基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)及其提高同步精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)及其提高同步精度的方法，屬于陸基定位和無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶同時(shí)安裝天基和陸基雙備份定位導(dǎo)航系統(tǒng)是保證船舶航行安全的必要措施，也是未來(lái)國(guó)際海事組織將強(qiáng)制推行的一項(xiàng)政策。然而，目前路基定位導(dǎo)航系統(tǒng)的終端產(chǎn)品價(jià)格昂貴，船舶安裝率很低，而船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS, Automatic identificat1nSystem)終端設(shè)備的安裝率很高，并且世界主要沿海區(qū)域已經(jīng)基本覆蓋AIS岸站系統(tǒng)。因此，可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的AIS系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其具有自主定位的能力。
[0003]AIS系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自主定位，首先必須實(shí)現(xiàn)岸站之間的時(shí)鐘同步。而現(xiàn)有AIS岸站之間的同步情況如下:一方面，同步的精度不能滿足定位的需求；另外一方面，同步完全依賴于GNSS設(shè)備的授時(shí)信號(hào)，同步功能會(huì)隨著GNSS信號(hào)的消失而立即失效。因此，需要研制一種同步測(cè)試系統(tǒng)，能夠很方便地對(duì)現(xiàn)有AIS岸站進(jìn)行升級(jí)，使其具有很高的同步精度，并且在GNSS信號(hào)消失的情況下仍能長(zhǎng)時(shí)間維持較高的同步精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)它對(duì)現(xiàn)有AIS岸站的簡(jiǎn)單升級(jí)，就可以使AIS岸站具有很高的同步精度，并且在GNSS信號(hào)消失的情況下仍能長(zhǎng)時(shí)間維持較高的同步精度，從而使AIS系統(tǒng)具有自主定位的前提條件。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)，包括主基站同步儀和從基站同步儀，主基站同步儀和從基站同步儀分別給出經(jīng)過(guò)馴服后銣鐘的1MHz時(shí)鐘信號(hào)和馴服后的穩(wěn)定PPS秒脈沖信號(hào)，并將這兩個(gè)信號(hào)與AIS岸站相連。
[0006]主基站同步儀和從基站同步儀的結(jié)構(gòu)基本相同，主要由銣鐘，GNSS接收機(jī)和FPGA芯片構(gòu)成，從基站同步儀需要接入主基站同步儀給出的PPSMS信號(hào)；FPGA芯片主要由分頻模塊、上變頻模塊、計(jì)數(shù)比較模塊和數(shù)據(jù)處理模塊構(gòu)成，銣鐘給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)上變頻模塊的處理后變成200MHz的時(shí)鐘信號(hào)，作為FPGA芯片的工作主時(shí)鐘；分頻模塊對(duì)銣鐘給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，獲得PPSint秒脈沖；主基站同步儀的計(jì)數(shù)比較模塊只需要比較PPSint秒脈沖和GNSS接收機(jī)給出的PPSGNSS秒脈沖之間的相位偏差；而從基站同步儀的計(jì)數(shù)比較模塊則需要比較PPSint秒脈沖、GNSS接收機(jī)給出的PPSGNSS秒脈沖以及主基站同步儀給出的PPSMS信號(hào)，獲得的相位偏差值都將送入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理；在數(shù)據(jù)處理模塊的工作過(guò)程中，主基站同步儀根據(jù)PPSint秒脈沖和PPSGNSS秒脈沖之間的相位偏差，利用濾波算法得到銣鐘的頻率修正數(shù)，通過(guò)串口寫(xiě)入銣鐘，實(shí)現(xiàn)銣鐘的馴服；而從基站同步儀不僅要完成銣鐘的馴服，還要根據(jù)主基站同步儀給出的PPSMS信號(hào)，統(tǒng)計(jì)出本基站的PPSint秒脈沖與PPSMS信號(hào)之間的固定偏差值，利用該偏差值進(jìn)行修正，從而獲得與主基站同步的PPS信號(hào)輸出。
[0007]基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)提高同步精度的方法，包括如下步驟:
第一步:將主基站同步儀給出的PPSMS信號(hào)正確接入從基站同步儀；
第二步:主基站同步儀和從基站同步儀同時(shí)工作，銣鐘給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)上變頻模塊的處理后變成200MHz的時(shí)鐘信號(hào)；分頻模塊對(duì)銣鐘給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，獲得PPSint秒脈沖；
第三步:主基站同步儀的計(jì)數(shù)比較模塊比較PPSint秒脈沖和GNSS接收機(jī)(5)給出的PPSGNSS秒脈沖之間的相位偏差，送入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理，利用濾波算法得到銣鐘的頻率修正，再通過(guò)串口寫(xiě)入銣鐘；
第四步:主基站同步儀修正銣鐘的頻率同時(shí)對(duì)它給出的PPSMS信號(hào)產(chǎn)生影響；
第五步:從基站同步儀的計(jì)數(shù)比較模塊比較PPSint秒脈沖、GNSS接收機(jī)給出的PPSGNSS秒脈沖以及主基站同步儀給出的PPSMS秒脈沖，獲得的相位偏差值也送入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理；
