GPS時(shí)間的同步處理和發(fā)送的研究--畢業(yè)論文.doc

摘摘 要要 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)是由導(dǎo)彈、航天試驗(yàn)的需要而發(fā)展起來的一門技術(shù)，隨著現(xiàn) 代武器裝備、導(dǎo)航、通信、電力等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的工程和科學(xué)領(lǐng) 域需要時(shí)間統(tǒng)一。國際標(biāo)準(zhǔn)的 IRIG-B 格式時(shí)間碼（簡(jiǎn)稱 B 碼）作為時(shí)間同步標(biāo) 準(zhǔn)，在靶場(chǎng)測(cè)量、控制、通信、氣象等設(shè)備廣泛采用。 本課題根據(jù)國際通用的 IRIG-B 格式時(shí)間碼，并遵照 IV 型 B 碼終端設(shè)計(jì)的 要求，以 Atmel 公司的 ATmega128 單片機(jī)作為解調(diào)控制單元，Atmel 公司的大 規(guī)?？删幊唐骷?ATF1508 作為分頻鏈和計(jì)數(shù)鏈，輔以必要的模擬電路，設(shè)計(jì)出 B 碼時(shí)統(tǒng)終端。該終端可以解調(diào) B 碼 DC 碼，AC 碼 GPS 時(shí)間信號(hào)，將串行時(shí) 間信息轉(zhuǎn)化為用戶要求的時(shí)間序列，并提供系統(tǒng)需要的各種同步信號(hào)。此系統(tǒng) 同時(shí)帶有時(shí)間源發(fā)生器，并且內(nèi)部帶有 B 碼源，將時(shí)統(tǒng)終端的時(shí)間信息進(jìn)行調(diào) 制成 AC 碼和 DC 碼，通過傳輸信道發(fā)回 B 碼時(shí)間分站，以供時(shí)間分站對(duì)終端 設(shè)備進(jìn)行修時(shí)和控制。 關(guān)鍵詞：時(shí)統(tǒng)終端關(guān)鍵詞：時(shí)統(tǒng)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 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. The 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 demodulate 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 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(shí)間的概念.- 1 - 1.2 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)- 1 - 1.3 論文研究的目的和內(nèi)容.- 3 - 第二章第二章 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)統(tǒng)設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)統(tǒng)設(shè)備與 IRIG-B 碼碼.- 5 - 2.1 時(shí)統(tǒng)終端- 5 - 2.2 IRIG-B 時(shí)間碼.- 6 - 2.3 GPS- 8 - 第三章第三章 B 碼時(shí)統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)碼時(shí)統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)- 10 - 3.1 總體設(shè)計(jì)- 10 - 3.2 B 碼時(shí)間解調(diào)部分的設(shè)計(jì).- 13 - 3.3 B 碼時(shí)間調(diào)制部分的設(shè)計(jì).- 19 - 3.4 GPS 時(shí)間信息的解調(diào)- 21 - 第四章第四章 可靠性分析可靠性分析- 23 - 4.1 B 碼解調(diào)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(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的發(fā)展方向- 25 - 5.2 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用.- 26 - 結(jié)結(jié) 論論- 28 - 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)- 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(shí)間的概念時(shí)間的概念 在世界上的多種語言中，時(shí)間一詞有著幾種不同的含義。國際電信聯(lián)盟 （ITU）在其所推薦的有關(guān)時(shí)間頻率的術(shù)語中這樣解釋和定義時(shí)間：“在英語中， 時(shí)間一詞用于說明在一個(gè)選定的時(shí)間尺度上的一個(gè)瞬間。 ”在一種時(shí)間尺度中， 它指的是 2 件事件之間的或 1 個(gè)事件所持續(xù)時(shí)間的時(shí)間間隔的量度。顯然,時(shí)間 是一種不可逆的順序事件的連續(xù)集,這和漢語中有關(guān)時(shí)間的結(jié)論不謀而合【1】。 至于“時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)” （Time Standard） ，ITU-R 作了如下定義和解釋：“用 于實(shí)現(xiàn)時(shí)間單位的設(shè)備；用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)間尺度的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，該時(shí)間尺 度符合于秒定義和一個(gè)適當(dāng)選擇的原點(diǎn)。 ” 顯然，其所定義的“時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)”指的是“設(shè)備” 。易于理解的是，這顯然是 與無線電計(jì)量中的“頻率標(biāo)準(zhǔn)”類比而言的。不管是從其生產(chǎn)的淵源的復(fù)雜性 （頻率標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的尺度單位和天象決定的時(shí)刻的協(xié)調(diào)） ，還是從實(shí)際應(yīng)該的方便 性上（時(shí)間尺度方便于量值傳遞） ，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述設(shè)備含義而形成一個(gè)重要的 研究和應(yīng)用領(lǐng)域了。 從一般原理上說，周期性的現(xiàn)象或物理過程可以用來計(jì)量時(shí)間。作為基準(zhǔn)， 要求這種周期現(xiàn)象必須是惟一的，穩(wěn)定的，可長期穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)的。 1.21.2 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)時(shí)間統(tǒng)一技術(shù) 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)是由于導(dǎo)彈，航天試驗(yàn)的需要而發(fā)展起來的一門新技術(shù)，隨 著現(xiàn)代武器裝備，導(dǎo)航，通信，電力等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的工程和科 學(xué)領(lǐng)域需要時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)，并且在國防科研中應(yīng)用廣泛。 1.2.1 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng) 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)是向國防科研試驗(yàn)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和頻率信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)間和頻率的統(tǒng)一，有各種電子設(shè)備組成的一套完整的系統(tǒng)。完整的時(shí) 間統(tǒng)一系統(tǒng)的組成由圖 1.1 所示。 15 - 2 - 授時(shí)臺(tái) 國家時(shí)間 頻率基準(zhǔn) 定時(shí)校頻 接收機(jī) 頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼產(chǎn)生器 時(shí)碼分配 放大器 定時(shí)校頻 接收機(jī) 頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼產(chǎn)生器 時(shí)碼分配 放大器 授時(shí)部分 用戶 用戶 用戶部分 圖 1.1 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的組成 其中，國家時(shí)間頻率基準(zhǔn)根據(jù)各國不同情況，大多數(shù)位于天文臺(tái)，計(jì)量部 門或時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室。