jiān)測裝置的示意其中，1為GNSS接收單元，由GNSS天線部及GNSS接收機部構(gòu)成；GNSS接收單元接 收從人造衛(wèi)星發(fā)出的測位信號，在GNSS接收機內(nèi)進行測位運算，再由GNSS接收機輸出 位置信息，時鐘信息及時刻同步信號；
2為通信控制單元，由中央處理器(CPU)2a，只讀存儲器(R0M) 2b，隨機存儲器(RAM) 2c的微型多用計算機部，時鐘部2d，存儲卡2d構(gòu)成；CPU2a具有中斷控制器(1NTC)、 串行通信端口 (SIO)、通用的并行輸入輸出端口 (PIO)、計數(shù)器(COUNT)等基本功能；
通常，串行通信端口2個，16位計數(shù)器3個、8位并行輸入輸出端口 4個。
3為電源單元，由太陽能電池板3f在白天接收太陽光來發(fā)電，在供給裝置直流電源的 同時為蓄電池充電。 一旦太陽能電池不能發(fā)電時，將由蓄電池供給裝置直流電源。供給 的直流電源可制造出通信控制部2所需的電壓+VCC，并且為使電源開關(guān)3e切斷后RAM 2c 內(nèi)容不消失，利用搭載在基片上的電池3d也制造出電壓+Vback;同時，對無線電收發(fā)信裝置4的電源0N-0FF控制及收發(fā)信許可、禁止等操作；
4為無線電收發(fā)信單元，由無線天線部及無線收發(fā)信機組成。 在通信控制單元2中，時鐘部2d由計數(shù)器模塊，同步信號管理模塊構(gòu)成 計數(shù)器模塊，用于管理衛(wèi)星捕捉時的正確同步計時， 同步信號管理模塊，用于管理GNSS接收機輸出的同步信號。
為了提高GNSS接收機對衛(wèi)星信息的處理速度，本實施例中的GNSS監(jiān)測系統(tǒng)采用了如 下裝置
1、 在通信控制單元中，微型多用計算機部采用的CPU IC具有中斷控制器(工NTC)、串 行通信端口 (SIO)、通用的并行輸入輸出端口 (PIO)、計數(shù)器(COUNT)等基本功能；
作為優(yōu)選方法，串行通信端口2個，16位計數(shù)器3個、8位并行輸入輸出端口 4個。
2、 在GNSS接收裝置中，GNSS衛(wèi)星通過GNSS時系被精確控制，發(fā)送基于GNSS時系 的同歩信號。 一方面，我們利用的時刻是基于UTC時系運轉(zhuǎn)的，該GNSS時系是將UTC的 1980年IO月作為基準開始的，根據(jù)隨后的閏秒的補正，現(xiàn)在比UTS時系慢了 12秒。盡 管時系不同，但是，時間的刻度是相同的。
此處，GNSS接收機在地上接收GNSS信號，考慮了地上位置的測定。
GNSS衛(wèi)星位于地上約20000km的位置、來自GNSS接收機頭頂上的GNSS衛(wèi)星放送的 信號約需70 ms到達接收機(仰角越低，到達時間越遲)。
原理性的以地上的GNSS接收機為例，如果通過3個GNSS衛(wèi)星判定GNSS衛(wèi)星與地上 的GNSS接收機的天線間的距離，則可知地上的位置。
利用時間來測定距離。將時間乘以電磁波的速度(電磁波的速度是光速，約300000 km/h)即可求得。
對于重疊的GNSS電磁波信號有表示時刻開始的標記，如果地上的GNSS接收機正確 求解該標記的接收時刻，則可測定出從GNSS衛(wèi)星出發(fā)到電磁波到達GNSS接收機的天線 的時間。
此外，如果假定地上的GNSS接收機的測位精度是300m,那么地上的GNSS接收機的 時刻的系統(tǒng)誤差變成lii秒。也就是說，即使在全世界范圍內(nèi)讓相同的GNSS接收機動作 的場合、全部的GNSS接收機在ly秒散亂的范圍內(nèi)可以取得同步。
實際上連使用了車載導(dǎo)航等的GNSS接收機的測位精度也是30m，根據(jù)上述所述，具 有比己經(jīng)說明了的更好的時刻精度(測位精度更高的意思)。
為了利用該時刻信號，GNSS接收機輸出經(jīng)UTS時系同步的脈沖信號。每l秒輸出的時刻同歩信號被稱做ipps信號。
除了1pps外，還有輸出5pps、 iopps、 20pps等信號的gnss接收機。 3、由時鐘來控制電源部的起動、停止；
