GPS時間的同步處理和發(fā)送的研究--畢業(yè)論文.doc

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1、摘摘 要要 時間統一技術是由導彈、航天試驗的需要而發(fā)展起來的一門技術，隨著現 代武器裝備、導航、通信、電力等科學技術的進步，越來越多的工程和科學領 域需要時間統一。國際標準的 IRIG-B 格式時間碼（簡稱 B 碼）作為時間同步標 準，在靶場測量、控制、通信、氣象等設備廣泛采用。 本課題根據國際通用的 IRIG-B 格式時間碼，并遵照 IV 型 B 碼終端設計的 要求，以 Atmel 公司的 ATmega128 單片機作為解調控制單元，Atmel 公司的大 規(guī)?？删幊唐骷?ATF1508 作為分頻鏈和計數鏈，輔以必要的模擬電路，設計出 B 碼時統終端。該終端可以解調 B 碼 DC 碼，AC 碼

2、 GPS 時間信號，將串行時 間信息轉化為用戶要求的時間序列，并提供系統需要的各種同步信號。此系統 同時帶有時間源發(fā)生器，并且內部帶有 B 碼源，將時統終端的時間信息進行調 制成 AC 碼和 DC 碼，通過傳輸信道發(fā)回 B 碼時間分站，以供時間分站對終端 設備進行修時和控制。 關鍵詞：時統終端關鍵詞：時統終端 B 碼碼 GPS DC 碼碼 AC 碼碼 ABSTRACT Timing system is a new technology accompanying with requirement ofmissile and spaceflight.With the developmeng of

3、modern weapons,navigation,communication and electric power,more and more engineering and scientific fields need timing unification.International popular IRIG-B code is used as time synchronization standard,which,is adopted in device of testing inshooting range,contrlling, communication an weather. T

4、he paper discusses the timing equipment according to format of IRIG-B code and standard of IV timing equipment ,in which,ATmega128single chip computer of Atmel company is used as controlling unit ofdemodulation an ATF1508 FPGA is used as counter chain and frequency chain.The timing equipmentcan demo

5、dulate DC code,AC code of IRIG-B and GPS time,and then transfer serial time to the type that rser needs and give also the synchronization pulse that keep in phase with the time.The timing equipment has the function to generate time and generate IRIG-B code,which is sent to base station of B code to

6、adjust time. Key words: Timing Equipment B Code GPS DC code AC code I 目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論- 0 - 1.1 時間的概念.- 1 - 1.2 時間統一技術- 1 - 1.3 論文研究的目的和內容.- 3 - 第二章第二章 標準時統設備與標準時統設備與 IRIG-B 碼碼.- 5 - 2.1 時統終端- 5 - 2.2 IRIG-B 時間碼.- 6 - 2.3 GPS- 8 - 第三章第三章 B 碼時統終端的設計碼時統終端的設計- 10 - 3.1 總體設計- 10 - 3.2 B 碼時間解調部分的設計.- 13

7、 - 3.3 B 碼時間調制部分的設計.- 19 - 3.4 GPS 時間信息的解調- 21 - 第四章第四章 可靠性分析可靠性分析- 23 - 4.1 B 碼解調精度分析.- 23 - 4.2 B 碼終端可靠性分析- 24 - 第五章第五章 發(fā)展和展望發(fā)展和展望- 25 - 5.1 時間統一系統的發(fā)展方向- 25 - 5.2 時間統一技術在其他領域中的應用.- 26 - 結結 論論- 28 - 參參 考考 文文 獻獻- 29 - 致致 謝謝- 30 - 附附 錄錄 1.- 31 - - 1 - 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 時間的概念時間的概念 在世界上的多種語言中，時間一詞有著幾種

8、不同的含義。國際電信聯盟 （ITU）在其所推薦的有關時間頻率的術語中這樣解釋和定義時間：“在英語中， 時間一詞用于說明在一個選定的時間尺度上的一個瞬間。 ”在一種時間尺度中， 它指的是 2 件事件之間的或 1 個事件所持續(xù)時間的時間間隔的量度。顯然,時間 是一種不可逆的順序事件的連續(xù)集,這和漢語中有關時間的結論不謀而合【1】。 至于“時間標準” （Time Standard） ，ITU-R 作了如下定義和解釋：“用 于實現時間單位的設備；用于實現一個時間尺度的連續(xù)運轉設備，該時間尺 度符合于秒定義和一個適當選擇的原點。 ” 顯然，其所定義的“時間標準”指的是“設備” 。易于理解的是，這顯然是

9、與無線電計量中的“頻率標準”類比而言的。不管是從其生產的淵源的復雜性 （頻率標準產生的尺度單位和天象決定的時刻的協調） ，還是從實際應該的方便 性上（時間尺度方便于量值傳遞） ，已遠遠超出上述設備含義而形成一個重要的 研究和應用領域了。 從一般原理上說，周期性的現象或物理過程可以用來計量時間。作為基準， 要求這種周期現象必須是惟一的，穩(wěn)定的，可長期穩(wěn)定復現的。 1.21.2 時間統一技術時間統一技術 時間統一技術是由于導彈，航天試驗的需要而發(fā)展起來的一門新技術，隨 著現代武器裝備，導航，通信，電力等科學技術的進步，越來越多的工程和科 學領域需要時間統一系統，并且在國防科研中應用廣泛。 1.2.

10、1 時間統一系統時間統一系統 時間統一系統是向國防科研試驗提供標準時間和頻率信號，以實現整個實 驗系統時間和頻率的統一，有各種電子設備組成的一套完整的系統。完整的時 間統一系統的組成由圖 1.1 所示。 15 - 2 - 授時臺 國家時間 頻率基準 定時校頻 接收機 頻率標準時碼產生器 時碼分配 放大器 定時校頻 接收機 頻率標準時碼產生器 時碼分配 放大器 授時部分 用戶 用戶 用戶部分 圖 1.1 時間統一系統的組成 其中，國家時間頻率基準根據各國不同情況，大多數位于天文臺，計量部 門或時間頻率標準實驗室。對于某些工作地域較小的國防科研試驗，可不需要 與國家時間頻率標準保持一致，可以根據實

11、際的需要，確定該試驗中心的時間 頻率標準作為本系統的時間頻率的統一標準。 授時臺可以通過無線電的方式傳遞時間頻率量值，時間統一系統正是基于 此，通過授時臺送至各個時統設備所在地，以實現整個系統的時間統一。對于 某些工作地域較小的國防科研試驗，可不需要與國家時間頻率標準保持一致， 可以根據實際的需要，可采用有線或無線信道，將該系統中心的標準時間頻率 信號傳送到各個時統設備。 定時校頻接收機用來接收授時臺發(fā)布的標準時間頻率信號，以實現本地時 間和標準時間信號的同步和本地頻率信號與標準頻率信號的校準。條件允許時， 時統設備應配置 2 種精度相當的定時校頻接收機。 頻率標準是向時碼產生器提供標準頻率信