對(duì)于某些工作地域較小的國防科研試驗(yàn)，可不需要 與國家時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)保持一致，可以根據(jù)實(shí)際的需要，確定該試驗(yàn)中心的時(shí)間 頻率標(biāo)準(zhǔn)作為本系統(tǒng)的時(shí)間頻率的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 授時(shí)臺(tái)可以通過無線電的方式傳遞時(shí)間頻率量值，時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)正是基于 此，通過授時(shí)臺(tái)送至各個(gè)時(shí)統(tǒng)設(shè)備所在地，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一。對(duì)于 某些工作地域較小的國防科研試驗(yàn)，可不需要與國家時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)保持一致， 可以根據(jù)實(shí)際的需要，可采用有線或無線信道，將該系統(tǒng)中心的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率 信號(hào)傳送到各個(gè)時(shí)統(tǒng)設(shè)備。 定時(shí)校頻接收機(jī)用來接收授時(shí)臺(tái)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)本地時(shí) 間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)的同步和本地頻率信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的校準(zhǔn)。條件允許時(shí)， 時(shí)統(tǒng)設(shè)備應(yīng)配置 2 種精度相當(dāng)?shù)亩〞r(shí)校頻接收機(jī)。 頻率標(biāo)準(zhǔn)是向時(shí)碼產(chǎn)生器提供標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，以讓時(shí)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 間信號(hào)的源，其頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度直接影響標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)的質(zhì)量。 時(shí)碼產(chǎn)生器將頻率標(biāo)準(zhǔn)送來的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)通過分頻就可以得到秒、分、 時(shí)、天等時(shí)間標(biāo)志，但這時(shí)的時(shí)間并未和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步。與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間對(duì)時(shí)的過 程稱為定時(shí)，即用定時(shí)接收機(jī)送來的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)同步時(shí)碼產(chǎn)生器的時(shí)間。時(shí) 統(tǒng)設(shè)備與用戶設(shè)備的接口稱為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼信號(hào)。時(shí)碼產(chǎn)生器完成將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間編碼 成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼信號(hào)，為了保證其工作的可靠性均進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。 時(shí)碼分配放大器將時(shí)碼產(chǎn)生器送來的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼信號(hào)，根據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定， 變換為與用戶設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)碼信號(hào)并經(jīng)分路、放大后送給用戶設(shè)備9。 用戶部分采用國際通用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼信號(hào)作為時(shí)統(tǒng)設(shè)備和用戶間的標(biāo)準(zhǔn)接口 信號(hào)，用戶所需的各類時(shí)間信號(hào)不是由時(shí)統(tǒng)設(shè)備直接提供，而是由用戶內(nèi)的時(shí) 碼接口終端將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)碼信號(hào)作為同步信號(hào)來產(chǎn)生自己所需的各類時(shí)間信號(hào)。 - 3 - 1.2.2 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的要求時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的要求 (1)時(shí)間同步誤差 時(shí)間同步誤差可以說是對(duì)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)最基本的也是最關(guān)鍵的要求。時(shí)間 同步誤差可分為絕對(duì)時(shí)間同步誤差（即時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的時(shí)間與時(shí)間基準(zhǔn)之差） 和相對(duì)時(shí)間同步誤差（即時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)部各站同步時(shí)間誤差）2 種。從國防 科研試驗(yàn)測(cè)量的機(jī)理來看，對(duì)測(cè)量誤差起主要影響的是相對(duì)時(shí)間同步誤差。 (2)測(cè)量準(zhǔn)確度和頻率誤差 當(dāng)測(cè)量設(shè)備的本振頻率需要用時(shí)統(tǒng)設(shè)備的頻率標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)對(duì)頻率 標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度提出要求。此時(shí)對(duì)頻率準(zhǔn)確度的要求是應(yīng)比欲校準(zhǔn)的頻率準(zhǔn) 確度高 1 個(gè)數(shù)量級(jí)。 (3)頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度表征標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)噪聲的大小?，F(xiàn)在趨向于測(cè)速設(shè)備自配穩(wěn)定 度滿足要求的本振源，其頻率準(zhǔn)確度可用時(shí)統(tǒng)設(shè)備的頻率設(shè)備來校準(zhǔn)。 時(shí)統(tǒng)設(shè)備本省出于對(duì)保證頻率準(zhǔn)確度和所提供時(shí)間信號(hào)穩(wěn)定性要求等的考 慮，也會(huì)提出相應(yīng)的對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求 (4)取樣信號(hào)周期抖動(dòng) 取樣信號(hào)的周期應(yīng)該準(zhǔn)確、均勻，而且必須與秒信號(hào)保持嚴(yán)格的同步關(guān)系。 大多數(shù)情況下，測(cè)量系統(tǒng)僅關(guān)心取樣信號(hào)的時(shí)刻是否準(zhǔn)確，即前面提到的時(shí)間 同步誤差。但對(duì)于測(cè)速設(shè)備來說，對(duì)取樣信號(hào)周期的一致性提出了很高的要求。 1.31.3 論文研究的目的和內(nèi)容論文研究的目的和內(nèi)容 在靶場(chǎng)的許多設(shè)備中，其監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)記錄各種數(shù)據(jù),同時(shí)要打上正確 的時(shí)間標(biāo)記。實(shí)現(xiàn)的方法是在監(jiān)控系統(tǒng)中配置適當(dāng)規(guī)模的 B 碼時(shí)統(tǒng)終端，它接 收時(shí)統(tǒng)主站輸出的 IRIGB 碼,產(chǎn)生出適合測(cè)控系統(tǒng)使用的時(shí)間信號(hào)。該終端設(shè) 備，往往具備以下 3 種技術(shù)要求: 能夠?qū)涣?B 碼和直流 B 碼進(jìn)行處理，最 終將時(shí)、分、秒、毫秒等時(shí)間信息以串行 BCD 碼的形式送入計(jì)算機(jī)；能夠 準(zhǔn)確提取出和主站同步的幀參考點(diǎn)，并提供各種同步脈沖；在無 B 碼的情況 下,通過鍵盤預(yù)置時(shí)間,最終仍將時(shí)、分、秒、毫秒信息及同步脈沖送出。 本論文出于此目的，設(shè)計(jì)了基于 ATmega128 和 FPGA 技術(shù)的新型 B 碼解調(diào) 終端和接口電路。在本設(shè)計(jì)中，采用高速的單片機(jī)、超大規(guī)?？删幊碳呻娐?和少量模擬解調(diào)電路相配合的方法，不僅大大減小了 B 碼終端設(shè)備的體積,而且 增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。