(1) 電源部的動作
電源3e處于開(ON)狀態(tài)，直流正電壓(+DC)輸入電壓電阻3h，就接通電源丌關(guān)、為 電源控制部施加+DC輸入電壓3h。電源控制部一有電源控制部的+DC輸入電壓3h，電源 控制內(nèi)的開關(guān)振蕩回路就開始動作、產(chǎn)生電壓+Vcc，電壓+Vcc—穩(wěn)定，就接受+Vcc的供 給，CPU控制部開始動作，CPU控制部在+Vcc的供給的同時產(chǎn)生一個讓CPU復(fù)位的信號， CPU回路按照記錄在附屬的ROM中的程序開始動作/控制。
圖2是本實施例中提供的PI0—A寄存器(時刻寄存器)位分配方框根據(jù)CPU輸出PI0-A寄存器的位-6電源0N信號為1信號，將位-6信號供給給電源 控制部的電源開關(guān)ON信號。啟動時通過電源開關(guān)回路供給給電源控制回路的電源開關(guān) 0N信號， 一旦變成位-6信號供給的狀態(tài)，則即使電源開關(guān)回路的信號消失，電源控制回 路中的信號的供給也持續(xù)下去，只要+Vcc電壓產(chǎn)生回路，不停止動作就具備了連續(xù)動作 的條件。另外，基于+DC輸入電壓3h，蓄電池3g被充電。蓄電池3g在+DC輸入電壓3h 不再供給的情況時，將由該蓄電池3g向整個裝置提供必要的電源。
以上是對+DC輸入信號的說明，太陽能電池板3f的工作原理與上述+DC輸入信號的 工作過程一致。
(2) GNSS接收機部由+Vback驅(qū)動
為了使GNSS接收機連續(xù)動作，GNSS接收部通過電池+Vback控制電源的話，只要電 池+Vback供給電源，GNSS接收機就能夠持續(xù)動作。
(3) 時鐘部即使沒有+Vcc也能夠動作
連時鐘部即使沒有+Vcc電壓也能維持動作，時鐘部也由+Vback電源供電。
(4) 在指定時刻電源+Vcc啟動的方案
圖3是本實施例中提供的PI0—B寄存器(時刻寄存器)位分配方框圖； 由于時鐘部及GNSS接收機由電源+back驅(qū)動，為了基于時鐘部指定的時間輸出信號、
預(yù)先利用時鐘部的報警設(shè)置功能、通過PI0-B寄存器的位-0、位-1、位-2、位-3在時鐘
部設(shè)置報警信號輸出時刻；
另外，位-0是許可時鐘IC從外部進行操作的信號；位-l是從時鐘IC讀出的連續(xù)數(shù)
據(jù)由CPU接收寄存器的位端口；位-2是對時鐘IC進行添加數(shù)據(jù)時的發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)位端口，為使時鐘IC讀取和添加連續(xù)數(shù)據(jù)，位-3信號輸出脈沖信號，使連續(xù)數(shù)據(jù)與該信號 同步，讀取并進行添加。
為電源控制部加入報警信號后電源控制內(nèi)的開關(guān)振蕩回路就開始工作，產(chǎn)生+Vcc電 壓。+Vcc電壓一穩(wěn)定，就接受+Vcc的供給、CPU控制部開始動作。CPU控制部在+Vcc的 供給的同時產(chǎn)生一個讓CPU復(fù)位的信號，CPU回路按照記錄在附屬的ROM中的程序丌始 動作/控制。根據(jù)CPU輸出PIO-A寄存器的位-6電源0N信號為l信號、將電源ON信號 供給給電源控制部。啟動時通過報警信號供給給電源控制回路的電源ON信號，--旦變成 電源ON信號供給的狀態(tài)，則即使報警信號消失，電源控制回路中的電源ON信號的供給 也持續(xù)下去，只要+Vcc電壓產(chǎn)生回路不停止動作就具備了連續(xù)動作的條件。
(5) 管理回路內(nèi)時刻的方案
能夠根據(jù)CPU設(shè)定GNSS接收機的測位時刻，當1日1次GNSS處于測位狀態(tài)時，在 最新的測位時刻修正時鐘部內(nèi)的時刻寄存器。該修正即使是1閂1次也能正確地維持時 鐘部內(nèi)的內(nèi)部時刻寄存器。
(6) 在指定時刻內(nèi)+Vcc電源停止方案