12、號，以讓時碼產生器產生標準時 間信號的源，其頻率準確度和頻率穩(wěn)定度直接影響標準時間信號的質量。 時碼產生器將頻率標準送來的標準頻率信號通過分頻就可以得到秒、分、 時、天等時間標志，但這時的時間并未和標準時間同步。與標準時間對時的過 程稱為定時，即用定時接收機送來的標準時間信號同步時碼產生器的時間。時 統設備與用戶設備的接口稱為標準時碼信號。時碼產生器完成將標準時間編碼 成標準時碼信號，為了保證其工作的可靠性均進行冗余設計。 時碼分配放大器將時碼產生器送來的標準時碼信號，根據接口標準的規(guī)定， 變換為與用戶設備接口的標準化的時碼信號并經分路、放大后送給用戶設備9。 用戶部分采用國際通用的標準時碼信

13、號作為時統設備和用戶間的標準接口 信號，用戶所需的各類時間信號不是由時統設備直接提供，而是由用戶內的時 碼接口終端將標準時碼信號作為同步信號來產生自己所需的各類時間信號。 - 3 - 1.2.2 時間統一系統關鍵技術指標的要求時間統一系統關鍵技術指標的要求 (1)時間同步誤差 時間同步誤差可以說是對時間統一系統最基本的也是最關鍵的要求。時間 同步誤差可分為絕對時間同步誤差（即時間統一系統的時間與時間基準之差） 和相對時間同步誤差（即時間統一系統內部各站同步時間誤差）2 種。從國防 科研試驗測量的機理來看，對測量誤差起主要影響的是相對時間同步誤差。 (2)測量準確度和頻率誤差 當測量設備的本振頻

14、率需要用時統設備的頻率標準來校準時，就會對頻率 標準的頻率準確度提出要求。此時對頻率準確度的要求是應比欲校準的頻率準 確度高 1 個數量級。 (3)頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度表征標準頻率信號噪聲的大小?，F在趨向于測速設備自配穩(wěn)定 度滿足要求的本振源，其頻率準確度可用時統設備的頻率設備來校準。 時統設備本省出于對保證頻率準確度和所提供時間信號穩(wěn)定性要求等的考 慮，也會提出相應的對頻率穩(wěn)定度的要求 (4)取樣信號周期抖動 取樣信號的周期應該準確、均勻，而且必須與秒信號保持嚴格的同步關系。 大多數情況下，測量系統僅關心取樣信號的時刻是否準確，即前面提到的時間 同步誤差。但對于測速設備來說，對取樣信號周期

15、的一致性提出了很高的要求。 1.31.3 論文研究的目的和內容論文研究的目的和內容 在靶場的許多設備中，其監(jiān)控系統需要實時記錄各種數據,同時要打上正確 的時間標記。實現的方法是在監(jiān)控系統中配置適當規(guī)模的 B 碼時統終端，它接 收時統主站輸出的 IRIGB 碼,產生出適合測控系統使用的時間信號。該終端設 備，往往具備以下 3 種技術要求: 能夠對交流 B 碼和直流 B 碼進行處理，最 終將時、分、秒、毫秒等時間信息以串行 BCD 碼的形式送入計算機；能夠 準確提取出和主站同步的幀參考點，并提供各種同步脈沖；在無 B 碼的情況 下,通過鍵盤預置時間,最終仍將時、分、秒、毫秒信息及同步脈沖送出。 本

16、論文出于此目的，設計了基于 ATmega128 和 FPGA 技術的新型 B 碼解調 終端和接口電路。在本設計中，采用高速的單片機、超大規(guī)?？删幊碳呻娐?和少量模擬解調電路相配合的方法，不僅大大減小了 B 碼終端設備的體積,而且 增強了系統穩(wěn)定性。本論文主要的工作點如下： (1)研究了國際通用的 IRIGB 格式時間碼，并遵照 IV 型 B 碼終端設計的 - 4 - 要求，設計出的時統終端可以接收 B 碼 DC 碼，AC 碼和 GPS 時間信號，將串 行時間信息轉化為用戶可以接受的時間序列，并提供系統需要的各種同步信號。 (2)該系統同時可以進行時間源選擇，并內部帶有時間源發(fā)生器，將時統系

17、統的時間信息進行調制，調制成 DC 碼和 AC 碼，通過無線信道發(fā)回 B 碼時間 分站，以供時間分站對終端設備進行修時。 - 5 - 第二章第二章 標準時統設備與標準時統設備與 IRIG-B 碼碼 2.12.1 時統終端時統終端 時統設備送給用戶的是標準格式的時間編碼信號。然而只有很少的用戶是 直接使用這種時間編碼信號的，絕大多數用戶所需要的各種時間頻率信號都不 能從時統設備直接獲得的。用戶設備需將接收到的時間編碼信號經過譯碼后， 使自己產生的各種時間信號與標準時間信號實現同步，完成這一個功能的設備 稱為時統設備。時統設備是時間統一系統的重要組成，它是國防科研試驗的重 要設備之一。時統設備是向

18、國防科研試驗各個參試設備提供標準時間信號和標 準頻率信號的設備。由于參試各站的設備實現了時間統一，從而使整個國防科 研試驗系統也實現了時間統一。因此時統設備是國防科研試驗重要設備之一。 時統設備的組成如圖 2.1 所示2。 用戶 定時校 頻設備 頻率標準和 標準放大器 時間信號產 生和放大器 用戶 圖 2.1 時統設備的組成 時統設備提供給用戶設備的應該是標準時間和標準頻率信號。時統與用戶 設備的關系如圖 2.2 所示。 時 統 設 備 用戶終 端設備 用 戶 設 備 時間信息 1pps 20pps 2kpps 圖 2.2 時統設備向用戶設備發(fā)送標準時間碼信號 時統設備向各個用戶設備送出的是與

19、標準時間同步的標準時間碼信號，這 個信號既應該有用戶設備所需要的標準時間信號，還應該有與標準時間保持高 精度同步的時間信號，如秒信號。 保證系統的時間統一是時統設備的最根本的任務。絕大多數情況下國家時 - 6 - 頻基準對系統時間統一的誤差是可以忽略不計的，只有當系統的時間統一的精 度達到 10ns 量級時才需考慮國家時頻基準對時間統一的影響。 時統設備設計或配置也需根據系統對時間同步精度的要求來確定。尤其是 時統設備中的頻率標準對現實系統的時間同步精確度起十分關鍵的作用。守時 就是設備保持精密時間的能力。守時的能力是時統設備實現時間統一關鍵的指 標。 2.22.2 IRIG-BIRIG-B

