GPS时间的同步处理和发送的研究

摘要时间统一技术是由导弹、航天试验的需要而发展起来的一门技术，随着现代武器装备、导航、通信、电力等科学技术的进步，越来越多的工程和科学领域需要时间统一。国际标准的IRIG-B格式时间码（简称B码）作为时间同步标准，在靶场测量、控制、通信、气象等设备广泛采用。本课题根据国际通用的IRIG-B格式时间码，并遵照IV型B码终端设计的要求，以Atmel公司的ATmega128单片机作为解调控制单元，Atmel公司的大规模可编程器件ATF1508作为分频链和计数链，辅以必要的模拟电路，设计出B码时统终端。该终端可以解调B码DC码，AC码GPS时间信号，将串行时间信息转化为用户要求的时间序列，并提供系统需要的各种同步信号。此系统同时带有时间源发生器，并且内部带有B码源，将时统终端的时间信息进行调制成AC码和DC码，通过传输信道发回B码时间分站，以供时间分站对终端设备进行修时和控制。关键词：时统终端B码GPSDC码AC码ABSTRACTTimingsystemisanewtechnologyaccompanyingwithrequirementofmissileandspaceflight.Withthedevelopmengofmodernweapons,navigation,communicationandelectricpower,moreandmoreengineeringandscientificfieldsneedtimingunification.InternationalpopularIRIG-Bcodeisusedastimesynchronizationstandard,which,isadoptedindeviceoftestinginshootingrange,contrlling,communicationanweather.ThepaperdiscussesthetimingequipmentaccordingtoformatofIRIG-BcodeandstandardofIVtimingequipment,inwhich,ATmega128singlechipcomputerofAtmelcompanyisusedascontrollingunitofdemodulationanATF1508FPGAisusedascounterchainandfrequencychain.ThetimingequipmentcandemodulateDCcode,ACcodeofIRIG-BandGPStime,andthentransferserialtimetothetypethatrserneedsandgivealsothesynchronizationpulsethatkeepinphasewiththetime.ThetimingequipmenthasthefunctiontogeneratetimeandgenerateIRIG-Bcode,whichissenttobasestationofBcodetoadjusttime.Keywords:TimingEquipmentBCodeGPSDCcodeACcodeI目录第一章绪论...............................................................................................11.1时间的概念......................................................................................................................-1-1.2时间统一技术.................................................................................................................-1-1.3论文研究的目的和内容..............................................................................................-3-第二章标准时统设备与IRIG-B码..................................................-5-2.1时统终端...........................................................................................................................-5-2.2IRIG-B时间码................................................................................................................-6-2.3GPS.....................................................................................................................................-8-第三章B码时统终端的设计..........................................................-10-3.1总体设计.........................................................................................................................-10-3.2B码时间解调部分的设计........................................................................................-13-3.3B码时间调制部分的设计........................................................................................-19-3.4GPS时间信息的解调.................................................................................................-21-第四章可靠性分析...........................................................................-23-4.1B码解调精度分析......................................................................................................-23-4.2B码终端可靠性分析.................................................................................................-24-第五章发展和展望...........................................................................-25-5.1时间统一系统的发展方向.......................................................................................-25-5.2时间统一技术在其他领域中的应用....................................................................-26-结论..............................................................................................-28-参考文献........................................................................................-29-致谢..............................................................................................-30-附录1...............................................................................................-31--1-第一章绪论1.1时间的概念在世界上的多种语言中，时间一词有着几种不同的含义。国际电信联盟（ITU）在其所推荐的有关时间频率的术语中这样解释和定义时间：“在英语中，时间一词用于说明在一个选定的时间尺度上的一个瞬间。”在一种时间尺度中，它指的是2件事件之间的或1个事件所持续时间的时间间隔的量度。显然,时间是一种不可逆的顺序事件的连续集,这和汉语中有关时间的结论不谋而合【1】。至于“时间标准”（TimeStandard），ITU-R作了如下定义和解释：“①用于实现时间单位的设备；②用于实现一个时间尺度的连续运转设备，该时间尺度符合于秒定义和一个适当选择的原点。”显然，其所定义的“时间标准”指的是“设备”。易于理解的是，这显然是与无线电计量中的“频率标准”类比而言的。不管是从其生产的渊源的复杂性（频率标准产生的尺度单位和天象决定的时刻的协调），还是从实际应该的方便性上（时间尺度方便于量值传递），已远远超出上述设备含义而形成一个重要的研究和应用领域了。从一般原理上说，周期性的现象或物理过程可以用来计量时间。作为基准，要求这种周期现象必须是惟一的，稳定的，可长期稳定复现的。1.2时间统一技术时间统一技术是由于导弹，航天试验的需要而发展起来的一门新技术，随着现代武器装备，导航，通信，电力等科学技术的进步，越来越多的工程和科学领域需要时间统一系统，并且在国防科研中应用广泛。1.2.1时间统一系统时间统一系统是向国防科研试验提供标准时间和频率信号，以实现整个实验系统时间和频率的统一，有各种电子设备组成的一套完整的系统。完整的时间统一系统的组成由图1.1所示]15[。-2-授时台国家时间频率基准定时校频接收机频率标准时码产生器时码分配放大器定时校频接收机频率标准时码产生器时码分配放大器授时部分用户用户用户部分图1.1时间统一系统的组成其中，国家时间频率基准根据各国不同情况，大多数位于天文台，计量部门或时间频率标准实验室。对于某些工作地域较小的国防科研试验，可不需要与国家时间频率标准保持一致，可以根据实际的需要，确定该试验中心的时间频率标准作为本系统的时间频率的统一标准。授时台可以通过无线电的方式传递时间频率量值，时间统一系统正是基于此，通过授时台送至各个时统设备所在地，以实现整个系统的时间统一。对于某些工作地域较小的国防科研试验，可不需要与国家时间频率标准保持一致，可以根据实际的需要，可采用有线或无线信道，将该系统中心的标准时间频率信号传送到各个时统设备。定时校频接收机用来接收授时台发布的标准时间频率信号，以实现本地时间和标准时间信号的同步和本地频率信号与标准频率信号的校准。条件允许时，时统设备应配置2种精度相当的定时校频接收机。频率标准是向时码产生器提供标准频率信号，以让时码产生器产生标准时间信号的源，其频率准确度和频率稳定度直接影响标准时间信号的质