本論文主要的工作點(diǎn)如下： (1)研究了國際通用的 IRIGB 格式時(shí)間碼，并遵照 IV 型 B 碼終端設(shè)計(jì)的 - 4 - 要求，設(shè)計(jì)出的時(shí)統(tǒng)終端可以接收 B 碼 DC 碼，AC 碼和 GPS 時(shí)間信號(hào)，將串 行時(shí)間信息轉(zhuǎn)化為用戶可以接受的時(shí)間序列，并提供系統(tǒng)需要的各種同步信號(hào)。 (2)該系統(tǒng)同時(shí)可以進(jìn)行時(shí)間源選擇，并內(nèi)部帶有時(shí)間源發(fā)生器，將時(shí)統(tǒng)系 統(tǒng)的時(shí)間信息進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制成 DC 碼和 AC 碼，通過無線信道發(fā)回 B 碼時(shí)間 分站，以供時(shí)間分站對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行修時(shí)。 - 5 - 第二章第二章 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)統(tǒng)設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)統(tǒng)設(shè)備與 IRIG-B 碼碼 2.12.1 時(shí)統(tǒng)終端時(shí)統(tǒng)終端 時(shí)統(tǒng)設(shè)備送給用戶的是標(biāo)準(zhǔn)格式的時(shí)間編碼信號(hào)。然而只有很少的用戶是 直接使用這種時(shí)間編碼信號(hào)的，絕大多數(shù)用戶所需要的各種時(shí)間頻率信號(hào)都不 能從時(shí)統(tǒng)設(shè)備直接獲得的。用戶設(shè)備需將接收到的時(shí)間編碼信號(hào)經(jīng)過譯碼后， 使自己產(chǎn)生的各種時(shí)間信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步，完成這一個(gè)功能的設(shè)備 稱為時(shí)統(tǒng)設(shè)備。時(shí)統(tǒng)設(shè)備是時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的重要組成，它是國防科研試驗(yàn)的重 要設(shè)備之一。時(shí)統(tǒng)設(shè)備是向國防科研試驗(yàn)各個(gè)參試設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)和標(biāo) 準(zhǔn)頻率信號(hào)的設(shè)備。由于參試各站的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了時(shí)間統(tǒng)一，從而使整個(gè)國防科 研試驗(yàn)系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了時(shí)間統(tǒng)一。因此時(shí)統(tǒng)設(shè)備是國防科研試驗(yàn)重要設(shè)備之一。 時(shí)統(tǒng)設(shè)備的組成如圖 2.1 所示2。 用戶 定時(shí)校 頻設(shè)備 頻率標(biāo)準(zhǔn)和 標(biāo)準(zhǔn)放大器 時(shí)間信號(hào)產(chǎn) 生和放大器 用戶 圖 2.1 時(shí)統(tǒng)設(shè)備的組成 時(shí)統(tǒng)設(shè)備提供給用戶設(shè)備的應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)。時(shí)統(tǒng)與用戶 設(shè)備的關(guān)系如圖 2.2 所示。 時(shí) 統(tǒng) 設(shè) 備 用戶終 端設(shè)備 用 戶 設(shè) 備 時(shí)間信息 1pps 20pps 2kpps 圖 2.2 時(shí)統(tǒng)設(shè)備向用戶設(shè)備發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間碼信號(hào) 時(shí)統(tǒng)設(shè)備向各個(gè)用戶設(shè)備送出的是與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間碼信號(hào)，這 個(gè)信號(hào)既應(yīng)該有用戶設(shè)備所需要的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，還應(yīng)該有與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間保持高 精度同步的時(shí)間信號(hào)，如秒信號(hào)。 保證系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一是時(shí)統(tǒng)設(shè)備的最根本的任務(wù)。絕大多數(shù)情況下國家時(shí) - 6 - 頻基準(zhǔn)對(duì)系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一的誤差是可以忽略不計(jì)的，只有當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間統(tǒng)一的精 度達(dá)到 10ns 量級(jí)時(shí)才需考慮國家時(shí)頻基準(zhǔn)對(duì)時(shí)間統(tǒng)一的影響。 時(shí)統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)或配置也需根據(jù)系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步精度的要求來確定。尤其是 時(shí)統(tǒng)設(shè)備中的頻率標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的時(shí)間同步精確度起十分關(guān)鍵的作用。守時(shí) 就是設(shè)備保持精密時(shí)間的能力。守時(shí)的能力是時(shí)統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)一關(guān)鍵的指 標(biāo)。 2.22.2 IRIG-BIRIG-B 時(shí)間碼時(shí)間碼 時(shí)統(tǒng)設(shè)備的體制標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵，是使時(shí)統(tǒng)設(shè)備向用戶設(shè)備發(fā)送的時(shí)間信號(hào) 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間信號(hào)應(yīng)是含有時(shí)間信息編碼的串行時(shí)間碼，該碼應(yīng) 有與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間精確同步的時(shí)間信號(hào)，適應(yīng)于信道傳輸，起碼位最好留有適當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)間碼有 IRIG-A 時(shí)間碼，IRIG-B 時(shí)間碼, IRIG-G 時(shí)間碼，NASA36 時(shí)間碼，XR3 時(shí)間碼 【15】 。下面著重對(duì) IRIG-B 碼進(jìn)行介紹。 IRIG-B 時(shí)間碼的實(shí)際應(yīng)用廣泛，IRIG-B 時(shí)間碼中控制功能有 27 個(gè)碼元可 供使用?？刂乒δ苁窃谥贫ň幋a標(biāo)準(zhǔn)時(shí)保留一些碼元用于各種控制、識(shí)別和其 他特殊目的的功能編碼，規(guī)定了它僅用于靶場(chǎng)內(nèi)部而不應(yīng)用靶場(chǎng)間。IRIG-B 時(shí) 間碼的時(shí)幀周期為 1s，每刷新 1 次時(shí)間信息，用戶可每秒與時(shí)統(tǒng)設(shè)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(tǒng)的要求，因此選用每秒 1 幀的時(shí)間碼是較為合適的。IRIG-B 時(shí)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(shù)時(shí)統(tǒng)設(shè)備采用 IRIG-B 時(shí)間碼的主要原因。 IRIG-B(DC)碼是每秒一幀的時(shí)間串碼，每個(gè)碼元寬度為 10ms，一個(gè)時(shí)幀周 期包括 100 個(gè)碼元，為脈寬編碼。碼元的“準(zhǔn)時(shí)”參考點(diǎn)是其脈沖前沿，時(shí)幀 的參考標(biāo)志由一個(gè)位置識(shí)別標(biāo)志和相鄰的參考碼元組成，其寬度為 8ms；每 10 個(gè)碼元有一個(gè)位置識(shí)別標(biāo)志：P1、P2、P3、P9、P0，它們均為 8ms 寬度； PR 為幀參考點(diǎn)；“1”和“0”分別代表寬為 5ms 和 2ms 一個(gè)時(shí)間格式幀從幀參考標(biāo)志開始。因此連續(xù)兩個(gè) 8ms 寬脈沖表明秒的開 始，如果從第 2 個(gè) 8ms 開始對(duì)碼元進(jìn)行編碼，分別為第 0，1，2，99 個(gè)碼 元。在 B 碼時(shí)間格式中含有天、時(shí)、分、秒，時(shí)序?yàn)槊敕謺r(shí)天，所占信 息位為秒 7 位、分 7 位、時(shí) 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，12，13，15，16，17 碼元；“時(shí)”信息：第 20，21，22，23，25，26，27 碼元；第 5，14，24 碼元為索引標(biāo)志，寬度為 2ms。時(shí)、分、秒均用 BCD 碼表示，低位在前，高位在后，個(gè)位在前，十位在 - 7 - 后。圖 2-3 為 IRIG-B 格式時(shí)間碼原始碼. 