20、時間碼時間碼 時統設備的體制標準化的關鍵，是使時統設備向用戶設備發(fā)送的時間信號 實現標準化。標準化的時間信號應是含有時間信息編碼的串行時間碼，該碼應 有與標準時間精確同步的時間信號，適應于信道傳輸，起碼位最好留有適當空 位，以便于特殊情況的需要和為今后的發(fā)展留有余地。常見的標準時間碼有 IRIG-A 時間碼，IRIG-B 時間碼, IRIG-G 時間碼，NASA36 時間碼，XR3 時間碼 【15】 。下面著重對 IRIG-B 碼進行介紹。 IRIG-B 時間碼的實際應用廣泛，IRIG-B 時間碼中控制功能有 27 個碼元可 供使用?？刂乒δ苁窃谥贫ň幋a標準時保留一些碼元用于各種控制、識別和其

21、 他特殊目的的功能編碼，規(guī)定了它僅用于靶場內部而不應用靶場間。IRIG-B 時 間碼的時幀周期為 1s，每刷新 1 次時間信息，用戶可每秒與時統設備同步一次， 或每秒鐘 1 次監(jiān)視同步情況，一般情況下這已滿足系統的要求，因此選用每秒 1 幀的時間碼是較為合適的。IRIG-B 時間碼由于速率適中，編碼的信息量較為 豐富，因而是國外大多數時統設備采用 IRIG-B 時間碼的主要原因。 IRIG-B(DC)碼是每秒一幀的時間串碼，每個碼元寬度為 10ms，一個時幀周 期包括 100 個碼元，為脈寬編碼。碼元的“準時”參考點是其脈沖前沿，時幀 的參考標志由一個位置識別標志和相鄰的參考碼元組成，其寬度為

22、 8ms；每 10 個碼元有一個位置識別標志：P1、P2、P3、P9、P0，它們均為 8ms 寬度； PR 為幀參考點；“1”和“0”分別代表寬為 5ms 和 2ms 一個時間格式幀從幀參考標志開始。因此連續(xù)兩個 8ms 寬脈沖表明秒的開 始，如果從第 2 個 8ms 開始對碼元進行編碼，分別為第 0，1，2，99 個碼 元。在 B 碼時間格式中含有天、時、分、秒，時序為秒分時天，所占信 息位為秒 7 位、分 7 位、時 6 位、天 10 位，其位置在 P0P5 之間，P6P0 包 含其他控制信息。其中“秒”信息：第 1，2，3，4，6，7，8 碼元；“分”信 息：第 10，ll，12，13，

23、15，16，17 碼元；“時”信息：第 20，21，22，23，25，26，27 碼元；第 5，14，24 碼元為索引標志，寬度為 2ms。時、分、秒均用 BCD 碼表示，低位在前，高位在后，個位在前，十位在 - 7 - 后。圖 2-3 為 IRIG-B 格式時間碼原始碼. 圖 2.3 IRIG-B 格式碼原碼 對遠離時統設備而只有窄帶信道相聯系的用戶，可以采用 B(DC)碼調制的 方法，即將 B(DC)碼調制成 B(AC)碼(交流碼也是沿用 IRIG 標準的稱呼)再進行 傳輸【10】。 - 8 - 2ms A 1Hz B(DC) B(AC) 圖 2.4 B(DC)碼與 B(AC)碼 B(DC

24、)碼調制成 B(AC)碼的方法如圖 2.4 所示。它是用 B(DC)碼對 1kHz 正 弦信號進行幅度調制，但是由于 B(AC)碼傳送的是精確時間信號，因此與一般 的幅度調制不同：一是 1kHz 正弦信號必須與產生 B(DC)碼的信號共源，這樣可 以保持兩者的時間關系一直不變；二是為了使用戶能得到精確的時間信號，要 求 B(AC)碼從低幅到高幅的正弦信號的正交過零點(如圖 2.4 中的 A 點)與 B(DC) 碼的準時點(即脈沖前沿)嚴格保持一致。這樣用戶可從對 B(AC)碼從低幅到高幅 的正交過零點的精密檢測得到精確的時間信號。B(AC)碼高幅與低幅之比，稱為 調制比。 2.32.3 GPS

25、GPS 2.3.1 GPS 介紹介紹 1973 年，為了建立安全的衛(wèi)星導航裝置，美國批準 Timation 項目，開始 GPS (Global Positioning System)系統的建設工作。1978 年，第一顆 GPS 衛(wèi)星發(fā) 射成功。到 1993，共發(fā)射了 24 顆衛(wèi)星，建成了新一代衛(wèi)星導航、定位和授時 系統。它由分布在 6 條軌道上距地球大約 2 萬公里的 24 顆衛(wèi)星組成，能全球覆 蓋、全天候工作、全天 24 小時連續(xù)實時地向地面用戶提供高精度位置、速度和 時間信息。GPS 傳遞的時間能在全球范圍內與世界協調時(UTC) 保持高精度同 步，是迄今為止傳播范圍最廣、精度最高的無線電

26、時鐘信號源。 GPS 的設計目的是用于美國的軍事領域，具有很高的可靠性,同時在降低精 度的條件下兼供全世界民用領域。因此，在一定意義上講，GPS 已成為一項全 球共享的高技術資源。 GPS 系統由 24 顆衛(wèi)星和五個地面站組成，其中 21 顆為工作衛(wèi)星，3 顆備 用，可以保證地球上每一個地點在任何時刻都有四顆衛(wèi)星覆蓋。每一顆衛(wèi)星上 - 9 - 都裝有一個精確到十億分之一秒的原子鐘，GPS 衛(wèi)星不斷發(fā)射包含其位置和精 確時間的數字無線電信號，同時，每當衛(wèi)星飛越地面站，地面站就對其位置和 時間進行校正。GPS 接收裝置和當地的標準時間構成了一個四維方程，因此， 利用四顆衛(wèi)星的信號，便可以精確確定接

27、收裝置的位置和時間。假設 GPS 接收 裝置的位置為 P0 (x, y, z)，接收到第一顆衛(wèi)星的時間和地點信息為 T1 和 P1 的 當地標準時間為 t0，接收到第二顆衛(wèi)星時間和地點信息 T2 和 P2 的當地標準時 間為 t0+dtl，接收到第三顆衛(wèi)星時間和地點信息 T3 和 P3 的當地時間為 t0+dt2， 接收到第四顆衛(wèi)星時間和地點信息 T4 和 P4 的當地時間為 t0+dt3，其中 dtl, dt2, dt3 由 GPS 接收裝置本身較為精確的時鐘源提供，通常只需要這個時鐘源的精 度同普通石英手表類似就能滿足要求，則可以列出四個方程： (P1-P0)/(t0-T1)=光速 (2.

