本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航授時技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種時間同步裝置及其同步方法。

背景技術(shù)：

高精度時間基準是通信、電力、工業(yè)以及國防建設(shè)等領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)保障平臺之一，為計算機應(yīng)用系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、特種設(shè)備等提供精準的時間信號，最終可以大幅度的提高系統(tǒng)或設(shè)備的運行品質(zhì)和管理品質(zhì)。時間同步技術(shù)是一門隨著國防建設(shè)逐步發(fā)展起來的新興技術(shù)，如今在其它領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。高質(zhì)量的時間同步技術(shù)可確保設(shè)備間時間高度統(tǒng)一，如在通信領(lǐng)域，時間同步精度決定著信號接收的同步性。

全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)時間是較高精度的時間基準，gps是目前應(yīng)用最廣的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，gps授時產(chǎn)品大量應(yīng)用于我國的各行各業(yè)，但在特殊時期存在gps信號中斷或信號不可用的隱患。

北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是由我國自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)之一，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有導航、定位、授時和通信四大功能，北斗導航系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在國防安全、交通運輸、海洋漁業(yè)、安全生產(chǎn)、減災(zāi)救災(zāi)、測繪、電信和大眾消費等領(lǐng)域。北斗時頻產(chǎn)品逐步替代gps產(chǎn)品，時頻產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)自主化，可長期保證高精度時頻基準，以滿足我國國民經(jīng)濟和國防建設(shè)的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計出一種時間同步裝置及其同步方法，解決了特殊時期的gps授時產(chǎn)品的gps信號可能會中斷或不可用的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種時間同步裝置，包括北斗天線、zigbee天線、gsm天線和主機，所述主機包括背板，分別設(shè)置在背板上的北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊；所述北斗天線，用于接收射頻信號并傳輸給北斗板；所述北斗板，用于對射頻信號進行處理并將處理后得到的utc時間信號、秒脈沖信號以及預(yù)設(shè)的時間延遲信號通過串口傳輸給fpga模塊，將預(yù)設(shè)的時間延遲信號通過串口傳輸給zigbee模塊或gsm模塊；所述背板，用于為fpga模塊提供時鐘信號并為北斗板、fpga模塊和通訊模塊供電；所述fpga模塊，用于對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖并將其轉(zhuǎn)化為電平信號進行延時輸出；所述zigbee模塊，用于將時間延遲信號通過其數(shù)據(jù)通信鏈路并經(jīng)與其連接的zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置；所述gsm模塊，用于將時間延遲信號通過其數(shù)據(jù)通信鏈路并經(jīng)與其連接的gsm天線傳輸給另一時間同步裝置。

進一步地，所述北斗板包括饋電轉(zhuǎn)換模塊、北斗\gps芯片、微處理器，所述饋電轉(zhuǎn)換模塊的直流信號輸入端與北斗天線連接，直流信號輸出端與北斗\gps芯片連接，北斗\gps芯片與微處理器連接。

進一步地，所述zigbee模塊為短距離數(shù)據(jù)鏈路通信模塊。

進一步地，所述zigbee模塊的傳輸距離為1600m，無線頻率為2405mhz-2480mhz。

進一步地，所述gsm模塊為長距離數(shù)據(jù)鏈路通信模塊。

進一步地，所述射頻信號包括bd2b1頻點信號、bd2s頻點信號和gpsl1頻點信號。

一種時間同步方法，具體包括以下步驟：

步驟1：北斗天線將接收到的bd2b1頻點信號、bd2s頻點信號和gpsl1頻點信號傳輸給北斗板；

步驟2：北斗板對接收到的信號進行處理，生成utc時間信號和秒脈沖信號，同時用戶向北斗板內(nèi)設(shè)置時間延遲信號，北斗板將utc時間信號、秒脈沖信號和時間延遲信號通過串口傳輸給fpga模塊；

步驟3：判斷數(shù)據(jù)傳輸距離，若數(shù)據(jù)傳輸距離小于1600m，則北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給zigbee模塊，zigbee模塊將時間延遲量通過zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置；否則，北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給gsm模塊，gsm模塊將時間延遲量通過gsm天線傳輸給另一時間同步裝置；fpga模塊對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖并將其轉(zhuǎn)化為電平信號，然后，根據(jù)接收到的時間延遲信號對電平信號進行延時輸出。

進一步地，還包括步驟4：北斗板通過北斗天線發(fā)射bdl頻點信號，以短報文通信的形式向另一時間同步裝置發(fā)送時間延遲量。

本發(fā)明的積極有益效果：

1、本發(fā)明時間同步裝置采用模塊化設(shè)計，集成度高，大大降低了設(shè)備成本，提高穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明時間同步裝置使用了北斗系統(tǒng)替代了gps系統(tǒng)，使得在gps信號不可用時，仍然能夠正常實現(xiàn)運轉(zhuǎn)，具有較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3、采用gsm模塊和zigbee模塊雙模通信，在視距范圍內(nèi)采用zigbee模塊形成短距離的通信鏈路，傳輸距離較遠時，采用gsm模塊形成長距離的通信鏈路，確保設(shè)備授時功能穩(wěn)定性。