圖 2.3 IRIG-B 格式碼原碼 對(duì)遠(yuǎn)離時(shí)統(tǒng)設(shè)備而只有窄帶信道相聯(lián)系的用戶，可以采用 B(DC)碼調(diào)制的 方法，即將 B(DC)碼調(diào)制成 B(AC)碼(交流碼也是沿用 IRIG 標(biāo)準(zhǔn)的稱呼)再進(jìn)行 傳輸【10】。 - 8 - 2ms A 1Hz B(DC) B(AC) 圖 2.4 B(DC)碼與 B(AC)碼 B(DC)碼調(diào)制成 B(AC)碼的方法如圖 2.4 所示。它是用 B(DC)碼對(duì) 1kHz 正 弦信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，但是由于 B(AC)碼傳送的是精確時(shí)間信號(hào)，因此與一般 的幅度調(diào)制不同：一是 1kHz 正弦信號(hào)必須與產(chǎn)生 B(DC)碼的信號(hào)共源，這樣可 以保持兩者的時(shí)間關(guān)系一直不變；二是為了使用戶能得到精確的時(shí)間信號(hào)，要 求 B(AC)碼從低幅到高幅的正弦信號(hào)的正交過零點(diǎn)(如圖 2.4 中的 A 點(diǎn))與 B(DC) 碼的準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)(即脈沖前沿)嚴(yán)格保持一致。這樣用戶可從對(duì) B(AC)碼從低幅到高幅 的正交過零點(diǎn)的精密檢測(cè)得到精確的時(shí)間信號(hào)。B(AC)碼高幅與低幅之比，稱為 調(diào)制比。 2.32.3 GPSGPS 2.3.1 GPS 介紹介紹 1973 年，為了建立安全的衛(wèi)星導(dǎo)航裝置，美國批準(zhǔn) Timation 項(xiàng)目，開始 GPS (Global Positioning System)系統(tǒng)的建設(shè)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(dǎo)航、定位和授時(shí) 系統(tǒng)。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(shí)連續(xù)實(shí)時(shí)地向地面用戶提供高精度位置、速度和 時(shí)間信息。GPS 傳遞的時(shí)間能在全球范圍內(nèi)與世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC) 保持高精度同 步，是迄今為止傳播范圍最廣、精度最高的無線電時(shí)鐘信號(hào)源。 GPS 的設(shè)計(jì)目的是用于美國的軍事領(lǐng)域，具有很高的可靠性,同時(shí)在降低精 度的條件下兼供全世界民用領(lǐng)域。因此，在一定意義上講，GPS 已成為一項(xiàng)全 球共享的高技術(shù)資源。 GPS 系統(tǒng)由 24 顆衛(wèi)星和五個(gè)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(gè)地點(diǎn)在任何時(shí)刻都有四顆衛(wèi)星覆蓋。每一顆衛(wèi)星上 - 9 - 都裝有一個(gè)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(shí)間的數(shù)字無線電信號(hào)，同時(shí)，每當(dāng)衛(wèi)星飛越地面站，地面站就對(duì)其位置和 時(shí)間進(jìn)行校正。GPS 接收裝置和當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)時(shí)間構(gòu)成了一個(gè)四維方程，因此， 利用四顆衛(wèi)星的信號(hào)，便可以精確確定接收裝置的位置和時(shí)間。假設(shè) GPS 接收 裝置的位置為 P0 (x, y, z)，接收到第一顆衛(wèi)星的時(shí)間和地點(diǎn)信息為 T1 和 P1 的 當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間為 t0，接收到第二顆衛(wèi)星時(shí)間和地點(diǎn)信息 T2 和 P2 的當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí) 間為 t0+dtl，接收到第三顆衛(wèi)星時(shí)間和地點(diǎn)信息 T3 和 P3 的當(dāng)?shù)貢r(shí)間為 t0+dt2， 接收到第四顆衛(wèi)星時(shí)間和地點(diǎn)信息 T4 和 P4 的當(dāng)?shù)貢r(shí)間為 t0+dt3，其中 dtl, dt2, dt3 由 GPS 接收裝置本身較為精確的時(shí)鐘源提供，通常只需要這個(gè)時(shí)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(gè)方程： (P1-P0)/(t0-T1)=光速 (2.1) (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(gè)方程，可以非常方便地求解出 GPS 接收器位置的時(shí)間和地點(diǎn)信息。 因此，利用 GPS 信號(hào)，可以非常方便地構(gòu)成一個(gè)精確的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步方法。 2.3.2 GPS 授時(shí)的優(yōu)勢(shì)授時(shí)的優(yōu)勢(shì) GPS 不僅是高精度的全球定位系統(tǒng)，也是高精度的實(shí)時(shí)時(shí)間信號(hào)源。分散 數(shù)千米之遙的各 GPS 接收機(jī)輸出的時(shí)間信號(hào) 1PPS（秒脈沖）與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的最 大誤差不超過 1uS,授時(shí)型 OEM 板 1PPS 精度可達(dá) 50ns ，所以可以認(rèn)為是同步 的。另外，GPS 授時(shí)具有抗干擾能力強(qiáng)，保密性好的優(yōu)點(diǎn)。GPS 接收機(jī)有秒脈 沖、毫秒脈沖及時(shí)間信息、方位信息輸出，具有標(biāo)準(zhǔn) RS232 串行接口，可供 計(jì)算機(jī)及其它設(shè)備使用。它也能為遙測(cè)站的合理布局提供定位依據(jù)11。 因此，若分散在各地的各測(cè)控設(shè)備都采用 GPS 時(shí)間，則可免去各測(cè)控設(shè)備 與測(cè)控中心之間的時(shí)間信息傳遞，減少通訊線路傳遞各種信號(hào)的負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化測(cè) 控設(shè)備的構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步，而且現(xiàn)在許多靶場(chǎng)測(cè)控設(shè)備都采用移 動(dòng)方式，有的甚至沒有傳輸通道，所以 GPS 授時(shí)是靶場(chǎng)測(cè)控設(shè)備在未來發(fā)展中 的需要，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。 - 10 - 第三章第三章 B 碼時(shí)統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)碼時(shí)統(tǒng)終端的設(shè)計(jì) 3.13.1 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 3.1.1 系統(tǒng)功能模塊劃分系統(tǒng)功能模塊劃分 時(shí)統(tǒng)終端為系統(tǒng)提供絕對(duì)時(shí)間和各種同步脈沖信號(hào)。該終端接受中心時(shí)統(tǒng) 的 IRIG-B 碼，如果加裝 GPS 授時(shí)板，具備 GPS 天文授時(shí)功能。同時(shí)，該系統(tǒng) 回送一路 AC 碼和 DC 碼作為修時(shí)用，向各單元送出各種同步脈沖。系統(tǒng)通過 按鍵與液晶顯示與用戶進(jìn)行交互。 時(shí)統(tǒng)終端由主機(jī)板、顯示板、接口板、GPS 授時(shí)板組成，可根據(jù)機(jī)箱結(jié)構(gòu) 需要靈活組裝。如圖 3.1 所示。 顯示板 主控板 電源 GPS授 時(shí) 板 接 口 板 圖 3.1 時(shí)統(tǒng)終端硬件框圖 各個(gè)模塊完成的功能如下： (1)主控板 解調(diào) IRIG-B 碼； 接收 GPS 時(shí)間； 延時(shí)修正，修時(shí)范圍999999s； 產(chǎn)生秒脈沖以及各種頻率同步脈沖； 產(chǎn)生終端解調(diào)后調(diào)制的回送 B 碼； (2)顯示板 顯示時(shí)間、工作方式、工作狀態(tài)等信息； 掃描鍵盤； 與通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； - 11 - 設(shè)置工作方式。 (3)接口板完成 TTL-RS485 接口的轉(zhuǎn)換功能。 (4)GPS 授時(shí)板產(chǎn)生 GPS 時(shí)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(shí)統(tǒng)終端原理框圖如圖 3.2 所示。其中，解調(diào)單片機(jī)為 ATmega128,利用單 片機(jī)的內(nèi)部 A/D 口將 AC 碼轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化處理，進(jìn)行數(shù)字化解調(diào)。 該單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器有三個(gè)，利用其定時(shí)器 1 的輸入捕獲功能可以完成 DC 碼的解調(diào)。