28、1) (P2-P0)/(t0+dtl-T2)=光速 (2.2) (P3-P0)/(t0+dt2-T3)=光速 (2.3) (P4-P0)/(t0+dt3-T4)=光速 (2.4) 由此四個方程，可以非常方便地求解出 GPS 接收器位置的時間和地點信息。 因此，利用 GPS 信號，可以非常方便地構成一個精確的標準時間同步方法。 2.3.2 GPS 授時的優(yōu)勢授時的優(yōu)勢 GPS 不僅是高精度的全球定位系統，也是高精度的實時時間信號源。分散 數千米之遙的各 GPS 接收機輸出的時間信號 1PPS（秒脈沖）與標準時間的最 大誤差不超過 1uS,授時型 OEM 板 1PPS 精度可達 50ns ，所以可

29、以認為是同步 的。另外，GPS 授時具有抗干擾能力強，保密性好的優(yōu)點。GPS 接收機有秒脈 沖、毫秒脈沖及時間信息、方位信息輸出，具有標準 RS232 串行接口，可供 計算機及其它設備使用。它也能為遙測站的合理布局提供定位依據11。 因此，若分散在各地的各測控設備都采用 GPS 時間，則可免去各測控設備 與測控中心之間的時間信息傳遞，減少通訊線路傳遞各種信號的負擔，簡化測 控設備的構成，實現高精度的時間同步，而且現在許多靶場測控設備都采用移 動方式，有的甚至沒有傳輸通道，所以 GPS 授時是靶場測控設備在未來發(fā)展中 的需要，具有良好的應用價值。 - 10 - 第三章第三章 B 碼時統終端的設計

30、碼時統終端的設計 3.13.1 總體設計總體設計 3.1.1 系統功能模塊劃分系統功能模塊劃分 時統終端為系統提供絕對時間和各種同步脈沖信號。該終端接受中心時統 的 IRIG-B 碼，如果加裝 GPS 授時板，具備 GPS 天文授時功能。同時，該系統 回送一路 AC 碼和 DC 碼作為修時用，向各單元送出各種同步脈沖。系統通過 按鍵與液晶顯示與用戶進行交互。 時統終端由主機板、顯示板、接口板、GPS 授時板組成，可根據機箱結構 需要靈活組裝。如圖 3.1 所示。 顯示板 主控板 電源 GPS授 時 板 接 口 板 圖 3.1 時統終端硬件框圖 各個模塊完成的功能如下： (1)主控板 解調 IR

31、IG-B 碼； 接收 GPS 時間； 延時修正，修時范圍999999s； 產生秒脈沖以及各種頻率同步脈沖； 產生終端解調后調制的回送 B 碼； (2)顯示板 顯示時間、工作方式、工作狀態(tài)等信息； 掃描鍵盤； 與通信系統進行數據交換； - 11 - 設置工作方式。 (3)接口板完成 TTL-RS485 接口的轉換功能。 (4)GPS 授時板產生 GPS 時間。 (5)電源模塊采用穩(wěn)壓電源輸入，通過穩(wěn)壓模塊得到+12，-12,+5，-5 伏各種 電壓，并自帶濾波電路，保證電壓的穩(wěn)定度。 3.1.2 原理框圖原理框圖 時統終端原理框圖如圖 3.2 所示。其中，解調單片機為 ATmega128,利用單

32、 片機的內部 A/D 口將 AC 碼轉化成數字量，實現數字化處理，進行數字化解調。 該單片機內部的定時計數器有三個，利用其定時器 1 的輸入捕獲功能可以完成 DC 碼的解調。在解調單片機完成時間同步碼元的檢測后，發(fā)出粗解調信號給 FPGA,以提供精確的準時時刻。 接口電路完成差分信號和 TTL 電平的轉換，并帶有保護功能，保護整個系 統的工作不受外界干擾的侵入。 總之，該系統將解調單元和控制單元進行合理的功能劃分，主控單元完成 用戶的按鍵輸入和時間信息的顯示；解調單元完成時間的解調和調制，并給出 各種同步脈沖。該系統以國軍標中對 B 碼終端的要求為藍本，實現了 B 碼 AC 碼、DC 碼、GP

33、S 時間的解調，并產生與時間同步的各種脈沖，統一了測控系統 的時間和頻率標準。 At m egal 128 M AX232 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 G PS上 上 上FPG AD AC 0832 上 上 上 1PPS 初始化信息 時間信息 串行時 間碼 AC碼 圖 3.2 時統終端原理框圖 - 12 - 3.1.3 總體軟件設計總體軟件設計 解碼程序放在解調單片機 ATmega128 內部程序內，能夠完成對 FPGA 的解 碼控制和粗解調脈沖的發(fā)出，以及 GPS 時間的解碼處理。其解碼程序流程圖如 圖 3.3 所示。 開始 ATmega128寄存器初始化 系統各部分 初始化

34、 讀入工作方式 開放DC碼外部 中斷 置相應的標志 是IRIG-B 碼？ 是AC碼？ 開放AC碼外部 中斷 開全局中斷 等待中斷 開放串口標 志，關AC和DC 外部中斷 N Y Y N 圖 3.3 解碼程序流程圖 3.1.4 B 碼時統終端的技術指標碼時統終端的技術指標 (1)具有守時功能，一小時漂移300s (2)輸入接口 (a) IRIG-B 交流 （AC） 碼 幅度：0.5Vp_p10Vp_p 調制比：2：16：1 負載：600 平衡輸入 (b) IRIG-B（DC）碼 RS-485 接口和 GB11014-90 標準 (c) GPS 授時 信息：異步通訊接口，TTL 電平 - 13 -

35、 授時秒（1Hz）：接口，TTL 電平 種類：定位和定時信號 (d) 頻標 5MHz 高精度頻標； 精度優(yōu)于 10-7 穩(wěn)定度優(yōu)于 107 (3)同步精度及延時修正 IRIG-B（AC）10s IRIG-B（DC）1s GPS 授時1s 延時修正：999999s (4)輸出信號及接口 輸出采樣頻率為 25Hz 絕對時間碼，RS-232 接口，串行異步通 訊方式波特率 9600bps。 輸出各分系統工作需要的同步脈沖，RS-232 接口,信號為負脈沖，脈寬 310s 3.23.2 B B 碼時間解調部分的設計碼時間解調部分的設計 3.2.1 解調原理解調原理 (1)直流碼的解調 直流碼采用 RS