第六步:從基站同步儀的數(shù)據(jù)處理模塊在工作時(shí)，一方面，比較PPSint秒脈沖和PPSGNSS秒脈沖的數(shù)據(jù)，利用濾波算法得到銣鐘的頻率修正，再通過(guò)串口寫(xiě)入銣鐘；另外一方面，統(tǒng)計(jì)分析PPSint秒脈沖和PPSMS秒脈沖的數(shù)據(jù)，獲得主基站同步儀和從基站同步儀給出的秒脈沖信號(hào)的固定誤差，利用該偏差值進(jìn)行修正，從而獲得與主基站同步的PPSSS信號(hào);
第七步:斷開(kāi)主基站同步儀與從基站同步儀的連接，斷開(kāi)后從基站同步儀將記錄最新的偏差值，用于以后的同步過(guò)程；
第八步:系統(tǒng)中所有的從基站同步儀都按照上述步驟一至七進(jìn)行同步；
第九步:將主基站同步儀和多個(gè)從基站同步儀都分別與一個(gè)現(xiàn)有AIS基站連接，在基站能接收到GNSS信號(hào)時(shí)，所有從基站同步儀都和主基站同步儀保持高精度同步；
第十步:當(dāng)基站無(wú)法接收到GNSS信號(hào)時(shí)，由于經(jīng)過(guò)之前的馴服，銣鐘的穩(wěn)定性很高；并且利用馴服過(guò)程中獲得的銣鐘漂移的規(guī)律，可以補(bǔ)償部分漂移。因此，所有從基站同步儀都和主基站同步儀維持較高精度同步；
第十一步:當(dāng)基站重新接收到GNSS信號(hào)后，所有從基站同步儀都和主基站同步儀恢復(fù)高精度同步。
[0008]本發(fā)明的有益效果:利用本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有AIS岸站的簡(jiǎn)單升級(jí)，就可以使AIS岸站具有很高的同步精度，并且在GNSS信號(hào)消失的情況下仍能長(zhǎng)時(shí)間維持較高的同步精度，為AIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主定位奠定基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
圖2是本發(fā)明的主基站同步儀的結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是本發(fā)明的從基站同步儀的結(jié)構(gòu)框圖；
圖中:1、主基站同步儀，2、從基站同步儀，3、現(xiàn)有AIS岸站，4、銣鐘，5、GNSS接收機(jī)，6、FPGA芯片，7、分頻模塊，8、上變頻模塊，9、計(jì)數(shù)比較模塊，10、數(shù)據(jù)處理模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:
如圖1所示:基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)，包括主基站同步儀I和從基站同步儀2，主基站同步儀I和從基站同步儀2分別給出經(jīng)過(guò)馴服后銣鐘的1MHz時(shí)鐘信號(hào)和馴服后的穩(wěn)定PPS秒脈沖信號(hào)，并將這兩個(gè)信號(hào)與AIS岸站(3)相連。
[0011 ] 如圖2及圖3所不:王基站同步僅I和從基站同步僅2的結(jié)構(gòu)基本相同，王要由伽鐘4，GNSS接收機(jī)5和FPGA芯片6構(gòu)成，從基站同步儀2需要接入主基站同步儀I給出的PPSMS信號(hào)；FPGA芯片6主要由分頻模塊7、上變頻模塊8、計(jì)數(shù)比較模塊9和數(shù)據(jù)處理模塊10構(gòu)成，銣鐘4給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)上變頻模塊8的處理后變成200MHz的時(shí)鐘信號(hào)，作為FPGA芯片6的工作主時(shí)鐘；分頻模塊7對(duì)銣鐘4給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，獲得PPSint秒脈沖；主基站同步儀I的計(jì)數(shù)比較模塊9只需要比較PPSint秒脈沖和GNSS接收機(jī)5給出的PPSGNSS秒脈沖之間的相位偏差；而從基站同步儀2的計(jì)數(shù)比較模塊9則需要比較PPSint秒脈沖、GNSS接收機(jī)5給出的PPSGNSS秒脈沖以及主基站同步儀I給出的PPSMS信號(hào)，獲得的相位偏差值都將送入數(shù)據(jù)處理模塊10進(jìn)行處理；在數(shù)據(jù)處理模塊10的工作過(guò)程中，主基站同步儀I根據(jù)PPSint秒脈沖和PPSGNSS秒脈沖之間的相位偏差，利用濾波算法得到銣鐘4的頻率修正數(shù)，通過(guò)串口寫(xiě)入銣鐘4，實(shí)現(xiàn)銣鐘的馴服；而從基站同步儀2不僅要完成銣鐘的馴服，還要根據(jù)主基站同步儀I給出的PPSMS信號(hào)，統(tǒng)計(jì)出本基站的PPSint秒脈沖與PPSMS信號(hào)之間的固定偏差值，利用該偏差值進(jìn)行修正，從而獲得與主基站同步的PPS信號(hào)輸出。
[0012]基于馴服銣鐘的同步測(cè)試系統(tǒng)提高同步精度的方法，包括如下步驟:
第一步:將主基站同步儀I給出的PPSMS信號(hào)正確接入從基站同步儀2 ；
第二步:主基站同步儀I和從基站同步儀2同時(shí)工作，銣鐘(4)給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)上變頻模塊8的處理后變成200MHz的時(shí)鐘信號(hào)；分頻模塊7對(duì)銣鐘4給出的1MHz時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，獲得PPSint秒脈沖；
第三步:主基站同步儀I的計(jì)數(shù)比較模塊9比較PPSint秒脈沖和GNSS接收機(jī)5給出的PPSGNSS秒脈沖之間的相位偏差，送入數(shù)據(jù)處理模塊10進(jìn)行處理，利用濾波算法得到銣鐘4的頻率修正，再通過(guò)串口寫(xiě)入銣鐘4 ；
第四步:主基站同步儀I修正銣鐘4的頻率同時(shí)對(duì)它給出的PPSMS信號(hào)產(chǎn)生影響；第五步:從基站同步儀2的計(jì)數(shù)比較模塊9比較PPSint秒脈沖、GNSS接收機(jī)5給出的PPSGNSS秒脈沖以及主基站同步儀I給出的PPSMS秒脈沖，獲得的相位