在解調(diào)單片機(jī)完成時(shí)間同步碼元的檢測(cè)后，發(fā)出粗解調(diào)信號(hào)給 FPGA,以提供精確的準(zhǔn)時(shí)時(shí)刻。 接口電路完成差分信號(hào)和 TTL 電平的轉(zhuǎn)換，并帶有保護(hù)功能，保護(hù)整個(gè)系 統(tǒng)的工作不受外界干擾的侵入。 總之，該系統(tǒng)將解調(diào)單元和控制單元進(jìn)行合理的功能劃分，主控單元完成 用戶的按鍵輸入和時(shí)間信息的顯示；解調(diào)單元完成時(shí)間的解調(diào)和調(diào)制，并給出 各種同步脈沖。該系統(tǒng)以國軍標(biāo)中對(duì) B 碼終端的要求為藍(lán)本，實(shí)現(xiàn)了 B 碼 AC 碼、DC 碼、GPS 時(shí)間的解調(diào)，并產(chǎn)生與時(shí)間同步的各種脈沖，統(tǒng)一了測(cè)控系統(tǒng) 的時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)。 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(shí)間信息 串行時(shí) 間碼 AC碼 圖 3.2 時(shí)統(tǒng)終端原理框圖 - 12 - 3.1.3 總體軟件設(shè)計(jì)總體軟件設(shè)計(jì) 解碼程序放在解調(diào)單片機(jī) ATmega128 內(nèi)部程序內(nèi)，能夠完成對(duì) FPGA 的解 碼控制和粗解調(diào)脈沖的發(fā)出，以及 GPS 時(shí)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(tǒng)各部分 初始化 讀入工作方式 開放DC碼外部 中斷 置相應(yīng)的標(biāo)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(biāo) 志，關(guān)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(shí)統(tǒng)終端的技術(shù)指標(biāo)碼時(shí)統(tǒng)終端的技術(shù)指標(biāo) (1)具有守時(shí)功能，一小時(shí)漂移300s (2)輸入接口 (a) IRIG-B 交流 （AC） 碼 幅度：0.5Vp_p10Vp_p 調(diào)制比：2：16：1 負(fù)載：600 平衡輸入 (b) IRIG-B（DC）碼 RS-485 接口和 GB11014-90 標(biāo)準(zhǔn) (c) GPS 授時(shí) 信息：異步通訊接口，TTL 電平 - 13 - 授時(shí)秒（1Hz）：接口，TTL 電平 種類：定位和定時(shí)信號(hào) (d) 頻標(biāo) 5MHz 高精度頻標(biāo)； 精度優(yōu)于 10-7 穩(wěn)定度優(yōu)于 107 (3)同步精度及延時(shí)修正 IRIG-B（AC）10s IRIG-B（DC）1s GPS 授時(shí)1s 延時(shí)修正：999999s (4)輸出信號(hào)及接口 輸出采樣頻率為 25Hz 絕對(duì)時(shí)間碼，RS-232 接口，串行異步通 訊方式波特率 9600bps。 輸出各分系統(tǒng)工作需要的同步脈沖，RS-232 接口,信號(hào)為負(fù)脈沖，脈寬 310s 3.23.2 B B 碼時(shí)間解調(diào)部分的設(shè)計(jì)碼時(shí)間解調(diào)部分的設(shè)計(jì) 3.2.1 解調(diào)原理解調(diào)原理 (1)直流碼的解調(diào) 直流碼采用 RS485 電平接口輸入與輸出經(jīng) TTLRS485 電平轉(zhuǎn)換芯 片輸入，經(jīng)一或非門送給選擇及延時(shí)修正 FPGA，經(jīng)選擇后(直流碼中斷 DCINT)反 送到解碼 ATmega128 單片機(jī)的 ICP 入口。Atmega128 利用 ICP 功能，通過定時(shí) 器 1 測(cè)量直流碼高電平的寬度，解出時(shí)間信息和秒頭脈沖，產(chǎn)生解調(diào)秒，供控 制電路清零分頻鏈，使之與 B 碼的基準(zhǔn)秒頭同步。 (2)交流碼的解調(diào) 設(shè)計(jì)的新型時(shí)統(tǒng)終端采用 Atmega128 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，解調(diào) IRIG-B 交 流碼，采用自動(dòng)增益控制電路，將輸入 AC 碼的幅值進(jìn)行調(diào)整，利用 Atmega128 單片機(jī)的 AD 口，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將 IRIG-B 碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)行 數(shù)字化解調(diào)處理，簡(jiǎn)化了硬件電路。 IRIGB 交流碼(AC)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)接口后，分為兩路，一路輸入給單片機(jī)的 AD 口；一路經(jīng)過零檢測(cè)電路形成時(shí)間基準(zhǔn)脈沖，供單片機(jī)中斷采樣。硬件示意圖 - 14 - 如圖 3.4 所示。 接 口 電 路 ATmega128 幅值調(diào)整電路 過零 檢測(cè) 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(shè)計(jì)輸入接口單元電路的設(shè)計(jì) (1)DC 碼接口單元電路設(shè)計(jì) 直流碼有兩種接口，一種是 TTL 接口，另一種是 485 接口。本系統(tǒng)中采用 485 接口輸入， ，用戶選擇 DC 碼后送入單片機(jī)解調(diào)。 (2)AC 碼接口單元電路設(shè) 計(jì)。 交流碼通過變壓器隔離輸入，一路經(jīng) LM393 過零比較產(chǎn)生 1KHZ 脈沖信號(hào)， 一路經(jīng)數(shù)字電位器控制的 LM324 絕對(duì)值放大器，形成 05V 的正弦信號(hào)，并把 輸入的 B 碼信號(hào)分檔進(jìn)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(jìn)行采集，拓寬對(duì) B 碼輸入更寬范圍的適 應(yīng)。 3.2.3 AC 碼解碼電路碼解碼電路 (1)過零檢測(cè)單元電路的設(shè)計(jì) 過零檢測(cè)單元電路的功能是產(chǎn)生 2KHZ 的 AC 碼時(shí)間基準(zhǔn)脈沖和 1KHZ 的 識(shí)別各種信息內(nèi)容的定位信號(hào)。交流碼通過變壓器隔離輸入后，經(jīng) LM393 過零 比較產(chǎn)生 1 KHZ 連續(xù)方波脈沖信號(hào)，作為識(shí)別各種信息內(nèi)容的定位信號(hào)。過零 比較產(chǎn)生的 1KHZ 信號(hào)，上升沿經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123 觸發(fā)，產(chǎn)生 250s 寬 的脈沖信號(hào) AC1，下降沿經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123 觸發(fā)產(chǎn)生 250s 寬的脈沖信 號(hào) AC2，兩路信號(hào)經(jīng)過 FPGA 控制相或后取反，形成 2KHZ 的時(shí)間基準(zhǔn)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(diào)整電路 一路經(jīng) LM324 組成的放大器，形成 0-5V 的正弦信號(hào)，并把輸入的 IRIG-B 交流碼信號(hào)通過數(shù)字電位計(jì)進(jìn)行縮放，調(diào)整 AC 碼的幅值，拓寬對(duì) IRIG-B 交流 碼輸入更寬范圍的適應(yīng)。其中 ACC1,ACC2 為 1：1 輸出，相位相差 180，進(jìn)入 單片機(jī)的 ADC 口進(jìn)行采集，電路圖見圖 3.6。 圖 3.6 AC 碼幅值調(diào)整電路 (3)基于 TL431A 的基準(zhǔn)電壓模塊 在本設(shè)計(jì)中,解碼單片機(jī)和 AC 碼調(diào)制電路中，具有 AD 變換模塊，需要精 確的參考電壓，由此，設(shè)計(jì)了基于 TL431A 的基準(zhǔn)電壓電路。 TL431A 為三端可調(diào)節(jié)精密基準(zhǔn)源。通過兩個(gè)外接電阻，輸出電壓可在 Vref ( 約 2.5 V )到 20V 連續(xù)調(diào)節(jié)。該電路輸出阻抗小（0.2） 。開啟特性好， - 16 - 在許多應(yīng)用場(chǎng)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(zhǔn)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(diào)， 調(diào)整 R1，使 V0 輸出為 5V。 3.2.4 AC 碼解調(diào)程序分析碼解調(diào)程序分析 本系統(tǒng)中，利用單片機(jī)的 AD 口進(jìn)行 AC 幅值的提取。AC 碼的幅值最小值 為：高幅 VHmin025V，低幅：Vlmin=025V60.042V。考慮到 Atmega128 的 AD 為 l0 位，參考電壓為 5V，分辨率為 5mV，對(duì)應(yīng) B 碼最低 幅度的轉(zhuǎn)換結(jié)果為：高幅對(duì)應(yīng) 50(Dec),低幅對(duì)應(yīng) 8(Dec)。由上述結(jié)果可見，高 低幅度很容易。由于采用數(shù)字電位器，可以首先對(duì) AC 碼的幅值進(jìn)行判斷，如 果幅值較低，可以調(diào)整數(shù)字電位器將 AC 碼進(jìn)行放大。 - 17 - 開始 采集AC碼幅值 中斷返回 輸出解調(diào)秒脈沖 調(diào)整數(shù)字電位器 以改變AC碼幅值 解調(diào)時(shí)間信息 高幅數(shù)加一 計(jì)算兩次采樣 值的差 采集B碼 幅值在范圍內(nèi)嗎 是基準(zhǔn)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 的下降沿對(duì)準(zhǔn) AC 碼的 峰值點(diǎn)，計(jì)算兩個(gè)采樣值之間的差值(或解調(diào)出峰值的最大值和最小值，計(jì)算出 中間值，根據(jù)中間值解調(diào)出高幅個(gè)數(shù))，解調(diào)出高幅個(gè)數(shù)，單片機(jī)根據(jù)高幅個(gè)數(shù) 解調(diào)出 IRIG-B 交流碼(AC)的基準(zhǔn)秒頭，產(chǎn)生解調(diào)秒。程序流程圖如圖 3.8 所示。 3.2.5 DC 碼解調(diào)程序碼解調(diào)程序 DC 碼的基本解調(diào)原理為測(cè)脈寬法，在本設(shè)計(jì)中，充分利用了新型 Atmega128 單片機(jī)的功能，利用其輸入捕獲功能，通過翻轉(zhuǎn)捕獲邊沿，測(cè)到 DC 碼的脈寬，解調(diào)出 DC 碼時(shí)間。其程序流程圖如圖 3.9 所示。 - 18 - 將計(jì)數(shù)值送入現(xiàn)在值 開始解碼子程序 對(duì)應(yīng)8ms，2ms，5ms 軟件計(jì)數(shù)器處理 現(xiàn)在值送入歷史值 發(fā)出解調(diào)秒脈沖 設(shè)定下次是上升沿捕獲 啟動(dòng)T2定時(shí)中斷 設(shè)定下次是下降沿捕獲 現(xiàn)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(cè)到兩個(gè)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(yīng)用模塊在解碼中的應(yīng)用 在解碼模塊中，單片機(jī)負(fù)責(zé)幀頭的判讀和發(fā)出粗解調(diào)脈沖，F(xiàn)PGA 在接收 粗解碼脈沖后，利用高精度溫補(bǔ)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(diào)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(jī)發(fā)出的粗解調(diào)脈沖，clrsec 是 FPGA 發(fā)出的清零秒脈沖，其脈寬為 0.2us。 圖 3-10 解調(diào)秒形成清零秒的波形圖 在解調(diào)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(guān)系波形圖 3.33.3 B B 碼時(shí)間調(diào)制部分的設(shè)計(jì)碼時(shí)間調(diào)制部分的設(shè)計(jì) 3.3.1 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理 B 碼調(diào)制單元電路的功能是將目前系統(tǒng)時(shí)間調(diào)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(shí)統(tǒng)中心站進(jìn)行延時(shí)檢查和解調(diào)檢查用。該模 塊分為 DC 碼調(diào)制和 AC 碼調(diào)制。DC 碼調(diào)制通過調(diào)制 FPGA 取到目前系統(tǒng)的時(shí) 間信息，并利用 FPGA 內(nèi)部的電路將時(shí)間信息調(diào)制成 DC 碼。與此同時(shí)，調(diào)制 FPGA 產(chǎn)生 AC 碼波形數(shù)據(jù)的地址，與 DC 碼配合，將存儲(chǔ)在 EEPROM 數(shù)據(jù)表 中的數(shù)據(jù)輸入到 DAC0832,進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一路標(biāo)準(zhǔn)的 1KHZ IRIGB 碼的 交流信號(hào)，經(jīng)變壓器回送給時(shí)統(tǒng)分站或總站8。下面分別予以介紹。 3.3.2 DC 碼調(diào)制碼調(diào)制 內(nèi)部時(shí)間的產(chǎn)生是用 9 個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組成時(shí)鐘電路，用以產(chǎn)生內(nèi)部 時(shí)間信號(hào)：天、時(shí)、分、秒信號(hào)。四種信號(hào)經(jīng)過緩存后順序送入并串轉(zhuǎn)換單元， 將并行碼串行輸出，由 7 個(gè)產(chǎn)生時(shí)序脈沖的 4017 級(jí)聯(lián)產(chǎn)生 B 碼所需的三種脈沖 形式，經(jīng)過邏輯門的控制將輸出的時(shí)間碼轉(zhuǎn)化成 B 碼。內(nèi)部電路示意圖如圖 3.12 所示。 時(shí)序脈沖 發(fā)生器 365進(jìn)制 計(jì)數(shù)器 緩沖電路并串 轉(zhuǎn)換 電路 邏輯門 控制電路 參考碼元 位置識(shí)別碼元 時(shí)間碼元 圖 3.12 DC 碼調(diào)制電路示意圖 經(jīng)過內(nèi)部模塊的合理劃分，將 365 進(jìn)制計(jì)數(shù)器和緩沖電路封裝為一個(gè)模塊， 其輸出是 100ms 內(nèi)部對(duì)應(yīng)的碼元并行序列；將并串轉(zhuǎn)換和時(shí)序脈沖發(fā)生器封裝 - 20 - 為 1 個(gè)模塊，其輸出為三種碼元，參考碼元，位置識(shí)別標(biāo)志和時(shí)間碼元，將這 三個(gè)碼元經(jīng)過一個(gè)或門，就會(huì)得到實(shí)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(hào) 三種碼元輸出如圖 3.14 所示。其中,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(diào)制碼調(diào)制 單片機(jī) ATmega128 根據(jù)解調(diào)出的時(shí)間信息和基準(zhǔn)秒信號(hào)，控制調(diào)制 FPGA 產(chǎn)生直流碼和 EEPROM 的低 12 位地址信號(hào)，直流碼控制 EEPROM 的最高位 地址信號(hào)，將存貯在 2764 中的波形數(shù)據(jù)取出，送入 DAC0832，在 1MHz 的脈 沖控制下進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行電流到電壓的轉(zhuǎn)化，再進(jìn)行有源濾波，經(jīng)變 壓器耦合后送出。在 DC 碼為高的情況下，A12=1,對(duì)應(yīng)地址范圍為 0 x10000 x1fff；在 DC 碼為低的情況下，A12=0,對(duì)應(yīng)地址范圍為 0 x00000 x0fff?？紤]到一個(gè)波形為 1ms，DAC0832 的轉(zhuǎn)化時(shí)間為 1us，所以一 個(gè)正弦波形占據(jù) 1024 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，由此,DC 碼高電平對(duì)應(yīng)的地址分別為 0 x10000 x13ff，DC 碼低電平對(duì)應(yīng)地址為 0 x00000 x03ff。調(diào)制 FPGA 需要產(chǎn) 生 10 個(gè)地址線3。AC 調(diào)制電路見附錄 1。 - 21 - 3.43.4 GPSGPS 時(shí)間信息的解調(diào)時(shí)間信息的解調(diào) 3.4.1 解調(diào)原理解調(diào)原理 12 GPS 時(shí)間由解調(diào)單片機(jī)通過串口接收 GPS 接收機(jī)的時(shí)間信息和秒脈沖來完 成。GPS 秒脈沖在整形后送入選擇及延時(shí)修正 FPGA，GPS 輸出信息業(yè)進(jìn)入選 擇及延時(shí)修正 FPGA。在用戶選擇 GPS 時(shí)間后，GPS 時(shí)間標(biāo)志置 1，接收單片 機(jī)使能串口接收，接收 GPS 接收機(jī)發(fā)出 NMEA1083 語句并完成 GPS 語句的解 析，得到 UTC 時(shí)間和跟蹤的衛(wèi)星的數(shù)目。單片機(jī)解調(diào)成功，通知 FPGA 已解調(diào) 成功，F(xiàn)PGA 對(duì) GPS 秒脈沖進(jìn)行同步整形，以形成解調(diào)秒脈沖，在此脈沖下， 內(nèi)部 25Hz 脈沖啟動(dòng)，利用前面板單片機(jī)的串口發(fā)送得到 B 碼解調(diào)后的時(shí)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，具有以下特點(diǎn): (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(diǎn) (4)1PPS 秒脈沖輸出精度可達(dá)到士 1us (5)標(biāo)準(zhǔn) NMEA0183 語句可選擇輸出 (6)二進(jìn)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(dá) 5 米 3.4.3 GPS 解調(diào)流程圖解調(diào)流程圖 GPS 接收采用中斷方式，并利用單片機(jī)內(nèi)部的 RAM 做出一個(gè)接收隊(duì)列， 利用隊(duì)列的指針將 GPS 數(shù)據(jù)依次接收，實(shí)時(shí)處理。根據(jù) GPS 規(guī)定的語法進(jìn)行判 讀，得到時(shí)間信息，發(fā)出解調(diào)秒，解調(diào)流程圖，如圖 3.15 所示。 - 22 - 開始 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 根據(jù)GPS語法判 斷數(shù)據(jù) 置G=1 中斷返回 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 置G=0 有效嗎？ N Y 圖 3.15 GPS 時(shí)間解調(diào)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(diào)精度分析碼解調(diào)精度分析 4.1.1 直流（直流（DC）碼解調(diào)精度）碼解調(diào)精度 DC 碼解調(diào)精度示意圖如圖 5.1 所示，解碼單元的單片機(jī)根據(jù) B 碼找到基準(zhǔn) 秒頭（兩個(gè)連續(xù)的 8ms） ，發(fā)出解調(diào)秒送給解調(diào)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(duì)修時(shí)分頻鏈進(jìn)行裝載，使其與 B 碼 基準(zhǔn)秒同步。直流碼的解調(diào)精度就是直流碼的基準(zhǔn)秒前沿和清零秒脈沖寬度。 8ms8ms 10ms10ms 解調(diào)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(diào)精度）碼解調(diào)精度 AC 碼解調(diào)精度示意圖如圖 4.2 所示，解碼單元的單片機(jī)根據(jù) B 碼（AC 碼） 找到基準(zhǔn)秒頭（兩個(gè)連續(xù)的 8 個(gè)高幅） ，發(fā)出解調(diào)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(hào)相與形成清零秒，再形成 0.2s 寬的清零秒脈沖對(duì)修時(shí)分頻鏈進(jìn)行裝載，使其與 B 碼基準(zhǔn)秒同步。交流碼的解 調(diào)精度就是過零比較的精度。 交流碼 ZKC 解調(diào)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(diào)精度解調(diào)精度 在 GPS 授時(shí)狀態(tài)下的對(duì)時(shí)精度由 GPS 授時(shí)板輸出的秒信號(hào)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?shù)浇K端時(shí)，經(jīng)常容易造成波形失真和波形畸變，甚至誤碼,要 求時(shí)統(tǒng)終端必須有一定的糾錯(cuò)能力。同時(shí)，由于 GPS 工作的不可預(yù)知性，GPS 信號(hào)可能出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無的現(xiàn)象，要求系統(tǒng)有守時(shí)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(dá) 1 千米。同時(shí) DC 碼接收采用 max485 接口芯片使 DC 碼傳輸距離更遠(yuǎn)，使 DC 碼盡量恢復(fù)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(diào)模塊的可靠性分析 解調(diào)模塊盡量采用較少的模擬器件，同時(shí) FPGA 內(nèi)部電路合理劃分 功能，盡量提高系統(tǒng)的可靠性。電路設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)芯片電源和地之間連接 1 個(gè) 0.1uF 和 10uF 的濾波電容，減少電源波動(dòng)對(duì)芯片工作的影響。由于采用溫 度補(bǔ)償晶振，具有很高的頻率穩(wěn)定度，使同步脈沖的周期抖動(dòng)性很低，守時(shí)能 力提高。為滿足國軍標(biāo)對(duì) IV 型 B 碼時(shí)統(tǒng)終端的低溫要求，所有芯片均為軍品。 (4)調(diào)制模塊的可靠性分析 DC 碼調(diào)制由 FPGA 內(nèi)部電路完成，與清零秒的同步精度很高。同時(shí)，AC 碼采用數(shù)字電路+模擬電路產(chǎn)生，減少了模擬器件，提高了系統(tǒng)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(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的發(fā)展方向時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的發(fā)展方向 時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)是隨著國防科研試驗(yàn)的需要而誕生的，幾十年來從無到有， 已經(jīng)有了指標(biāo)越來越先進(jìn)、性能越來越完善的時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)。經(jīng)過這些年的發(fā) 展，時(shí)統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的時(shí)間和頻率統(tǒng)一的精度已可滿 足絕大多數(shù)試驗(yàn)的需要。隨著國防科研試驗(yàn)的飛速發(fā)展，對(duì)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)必然 會(huì)提出越來越高的要求。半個(gè)世紀(jì)來科學(xué)技術(shù)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(shí)間和頻率的統(tǒng)一，時(shí)間統(tǒng) 一系統(tǒng)已不再是國防科研試驗(yàn)專用的系統(tǒng)，它在國防、國民經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)研究等 領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 5.1.1 在導(dǎo)彈、航天實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用擴(kuò)展在導(dǎo)彈、航天實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用擴(kuò)展 (1) 時(shí)統(tǒng)設(shè)備從靜態(tài)到動(dòng)態(tài) 以往的時(shí)統(tǒng)設(shè)備無論是固定站使用的還是車載或船載的，在使用時(shí)都是靜 態(tài)的。隨著導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)能力的提高，需要時(shí)統(tǒng)設(shè)備能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)工作條件， 如在車載和機(jī)載的工作環(huán)境中可靠的工作；而對(duì)航天器的測(cè)量正在由陸基向天 基發(fā)展，要求時(shí)統(tǒng)設(shè)備能適應(yīng)星載條件下工作。 (2）納秒量級(jí)時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)為采用新測(cè)量體制創(chuàng)造條件 一種新的測(cè)量體制要求相距幾十公里的站間時(shí)間同步誤差達(dá)到納秒量級(jí)。 如果站間的時(shí)間同步能達(dá)到納秒量級(jí)，目標(biāo)發(fā)出的信號(hào)同時(shí)被幾個(gè)站所接收， 經(jīng)數(shù)據(jù)處理后就可精確的測(cè)量其位置。這種測(cè)量機(jī)制會(huì)使原本較難實(shí)現(xiàn)的多目 標(biāo)跟蹤測(cè)量迎刃而解13。 (3)深空測(cè)量將開辟時(shí)間統(tǒng)一應(yīng)用的新領(lǐng)域 隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，深空測(cè)量甚至星際旅行也提到議事日程，而要 實(shí)現(xiàn)航天器從近空到深空的發(fā)展，必須解決深空目標(biāo)的測(cè)量。深空測(cè)量要求時(shí) 間統(tǒng)一系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)相距遙遠(yuǎn)的測(cè)量站間的時(shí)間同步達(dá)到 ns 量級(jí)。 (4）天地時(shí)間統(tǒng)一 天地時(shí)間統(tǒng)一并不是現(xiàn)在才提出來的，時(shí)間上在導(dǎo)彈、衛(wèi)星試驗(yàn)的初級(jí)階 段已經(jīng)有了天地時(shí)間統(tǒng)一的要求。隨著導(dǎo)彈、遙感等應(yīng)用衛(wèi)星的發(fā)展，對(duì)天地 時(shí)間統(tǒng)一提出了越來越高的要求。要實(shí)現(xiàn)天地時(shí)間統(tǒng)一，要解決兩個(gè)問題：歷 元和時(shí)間尺度14。 - 26 - 5.1.2 新技術(shù)在時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)中的應(yīng)用新技術(shù)在時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)中的應(yīng)用 (1)新型工程化頻率標(biāo)準(zhǔn) 頻率標(biāo)準(zhǔn)是時(shí)統(tǒng)設(shè)備的心臟，由于對(duì)站間時(shí)間同步誤差要求和時(shí)統(tǒng)設(shè)備守 時(shí)能力要求的提高，對(duì)用于時(shí)統(tǒng)設(shè)備的頻率標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高。以往時(shí)統(tǒng)設(shè) 備多數(shù)配置高穩(wěn)石英晶體頻率標(biāo)準(zhǔn)，由于受頻率準(zhǔn)確度的限制以及需要較長的 開機(jī)過程，已越來越不適用工程的需要。