36、485 電平接口輸入與輸出經 TTLRS485 電平轉換芯 片輸入，經一或非門送給選擇及延時修正 FPGA，經選擇后(直流碼中斷 DCINT)反 送到解碼 ATmega128 單片機的 ICP 入口。Atmega128 利用 ICP 功能，通過定時 器 1 測量直流碼高電平的寬度，解出時間信息和秒頭脈沖，產生解調秒，供控 制電路清零分頻鏈，使之與 B 碼的基準秒頭同步。 (2)交流碼的解調 設計的新型時統終端采用 Atmega128 單片機進行數字解調，解調 IRIG-B 交 流碼，采用自動增益控制電路，將輸入 AC 碼的幅值進行調整，利用 Atmega128 單片機的 AD 口，通過模數轉換

37、，將 IRIG-B 碼轉換為數字量，進行 數字化解調處理，簡化了硬件電路。 IRIGB 交流碼(AC)經標準接口后，分為兩路，一路輸入給單片機的 AD 口；一路經過零檢測電路形成時間基準脈沖，供單片機中斷采樣。硬件示意圖 - 14 - 如圖 3.4 所示。 接 口 電 路 ATmega128 幅值調整電路 過零 檢測 電路 2kc脈 沖形 成電 路 AC碼 A/D 中斷 圖 3.4 AC 碼解碼硬件圖 3.2.2 輸入接口單元電路的設計輸入接口單元電路的設計 (1)DC 碼接口單元電路設計 直流碼有兩種接口，一種是 TTL 接口，另一種是 485 接口。本系統中采用 485 接口輸入， ，用戶

38、選擇 DC 碼后送入單片機解調。 (2)AC 碼接口單元電路設 計。 交流碼通過變壓器隔離輸入，一路經 LM393 過零比較產生 1KHZ 脈沖信號， 一路經數字電位器控制的 LM324 絕對值放大器，形成 05V 的正弦信號，并把 輸入的 B 碼信號分檔進行放大，將 AC 碼分為 ACC1，ACC2（兩者相位差 180 度） ，選擇 Atmega128 不同的 AD 口進行采集，拓寬對 B 碼輸入更寬范圍的適 應。 3.2.3 AC 碼解碼電路碼解碼電路 (1)過零檢測單元電路的設計 過零檢測單元電路的功能是產生 2KHZ 的 AC 碼時間基準脈沖和 1KHZ 的 識別各種信息內容的定位信號

39、。交流碼通過變壓器隔離輸入后，經 LM393 過零 比較產生 1 KHZ 連續(xù)方波脈沖信號，作為識別各種信息內容的定位信號。過零 比較產生的 1KHZ 信號，上升沿經單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123 觸發(fā)，產生 250s 寬 的脈沖信號 AC1，下降沿經單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123 觸發(fā)產生 250s 寬的脈沖信 號 AC2，兩路信號經過 FPGA 控制相或后取反，形成 2KHZ 的時間基準脈沖。 硬件連線圖如圖 3.5 所示。 - 15 - 圖 3.5 AC 碼過零比較單元電路 (2) AC 碼幅值調整電路 一路經 LM324 組成的放大器，形成 0-5V 的正弦信號，并把輸入的 IRIG-B

40、交流碼信號通過數字電位計進行縮放，調整 AC 碼的幅值，拓寬對 IRIG-B 交流 碼輸入更寬范圍的適應。其中 ACC1,ACC2 為 1：1 輸出，相位相差 180，進入 單片機的 ADC 口進行采集，電路圖見圖 3.6。 圖 3.6 AC 碼幅值調整電路 (3)基于 TL431A 的基準電壓模塊 在本設計中,解碼單片機和 AC 碼調制電路中，具有 AD 變換模塊，需要精 確的參考電壓，由此，設計了基于 TL431A 的基準電壓電路。 TL431A 為三端可調節(jié)精密基準源。通過兩個外接電阻，輸出電壓可在 Vref ( 約 2.5 V )到 20V 連續(xù)調節(jié)。該電路輸出阻抗小（0.2） 。開啟

41、特性好， - 16 - 在許多應用場合，它能較好地替換齊納二極管。硬件示意圖如圖 3.7。 圖 3.7 基準電壓模塊 其中，Vref 為參考極和陽極之間的電壓差，其值為 2.5V，一般將陽極接地， 則 Vref=2.5V。利用歐姆定律，由 Vo=(1+R1/R2)Vref，R2 為固定電阻，R1 可調， 調整 R1，使 V0 輸出為 5V。 3.2.4 AC 碼解調程序分析碼解調程序分析 本系統中，利用單片機的 AD 口進行 AC 幅值的提取。AC 碼的幅值最小值 為：高幅 VHmin025V，低幅：Vlmin=025V60.042V?？紤]到 Atmega128 的 AD 為 l0 位，參考電

42、壓為 5V，分辨率為 5mV，對應 B 碼最低 幅度的轉換結果為：高幅對應 50(Dec),低幅對應 8(Dec)。由上述結果可見，高 低幅度很容易。由于采用數字電位器，可以首先對 AC 碼的幅值進行判斷，如 果幅值較低，可以調整數字電位器將 AC 碼進行放大。 - 17 - 開始 采集AC碼幅值 中斷返回 輸出解調秒脈沖 調整數字電位器 以改變AC碼幅值 解調時間信息 高幅數加一 計算兩次采樣 值的差 采集B碼 幅值在范圍內嗎 是基準脈沖嗎 是高幅嗎 是秒頭嗎 N Y Y N Y N Y N 圖 3.8 AC 碼解碼流程圖 AC 碼幅值是在 2KHZ 的 ACINT 中獲得的，ACINT 的

43、下降沿對準 AC 碼的 峰值點，計算兩個采樣值之間的差值(或解調出峰值的最大值和最小值，計算出 中間值，根據中間值解調出高幅個數)，解調出高幅個數，單片機根據高幅個數 解調出 IRIG-B 交流碼(AC)的基準秒頭，產生解調秒。程序流程圖如圖 3.8 所示。 3.2.5 DC 碼解調程序碼解調程序 DC 碼的基本解調原理為測脈寬法，在本設計中，充分利用了新型 Atmega128 單片機的功能，利用其輸入捕獲功能，通過翻轉捕獲邊沿，測到 DC 碼的脈寬，解調出 DC 碼時間。其程序流程圖如圖 3.9 所示。 - 18 - 將計數值送入現在值 開始解碼子程序 對應8ms，2ms，5ms 軟件計數器