為了停止電源，按照CPU的軟件的指示，如果指示停止PI0-A寄存器的位--6的電源 ON信號，貝ij維持電源控制回路動作的信號消失，電源控制部內(nèi)的丌關(guān)振蕩回路停止動作， 十Vcc電壓停止。
這樣構(gòu)成了基于電源部啟動信號和按照CPU動作產(chǎn)生維持電壓發(fā)生動作的信號，電 源部產(chǎn)生/停止+Vcc電壓的方案。
還有，在切斷控制部的電源前，設(shè)定時鐘部的最新GNSS測位時刻，然后，電源ON 信號設(shè)定為"0"，使電源ON信號停止。
4. 準確管理時刻的方案；
時鐘部本身具有石英振蕩回路，根據(jù)振蕩回路產(chǎn)生的頻率數(shù)來管理時刻。為此，時 鐘部內(nèi)的時刻精度依靠本身的石英振蕩器。為此，時鐘部的時刻精度始終保留確定啟動 時間的目標的時刻管理能力。
為此，搭載有GNSS接收機，基于以GNSS接收機輸出的l秒信號管理時刻的時鐘利 用CPU內(nèi)的計數(shù)器，設(shè)計作為控制部內(nèi)的基本時刻的時鐘。
GNSS接收機輸出的1秒脈沖與UTC的時刻差的精度達到100ns，計數(shù)器能夠構(gòu)成正 確的1秒計時的時鐘。
5. 時鐘IC (集成電路)校正的方案；啟動后的GNSS接收機處于進行衛(wèi)星的探索/捕捉/追尾的測位狀態(tài)。該時間雖然與 GNSS接收機的軌道信息的收集時間有關(guān)，但是大約2分鐘最遲至4分鐘后到達追尾/測 位狀態(tài)，NSS接收機準備完畢，與此同時，啟動通信控制部的CPU， CPU監(jiān)視GNSS接收 機的接收模式，當衛(wèi)星一變成探索/捕捉/追尾/測位的狀態(tài)，GNSS接收機輸出的時刻的精 度就達到數(shù)十納秒。GNSS接收機到達測位狀態(tài)后按照基于時鐘IC現(xiàn)在的正確時刻的CPU 軟件設(shè)定時鐘IC的時刻。時鐘IC在GNSS接收機到達測位狀態(tài)的時候校正GNSS時刻。 這樣，控制表示極度正確的時刻，該極度正確的時刻是基于時鐘IC校正的GNSS的時刻。 還有，在連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合因為GNSS接收機啟動模式和測位模式切換都不只一次，所以 CPU在GNSS接收機連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合每隔2小時就進行時鐘IC的校正。
通過本實施例中的技術(shù)方案，GNSS接收機追尾、捕捉GNSS衛(wèi)星，獲得最新的軌道信息， 用對測位計算必要的最新信息進行測位計算得到測位計算結(jié)果。測位結(jié)果一出來就判斷大致 正確的時刻，然后隨著連續(xù)運轉(zhuǎn)自身一直使用著的TCXO振蕩器的頻率數(shù)的差慢慢地得到補 正，從而時刻的正確性慢慢地得到提高。
本實施例縮短了 GNSS接收機對衛(wèi)星的探索、捕捉、追尾所使用的時間，提高了信息處 理的速度，大大提高了 GNSS監(jiān)測系統(tǒng)的工作效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種GNSS監(jiān)測裝置，其特征在于，所述裝置包括用于接收GNSS衛(wèi)星的信號數(shù)據(jù)的GNSS接收單元，包括GNS8天線部和GNSS接收機；用于控制所述GNSS接收單元、電源單元和無線電單元的通信控制單元，包括微型計算機部，時鐘部，存儲卡；所述時鐘部中包含有時鐘集成電路，所述時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)所述GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻；用于處理接收到的信號數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元，；用于為GNSS監(jiān)測裝置提供電源的電源單元，包括太陽能電池，蓄電池；用于傳送GNSS衛(wèi)星和所述GNSS接收單元之間信息的無線電單元，包括無線天線部和無線收發(fā)信機。