近年來，出現(xiàn)了銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，氫 原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)和組合型頻率標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)用化的步伐正在加快， 相信不久可應(yīng)用于工程。 (2)方便實(shí)用的定時(shí)校頻手段 傳統(tǒng)的時(shí)統(tǒng)設(shè)備采用長、短波定時(shí)校頻手段，近年來 GPS 定時(shí)校頻也以用 于時(shí)統(tǒng)設(shè)備。目前還有如下的授時(shí)手段：北斗一號(hào) ，第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，冗 余型定時(shí)校頻設(shè)備。 (3)遠(yuǎn)距離特高精度時(shí)間同步方法 隨著原子鐘的研制取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，各國研制的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度越 來越高的原子鐘急需解決遠(yuǎn)距離的對(duì)比。目前技術(shù)上較為成熟的遠(yuǎn)距離特高精 度時(shí)間同步的方法有衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞方式和激光時(shí)間傳遞方法。 (4)時(shí)統(tǒng)設(shè)備新技術(shù) 時(shí)統(tǒng)設(shè)備目前的發(fā)展趨勢(shì)是智能化，數(shù)字化，高精度。高精度體現(xiàn)在低損 耗頻標(biāo)切換技術(shù)，精密實(shí)踐同步技術(shù)。實(shí)踐證明，B 碼只能適用微妙量級(jí)時(shí)間 同步誤差的應(yīng)用場(chǎng)合。當(dāng)時(shí)間同步誤差為 10ns 量級(jí)時(shí)，可采用 IRIG-G 格式時(shí) 間碼。 5.25.2 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 5.2.1 國防國防 現(xiàn)代國防對(duì)時(shí)間頻率統(tǒng)一的需要十分迫切。眾所周知，無線電導(dǎo)航和定位 離不開高精度的時(shí)間和頻率，地面遠(yuǎn)程雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)羅蘭C 導(dǎo)航系統(tǒng) 就是根據(jù)測(cè)得的到羅蘭C 導(dǎo)航鏈主、副站的精密時(shí)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(dǎo)航信號(hào)都保持嚴(yán)格的時(shí)間同步。 星基導(dǎo)航定位系統(tǒng)如 GPS，它的每一顆衛(wèi)星上都有原子鐘組，它們的時(shí)間和頻 率都由地面主控站控制保持統(tǒng)一，正因?yàn)槿绱瞬攀菇邮諜C(jī)隨時(shí)知道自己的位置 成為可能。 除航天和戰(zhàn)略武器試驗(yàn)需要時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)外，常規(guī)兵器(包括戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、火 炮、航彈等)試驗(yàn)都離不開時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)。與航天和戰(zhàn)略武器試驗(yàn)相比，常規(guī)兵 - 27 - 器試驗(yàn)的場(chǎng)地要小得多，但其試驗(yàn)的頻度卻高得多。因此要求時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)能 適應(yīng)這種試驗(yàn)的特點(diǎn)：快速、機(jī)動(dòng)、自成體系。這種常規(guī)兵器試驗(yàn)對(duì)時(shí)間統(tǒng)一 更關(guān)心的是在試驗(yàn)場(chǎng)范圍內(nèi)保持一定精度的時(shí)間同步。 雷達(dá)對(duì)目標(biāo)參數(shù)的測(cè)量無論是速度參數(shù)還是位置參數(shù)都是建立在精密頻率 或精密時(shí)間間隔測(cè)量的基礎(chǔ)上。大部分雷達(dá)單套設(shè)備就可以獨(dú)立工作，但也有 些雷達(dá)需要不在同一地點(diǎn)的多臺(tái)設(shè)備聯(lián)合工作，此時(shí)這些不同站的設(shè)備的頻率 和時(shí)間的統(tǒng)一就是一件十分關(guān)鍵的工作。 戰(zhàn)略導(dǎo)彈的發(fā)射、預(yù)警、核爆炸的探測(cè)、自動(dòng)化指揮等關(guān)系到國家安全的 重大活動(dòng)都需要時(shí)間統(tǒng)一。 5.2.2 通信通信 通信部門十分關(guān)心時(shí)間頻率的統(tǒng)一，過去作為主要的長途通信手段載 波通信就是通過導(dǎo)頻的發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的頻率統(tǒng)一，因?yàn)橹挥羞@樣才能將 調(diào)制在載波上的各路信號(hào)加以區(qū)分?，F(xiàn)代通信事業(yè)發(fā)展迅速，尤其是數(shù)字通信 在采用了光纖信道后碼速率越來越高。正因?yàn)榇a速率越來越高，高速數(shù)字通信 對(duì)網(wǎng)同步的要求也就越來越高。網(wǎng)同步是建立在嚴(yán)格的時(shí)間同步基礎(chǔ)上的，為 此數(shù)字通信網(wǎng)根據(jù)需要已在不同級(jí)別的站點(diǎn)配置銫原子鐘、銣原子鐘和高穩(wěn)石 英晶體鐘。目前洲際網(wǎng)間的時(shí)間同步已提出了優(yōu)于 1ns 的要求。數(shù)字網(wǎng)的網(wǎng)同 步有 4 種方式，第 1 種為主從同步方式。網(wǎng)內(nèi)設(shè)置基準(zhǔn)鐘，網(wǎng)內(nèi)其余的鐘為從 鐘，它用鎖相技術(shù)使其輸出信號(hào)的相位鎖定在由基準(zhǔn)鐘控制的同步信號(hào)的相位 上，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的同步。第 2 種為準(zhǔn)同步方式。網(wǎng)內(nèi)各鐘獨(dú)立運(yùn)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(zhì)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(xiàn)象。第 3 種為混合同步方式。它實(shí)際上是 上述 2 種方式的結(jié)合，即區(qū)域內(nèi)為主從同步方式，而區(qū)域間為準(zhǔn)同步方式。第 4 種為互同步方式。網(wǎng)內(nèi)不設(shè)基準(zhǔn)鐘，各個(gè)鐘通過鎖相環(huán)路受所有接收到的同 步信號(hào)加權(quán)控制。在各個(gè)鐘的相互作用下，如果網(wǎng)絡(luò)參數(shù)選擇合適時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)內(nèi)時(shí)鐘的同步。分析上述 4 種網(wǎng)同步方式，可知每種方式豆油其優(yōu)點(diǎn)，但也 有不足之處，究竟采用哪種網(wǎng)同步方式需要根據(jù)網(wǎng)的布局、同步要求、性能價(jià) 格比及可靠性因素來決定。隨著數(shù)字通信發(fā)展的需要，有必要在同步節(jié)點(diǎn)或通 信設(shè)備較為集中的地方或通信樞紐打賭設(shè)置時(shí)鐘系統(tǒng)。它作為網(wǎng)同步的重要組 成部分，對(duì)所在通信樓的設(shè)備提供所需的同步信號(hào)，這種設(shè)備稱為通信樓綜合 定時(shí)系統(tǒng)。從它的地位和功能來看與時(shí)統(tǒng)設(shè)備的相關(guān)技術(shù)也可用于通信樓綜合 時(shí)間系統(tǒng)。 與國防科研試驗(yàn)的時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)相比，通信網(wǎng)的網(wǎng)同步系統(tǒng)有著其得天獨(dú) 厚的與優(yōu)越條件豐富的通信信道資源。正因此，它成為了現(xiàn)實(shí)網(wǎng)同步時(shí)同 - 28 - 步信號(hào)傳輸?shù)闹饕侄巍?結(jié)結(jié) 論論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，根據(jù)國際通用的 IRIGB 格式時(shí)間碼，并遵照 IV 型 B 碼 終端設(shè)計(jì)的要求，以 Atmel 公司的 ATmega128 單片機(jī)作為解調(diào)控制單元，設(shè)計(jì) 出 B 碼時(shí)統(tǒng)終端。該終端以數(shù)字方法解調(diào) B 碼 DC 碼，AC 碼和 GPS 時(shí)間信號(hào)， 通過解調(diào)單片機(jī)和 FPGA 的配合，將串行時(shí)間信息轉(zhuǎn)化為用戶可以接受的時(shí)間 序列，并提供系統(tǒng)需要的各種同步信號(hào)。此系統(tǒng)同時(shí)可以進(jìn)行時(shí)間源選擇，并 在 FPGA 內(nèi)部設(shè)計(jì)了 B 碼源發(fā)生器，將時(shí)統(tǒng)系統(tǒng)的時(shí)間信息進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制成 AC 碼和 DC 碼，通過傳輸信道發(fā)回 B 碼時(shí)間分站，以供時(shí)間分站對(duì)終端設(shè)備