44、處理 現在值送入歷史值 發(fā)出解調秒脈沖 設定下次是上升沿捕獲 啟動T2定時中斷 設定下次是下降沿捕獲 現在值與歷史值比 較，得到脈沖寬度值 開始 是上升沿捕獲嗎 檢測到兩個連續(xù)的8ms嗎 中斷返回 Y N N Y 圖 3.9 DC 解碼流程圖 3.2.6 FPGA 模塊在解碼中的應用模塊在解碼中的應用 在解碼模塊中，單片機負責幀頭的判讀和發(fā)出粗解調脈沖，FPGA 在接收 粗解碼脈沖后，利用高精度溫補晶振，發(fā)出清零秒脈沖，來裝載清零分頻鏈， 形成與清零秒脈沖下降沿同步的同步脈沖輸出7。 粗解調脈沖形成清零秒脈沖的波形仿真圖如圖 3.10 所示。其中，jsec 是單 片機發(fā)出的粗解調脈沖，clrs

45、ec 是 FPGA 發(fā)出的清零秒脈沖，其脈寬為 0.2us。 圖 3-10 解調秒形成清零秒的波形圖 在解調秒下降沿同步下發(fā)出的同步脈沖波形仿真圖如圖 3-11 所示。 - 19 - 圖 3.11 清零秒與同步脈沖關系波形圖 3.33.3 B B 碼時間調制部分的設計碼時間調制部分的設計 3.3.1 設計原理設計原理 B 碼調制單元電路的功能是將目前系統時間調制成 DC 碼和 AC 碼，通過有 線或無線信道發(fā)回 B 碼基站，供時統中心站進行延時檢查和解調檢查用。該模 塊分為 DC 碼調制和 AC 碼調制。DC 碼調制通過調制 FPGA 取到目前系統的時 間信息，并利用 FPGA 內部的電路將時

46、間信息調制成 DC 碼。與此同時，調制 FPGA 產生 AC 碼波形數據的地址，與 DC 碼配合，將存儲在 EEPROM 數據表 中的數據輸入到 DAC0832,進行數模轉換，產生一路標準的 1KHZ IRIGB 碼的 交流信號，經變壓器回送給時統分站或總站8。下面分別予以介紹。 3.3.2 DC 碼調制碼調制 內部時間的產生是用 9 個十進制計數器級聯組成時鐘電路，用以產生內部 時間信號：天、時、分、秒信號。四種信號經過緩存后順序送入并串轉換單元， 將并行碼串行輸出，由 7 個產生時序脈沖的 4017 級聯產生 B 碼所需的三種脈沖 形式，經過邏輯門的控制將輸出的時間碼轉化成 B 碼。內部電

47、路示意圖如圖 3.12 所示。 時序脈沖 發(fā)生器 365進制 計數器 緩沖電路并串 轉換 電路 邏輯門 控制電路 參考碼元 位置識別碼元 時間碼元 圖 3.12 DC 碼調制電路示意圖 經過內部模塊的合理劃分，將 365 進制計數器和緩沖電路封裝為一個模塊， 其輸出是 100ms 內部對應的碼元并行序列；將并串轉換和時序脈沖發(fā)生器封裝 - 20 - 為 1 個模塊，其輸出為三種碼元，參考碼元，位置識別標志和時間碼元，將這 三個碼元經過一個或門，就會得到實際的 B 碼輸出。最終的輸出合成的情況如 圖 3.13 所示4。 圖 3.13 合成的 DC 碼信號 三種碼元輸出如圖 3.14 所示。其中,

48、pluse8 是脈寬為 8ms 的脈沖 pulse5 是 脈寬為 5ms 的脈沖，pulse2 是脈寬為 2ms 的脈沖。 圖 3.14 三種碼元輸出 3.3.3 AC 碼調制碼調制 單片機 ATmega128 根據解調出的時間信息和基準秒信號，控制調制 FPGA 產生直流碼和 EEPROM 的低 12 位地址信號，直流碼控制 EEPROM 的最高位 地址信號，將存貯在 2764 中的波形數據取出，送入 DAC0832，在 1MHz 的脈 沖控制下進行模數轉換，然后進行電流到電壓的轉化，再進行有源濾波，經變 壓器耦合后送出。在 DC 碼為高的情況下，A12=1,對應地址范圍為 0 x10000

49、 x1fff；在 DC 碼為低的情況下，A12=0,對應地址范圍為 0 x00000 x0fff?？紤]到一個波形為 1ms，DAC0832 的轉化時間為 1us，所以一 個正弦波形占據 1024 個數據點，由此,DC 碼高電平對應的地址分別為 0 x10000 x13ff，DC 碼低電平對應地址為 0 x00000 x03ff。調制 FPGA 需要產 生 10 個地址線3。AC 調制電路見附錄 1。 - 21 - 3.43.4 GPSGPS 時間信息的解調時間信息的解調 3.4.1 解調原理解調原理 12 GPS 時間由解調單片機通過串口接收 GPS 接收機的時間信息和秒脈沖來完 成。GPS

50、秒脈沖在整形后送入選擇及延時修正 FPGA，GPS 輸出信息業(yè)進入選 擇及延時修正 FPGA。在用戶選擇 GPS 時間后，GPS 時間標志置 1，接收單片 機使能串口接收，接收 GPS 接收機發(fā)出 NMEA1083 語句并完成 GPS 語句的解 析，得到 UTC 時間和跟蹤的衛(wèi)星的數目。單片機解調成功，通知 FPGA 已解調 成功，FPGA 對 GPS 秒脈沖進行同步整形，以形成解調秒脈沖，在此脈沖下， 內部 25Hz 脈沖啟動，利用前面板單片機的串口發(fā)送得到 B 碼解調后的時間信 息。 6 3.4.2 GPS 模塊介紹模塊介紹 GPS 模塊選用 GARMIN 公司的 OEM 接收板，具有以下

51、特點: (1)并行 12 通道瞬間鎖定可視衛(wèi)星 (2)長壽命后備鋰電使重捕速度更快 (3)全屏敝封裝具備優(yōu)秀抗電磁干擾特點 (4)1PPS 秒脈沖輸出精度可達到士 1us (5)標準 NMEA0183 語句可選擇輸出 (6)二進制格式輸出和 motoroLa 格式兼容 (7)多種供電模式、電平輸出模式可供選擇 (8)輸出電壓 3.6V6V (9)電平輸出： RS232 (10)差分精度可達 5 米 3.4.3 GPS 解調流程圖解調流程圖 GPS 接收采用中斷方式，并利用單片機內部的 RAM 做出一個接收隊列， 利用隊列的指針將 GPS 數據依次接收，實時處理。根據 GPS 規(guī)定的語法進行判