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GNSS監(jiān)測裝置，其特征在于，所述通信控制單元中的微型 計算機部包括中央處理器，保存GNSS衛(wèi)星的參數(shù)信息的只讀存儲器，隨機存儲器，保存 時刻信息的寄存器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的GNSS監(jiān)測裝置，其特征在于，所述時鐘集成電路具體為石 英振蕩回路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一項所述的GNSS監(jiān)測裝置，其特征在于，所述時鐘集成電 路不間斷工作，根據(jù)所述GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻，具體通過啟動所述中央處理器， 所述中央處理器監(jiān)視所述GNSS接收單元，并依據(jù)所述GNSS接收單元對所述微型計算機 部中的寄存器中的時刻信息進行修正，從而實現(xiàn)修正時鐘部的內(nèi)部時刻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的GNSS監(jiān)測裝置，其特征在于，不間斷工作的所 述時鐘集成電路根據(jù)所述GNSS接收單元每2小時修正一次內(nèi)部時刻。
6、 一種時鐘模塊，其特征在于，所述時鐘模塊中包含有時鐘集成電路； 所述時鐘模塊位于GNSS監(jiān)測裝置中，與所述GNSS監(jiān)測裝置中的寄存器相連接；所述寄存器保存時刻信息；所述時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)所述GNSS監(jiān)測裝置中的GNSS接收單元修正內(nèi)部 時刻。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的時鐘模塊，其特征在于，不間斷工作的所述時鐘集成電路 根據(jù)所述GNSS接收單元每2小時修正一次內(nèi)部時刻。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項所述的時鐘模塊，其特征在于，不間斷工作的所述時鐘集成電路根據(jù)所述GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻，具體通過啟動所述GNSS監(jiān)測裝置 中的中央處理器，所述中央處理器監(jiān)視所述GNSS接收單元，并依據(jù)所述GNSS接收單元， 對所述寄存器中的時刻信息進行修正，從而實現(xiàn)修正時鐘模塊的內(nèi)部時刻。
專利摘要本實用新型公開了一種GNSS監(jiān)測裝置及時鐘模塊，屬于監(jiān)測領(lǐng)域。GNSS監(jiān)測裝置包括GNSS接收單元，通信控制單元，包含微型計算機部，時鐘部，存儲卡，該時鐘部中包含有時鐘集成電路，該時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻；電源單元，包含太陽能電池板，蓄電池；無線電單元，包含無線天線部和無線收發(fā)信機。時鐘模塊，包含有時鐘集成電路；該時鐘模塊位于GNSS監(jiān)測裝置中，與GNSS監(jiān)測裝置中的寄存器相連接，寄存器保存時刻信息；該時鐘集成電路不間斷工作，根據(jù)GNSS監(jiān)測裝置中的GNSS接收單元修正內(nèi)部時刻。本實用新型可以提高GNSS接收機對衛(wèi)星的探索、捕捉和追尾等信息處理的速度。
文檔編號G04G7/00GK201352258SQ200820123469
公開日2009年11月25日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者文 武, 角谷一明 申請人:文 武