4、本發(fā)明的北斗板發(fā)射bd2s頻點信號，可實現(xiàn)rdss功能，能夠?qū)崿F(xiàn)短報文通信。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路原理框圖。

圖2為北斗板的電路原理框圖。

圖3為背板的電路原理框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

結(jié)合圖1說明本實施方式，本發(fā)明的時間同步裝置，采用北斗板作為時間基準，支持單北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)工作，在視距范圍內(nèi)采用zigbee模塊形成短距離的通信鏈路，傳輸距離較遠時，采用gsm模塊形成長距離的通信鏈路。該時間同步裝置包括北斗天線、zigbee天線、gsm天線和主機，所述主機包括背板、北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊，所述北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊分別設(shè)置在背板上。

北斗天線與北斗板的射頻信號輸入端連接，北斗板的脈沖和時間信號輸出端與fpga模塊的信號輸入端連接，北斗板的時間延遲信號輸出端分別與zigbee模塊和gsm模塊的信號輸入端連接。zigbee模塊的信號輸出端與zigbee天線連接，構(gòu)成近距離、低功耗、低成本無線通訊鏈路。gsm模塊的信號輸出端與gsm天線連接，構(gòu)成遠距離的gprs無線通信網(wǎng)絡(luò)。背板的電源模塊的輸出端分別與北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊的電源端口連接。

所述北斗天線，用于接收射頻信號并傳輸給北斗板，射頻信號包括bd系統(tǒng)的b1頻點信號和s頻點信號，以及gps系統(tǒng)的l1頻點信號。

如圖2所示，所述北斗板，用于對射頻信號進行變頻處理，然后由基帶捕獲、跟蹤、測量和定位，并將最終解算出的utc時間信號、秒脈沖信號（1pps信號）以及預(yù)設(shè)的時間延遲信號通過rs232串口傳輸給fpga模塊，同時將預(yù)設(shè)的時間延遲信號通過rs232串口傳輸給zigbee模塊或gsm模塊。北斗板包括饋電轉(zhuǎn)換模塊、北斗\gps芯片和微處理器，所述饋電轉(zhuǎn)換模塊的直流信號輸入端與北斗天線連接，直流信號輸出端與北斗\gps芯片連接，北斗\gps芯片與微處理器連接，饋電轉(zhuǎn)換模塊將5v的電壓信號轉(zhuǎn)換為3.3v的電壓信號，北斗\gps芯片將其生成的秒脈沖信號（1pps信號）傳輸給fpga模塊；微處理器將utc時間信號和時間延遲信號傳輸給fpga模塊，將時間延遲信號傳輸給zigbee模塊或gsm模塊。

如圖3所示，所述背板，用于為fpga模塊提供10mhz的時鐘信號并為北斗板、fpga模塊和通訊模塊供電。背板模塊為北斗板提供5v直流電源，為zigbee模塊提供3.3v直流電源，為gsm模塊和fpga模塊提供12v直流電源。

所述fpga模塊，用于對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖信號并將其轉(zhuǎn)化為電平信號進行延時輸出，完成精密的時間同步。所述zigbee模塊，用于將時間延遲信號通過其數(shù)據(jù)通信鏈路并經(jīng)與其連接的zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置，本實施例中采用的zigbee模塊的傳輸距離為1600m，無線頻率為2405mhz-2480mhz。所述gsm模塊，用于將時間延遲信號通過其數(shù)據(jù)通信鏈路并經(jīng)與其連接的gsm天線傳輸給另一時間同步裝置。

本發(fā)明的時間同步方法，具體包括以下步驟：

首先，北斗天線將接收到的bd2b1頻點信號、bd2s頻點信號和gpsl1頻點信號傳輸給北斗板；

然后，北斗板對接收到的信號進行處理，生成utc時間信號和秒脈沖信號，同時用戶向北斗板內(nèi)設(shè)置時間延遲信號，北斗板將utc時間信號、秒脈沖信號和時間延遲信號通過串口傳輸給fpga模塊；

最后，判斷數(shù)據(jù)傳輸距離，若數(shù)據(jù)傳輸距離小于1600m，則北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給zigbee模塊，zigbee模塊將時間延遲量通過zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置；否則，北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給gsm模塊，gsm模塊將時間延遲量通過gsm天線傳輸給另一時間同步裝置；fpga模塊對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖并將其轉(zhuǎn)化為電平信號，然后，根據(jù)接收到的時間延遲信號對電平信號進行延時輸出。

還包括步驟4：北斗板通過北斗天線發(fā)射bdl頻點信號，以短報文通信的形式向另一時間同步裝置發(fā)送時間延遲量。

最后應(yīng)當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解；依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中。