52、讀，得到時間信息，發(fā)出解調秒，解調流程圖，如圖 3.15 所示。 - 22 - 開始 保護現場 根據GPS語法判 斷數據 置G=1 中斷返回 恢復現場 置G=0 有效嗎？ N Y 圖 3.15 GPS 時間解調流程圖 - 23 - 第四章第四章 可靠性分析可靠性分析 4.14.1 B B 碼解調精度分析碼解調精度分析 4.1.1 直流（直流（DC）碼解調精度）碼解調精度 DC 碼解調精度示意圖如圖 5.1 所示，解碼單元的單片機根據 B 碼找到基準 秒頭（兩個連續(xù)的 8ms） ，發(fā)出解調秒送給解調單元的 FPGA，同直流碼相與形 成清零秒，再形成 0.2s 寬的清零秒脈沖對修時分頻鏈進行裝載，

53、使其與 B 碼 基準秒同步。直流碼的解調精度就是直流碼的基準秒前沿和清零秒脈沖寬度。 8ms8ms 10ms10ms 解調秒 清零秒 圖 4.1 直流碼清零秒的形成過程 4.1.2 交流（交流（AC）碼解調精度）碼解調精度 AC 碼解調精度示意圖如圖 4.2 所示，解碼單元的單片機根據 B 碼（AC 碼） 找到基準秒頭（兩個連續(xù)的 8 個高幅） ，發(fā)出解調秒送給控制單元，同 AC 碼過 零比較的 AC1 和 AC2 相或后的 2KHZ 脈沖信號相與形成清零秒，再形成 0.2s 寬的清零秒脈沖對修時分頻鏈進行裝載，使其與 B 碼基準秒同步。交流碼的解 調精度就是過零比較的精度。 交流碼 ZKC

54、解調秒 清零秒 圖 4.2 交流碼清零秒的形成過程 - 24 - 4.1.3 GPS 解調精度解調精度 在 GPS 授時狀態(tài)下的對時精度由 GPS 授時板輸出的秒信號精度決定，其形 成清零秒的過程如圖 4.3 所示。 GPS秒 清零秒 圖 4.3 GPS 清零秒的形成過程 4.24.2 B B 碼終端可靠性分析碼終端可靠性分析 可靠性分析： (1)傳輸線路的可靠性分析 B 碼 DC 碼必須通過有線信道傳輸，AC 碼可以通過有線或無線信道傳輸。 AC 通過信道傳輸到終端時，經常容易造成波形失真和波形畸變，甚至誤碼,要 求時統終端必須有一定的糾錯能力。同時，由于 GPS 工作的不可預知性，GPS

55、信號可能出現時有時無的現象，要求系統有守時能力。 (2)接口電路的可靠性分析 DC 碼輸入輸出均采用雙線，傳輸距離可達 1 千米。同時 DC 碼接收采用 max485 接口芯片使 DC 碼傳輸距離更遠，使 DC 碼盡量恢復原貌。 AC 碼采用變壓器輸入和輸出，提高了 AC 碼的抗干擾能力。 (3)解調模塊的可靠性分析 解調模塊盡量采用較少的模擬器件，同時 FPGA 內部電路合理劃分 功能，盡量提高系統的可靠性。電路設計時，每個芯片電源和地之間連接 1 個 0.1uF 和 10uF 的濾波電容，減少電源波動對芯片工作的影響。由于采用溫 度補償晶振，具有很高的頻率穩(wěn)定度，使同步脈沖的周期抖動性很低

56、，守時能 力提高。為滿足國軍標對 IV 型 B 碼時統終端的低溫要求，所有芯片均為軍品。 (4)調制模塊的可靠性分析 DC 碼調制由 FPGA 內部電路完成，與清零秒的同步精度很高。同時，AC 碼采用數字電路+模擬電路產生，減少了模擬器件，提高了系統工作的可靠性。 - 25 - 第五章第五章 發(fā)展和展望發(fā)展和展望 5.15.1 時間統一系統的發(fā)展方向時間統一系統的發(fā)展方向 時間統一系統是隨著國防科研試驗的需要而誕生的，幾十年來從無到有， 已經有了指標越來越先進、性能越來越完善的時間統一系統。經過這些年的發(fā) 展，時統技術日趨成熟，時間統一系統所實現的時間和頻率統一的精度已可滿 足絕大多數試驗的需

57、要。隨著國防科研試驗的飛速發(fā)展，對時間統一系統必然 會提出越來越高的要求。半個世紀來科學技術和國防科研得到了迅猛的發(fā)展， 越來越多的民用和軍事部門甚至日常生活十分需要時間和頻率的統一，時間統 一系統已不再是國防科研試驗專用的系統，它在國防、國民經濟、基礎研究等 領域得到了越來越廣泛的應用。 5.1.1 在導彈、航天實驗中的應用擴展在導彈、航天實驗中的應用擴展 (1) 時統設備從靜態(tài)到動態(tài) 以往的時統設備無論是固定站使用的還是車載或船載的，在使用時都是靜 態(tài)的。隨著導彈機動作戰(zhàn)能力的提高，需要時統設備能夠適應動態(tài)工作條件， 如在車載和機載的工作環(huán)境中可靠的工作；而對航天器的測量正在由陸基向天 基

58、發(fā)展，要求時統設備能適應星載條件下工作。 (2）納秒量級時間同步的實現為采用新測量體制創(chuàng)造條件 一種新的測量體制要求相距幾十公里的站間時間同步誤差達到納秒量級。 如果站間的時間同步能達到納秒量級，目標發(fā)出的信號同時被幾個站所接收， 經數據處理后就可精確的測量其位置。這種測量機制會使原本較難實現的多目 標跟蹤測量迎刃而解13。 (3)深空測量將開辟時間統一應用的新領域 隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，深空測量甚至星際旅行也提到議事日程，而要 實現航天器從近空到深空的發(fā)展，必須解決深空目標的測量。深空測量要求時 間統一系統能實現相距遙遠的測量站間的時間同步達到 ns 量級。 (4）天地時間統一 天地時間統

59、一并不是現在才提出來的，時間上在導彈、衛(wèi)星試驗的初級階 段已經有了天地時間統一的要求。隨著導彈、遙感等應用衛(wèi)星的發(fā)展，對天地 時間統一提出了越來越高的要求。要實現天地時間統一，要解決兩個問題：歷 元和時間尺度14。 - 26 - 5.1.2 新技術在時間統一系統中的應用新技術在時間統一系統中的應用 (1)新型工程化頻率標準 頻率標準是時統設備的心臟，由于對站間時間同步誤差要求和時統設備守 時能力要求的提高，對用于時統設備的頻率標準的要求越來越高。以往時統設 備多數配置高穩(wěn)石英晶體頻率標準，由于受頻率準確度的限制以及需要較長的 開機過程，已越來越不適用工程的需要。近年來，出現了銣原子頻率標準，氫

60、 原子頻率標準，銫原子頻率標準和組合型頻率標準，實用化的步伐正在加快， 相信不久可應用于工程。 (2)方便實用的定時校頻手段 傳統的時統設備采用長、短波定時校頻手段，近年來 GPS 定時校頻也以用 于時統設備。目前還有如下的授時手段：北斗一號 ，第二代衛(wèi)星導航系統，冗 余型定時校頻設備。 (3)遠距離特高精度時間同步方法 隨著原子鐘的研制取得了突飛猛進的發(fā)展，各國研制的準確度和穩(wěn)定度越 來越高的原子鐘急需解決遠距離的對比。目前技術上較為成熟的遠距離特高精 度時間同步的方法有衛(wèi)星雙向時間傳遞方式和激光時間傳遞方法。 (4)時統設備新技術 時統設備目前的發(fā)展趨勢是智能化，數字化，高精度。高精度體現

61、在低損 耗頻標切換技術，精密實踐同步技術。實踐證明，B 碼只能適用微妙量級時間 同步誤差的應用場合。當時間同步誤差為 10ns 量級時，可采用 IRIG-G 格式時 間碼。 5.25.2 時間統一技術在其他領域中的應用時間統一技術在其他領域中的應用 5.2.1 國防國防 現代國防對時間頻率統一的需要十分迫切。眾所周知，無線電導航和定位 離不開高精度的時間和頻率，地面遠程雙曲線導航系統羅蘭C 導航系統 就是根據測得的到羅蘭C 導航鏈主、副站的精密時差來確定艦船的位置。在 這些主、副站上都配置有原子鐘，它們發(fā)播的導航信號都保持嚴格的時間同步。 星基導航定位系統如 GPS，它的每一顆衛(wèi)星上都有原子鐘

62、組，它們的時間和頻 率都由地面主控站控制保持統一，正因為如此才使接收機隨時知道自己的位置 成為可能。 除航天和戰(zhàn)略武器試驗需要時間統一系統外，常規(guī)兵器(包括戰(zhàn)術導彈、火 炮、航彈等)試驗都離不開時間統一系統。與航天和戰(zhàn)略武器試驗相比，常規(guī)兵 - 27 - 器試驗的場地要小得多，但其試驗的頻度卻高得多。因此要求時間統一系統能 適應這種試驗的特點：快速、機動、自成體系。這種常規(guī)兵器試驗對時間統一 更關心的是在試驗場范圍內保持一定精度的時間同步。 雷達對目標參數的測量無論是速度參數還是位置參數都是建立在精密頻率 或精密時間間隔測量的基礎上。大部分雷達單套設備就可以獨立工作，但也有 些雷達需要不在同一

63、地點的多臺設備聯合工作，此時這些不同站的設備的頻率 和時間的統一就是一件十分關鍵的工作。 戰(zhàn)略導彈的發(fā)射、預警、核爆炸的探測、自動化指揮等關系到國家安全的 重大活動都需要時間統一。 5.2.2 通信通信 通信部門十分關心時間頻率的統一，過去作為主要的長途通信手段載 波通信就是通過導頻的發(fā)送和接收實現系統的頻率統一，因為只有這樣才能將 調制在載波上的各路信號加以區(qū)分?，F代通信事業(yè)發(fā)展迅速，尤其是數字通信 在采用了光纖信道后碼速率越來越高。正因為碼速率越來越高，高速數字通信 對網同步的要求也就越來越高。網同步是建立在嚴格的時間同步基礎上的，為 此數字通信網根據需要已在不同級別的站點配置銫原子鐘、銣

64、原子鐘和高穩(wěn)石 英晶體鐘。目前洲際網間的時間同步已提出了優(yōu)于 1ns 的要求。數字網的網同 步有 4 種方式，第 1 種為主從同步方式。網內設置基準鐘，網內其余的鐘為從 鐘，它用鎖相技術使其輸出信號的相位鎖定在由基準鐘控制的同步信號的相位 上，從而實現全網的同步。第 2 種為準同步方式。網內各鐘獨立運行，互不控 制，它們的同步是靠各自所采用的高精度鐘自身的質量來保證。它省去了鐘的 控制問題，但存在著周期性的滑碼現象。第 3 種為混合同步方式。它實際上是 上述 2 種方式的結合，即區(qū)域內為主從同步方式，而區(qū)域間為準同步方式。第 4 種為互同步方式。網內不設基準鐘，各個鐘通過鎖相環(huán)路受所有接收到的

65、同 步信號加權控制。在各個鐘的相互作用下，如果網絡參數選擇合適時，可實現 網內時鐘的同步。分析上述 4 種網同步方式，可知每種方式豆油其優(yōu)點，但也 有不足之處，究竟采用哪種網同步方式需要根據網的布局、同步要求、性能價 格比及可靠性因素來決定。隨著數字通信發(fā)展的需要，有必要在同步節(jié)點或通 信設備較為集中的地方或通信樞紐打賭設置時鐘系統。它作為網同步的重要組 成部分，對所在通信樓的設備提供所需的同步信號，這種設備稱為通信樓綜合 定時系統。從它的地位和功能來看與時統設備的相關技術也可用于通信樓綜合 時間系統。 與國防科研試驗的時間統一系統相比，通信網的網同步系統有著其得天獨 厚的與優(yōu)越條件豐富的通信

66、信道資源。正因此，它成為了現實網同步時同 - 28 - 步信號傳輸的主要手段。 結結 論論 本次畢業(yè)設計，根據國際通用的 IRIGB 格式時間碼，并遵照 IV 型 B 碼 終端設計的要求，以 Atmel 公司的 ATmega128 單片機作為解調控制單元，設計 出 B 碼時統終端。該終端以數字方法解調 B 碼 DC 碼，AC 碼和 GPS 時間信號， 通過解調單片機和 FPGA 的配合，將串行時間信息轉化為用戶可以接受的時間 序列，并提供系統需要的各種同步信號。此系統同時可以進行時間源選擇，并 在 FPGA 內部設計了 B 碼源發(fā)生器，將時統系統的時間信息進行調制，調制成 AC 碼和 DC 碼，通過傳輸信道發(fā)回 B 碼時間分站，以供時間分站對終端設備