北鬥/gps雙模授時模塊的製作方法
2023-06-06 23:36:11
專利名稱：北鬥/gps雙模授時模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙模衛星授時模塊，同時接收北鬥一號、GPS衛星信號，特別 適用於數字同步網建設、國家信息網絡安全、電力的生產調度自動化等領域，屬於衛星定位 授時領域。
背景技術：
高精度時鐘源是現代通信和信息安全的保障，其對於國家安全及經濟發展的重要 性不言而喻，而衛星授時相比其它類的高精度授時方式其性價比最優，所以各國均紛紛投 資建設獨立的衛星系統。我國目前在很多行業(如通信、電力等)基本上都是採用GPS作 為時鐘源，但是由於受到美國的政策影響，如果我們僅通過依靠國外衛星系統作為時鐘源， 時鐘的安全性將無法得到保證，必定存在很大的安全隱患。所以對於精密授時產業而言，充 分利用具有我國自主智慧財產權的北鬥一號衛星系統作為我國高精度時鐘源，採用北鬥/GPS 雙模授時技術將是我國現在和未來的發展趨勢。
實用新型內容本實用新型所要解決的問題是利用現有的北鬥衛星定位系統和GPS定位系統，採 用雙模射頻基帶一體化設計技術，使北鬥衛星、GPS雙系統授時有效融合，來提高系統可靠 性和精度，減少對單一導航系統的依賴性。本實用新型的技術方案如下北鬥/GPS雙模授時模塊，由雙模接收射頻模塊、北鬥衛星基帶模塊、GPS模塊和電 源模塊組成，其特徵在於所述雙模接收射頻模塊由功分器、北鬥射頻模塊和本振組成，所 述功分器把經天線接收的信號分成GPS信號和北鬥衛星信號兩路，並分別輸送到GPS模塊 和北鬥射頻模塊，所述的北鬥射頻模塊內包括放大濾波器、第一混頻器、帶通濾波器、第二 混頻器和自動增益控制模塊，所述本振輸出的二個信號送入所述的北鬥射頻模塊；所述北鬥衛星基帶模塊由FPGA模塊和ARM模塊組成，所述FPGA模塊與所述的ARM 模塊相串接，所述FPGA模塊與所述的北鬥射頻模塊之間通過AD採樣模塊相連，所述FPGA 模塊外接有FLASH模塊，所述ARM模塊帶有UART串口 ；所述GPS模塊輸出GPS信息並送入所述的FPGA模塊；還包括有晶振，所述晶振的 輸出信號送入所述的本振，所述FPGA模塊輸出頻率微調控制信號並通過DA模塊送入所述 的晶振；所述電源模塊的電壓輸出端分別與北鬥衛星基帶模塊、GPS模塊以及晶振的電源 端相連。所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於所述的功分器、第一、二混頻器、帶 通濾波器、本振以及自動增益控制模塊分置在一個屏蔽罩內。所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於北鬥/GPS雙模授時模塊的電路板採 用雙面布板，其中雙模接收射頻模塊和北鬥衛星基帶模塊安裝或貼裝在同一側，GPS模塊和 電源模塊安裝或貼裝在同一側。[0010]所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於所述雙模接收射頻模塊提供GPS射 頻信號和經過兩次下變頻處理後的北鬥衛星12. 24MHz中頻基帶信號。所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於所述北鬥衛星基帶模塊處理 12. 24MHz中頻的基帶信號，基帶信號其採樣頻率為48. 96MHz，ARM處理頻率75MHz。本實用新型的有益效果本實用新型採用雙模射頻基帶一體化設計技術，使北鬥衛星、GPS雙系統授時有效 融合，提高了系統可靠性和精度，減少了對單一導航系統的依賴性；本實用新型可輸出PPS 信號、UTC時等信息，具有開短路檢測保護功能，成本低、體積小、重量輕、功耗低、方便嵌入 到需要授時的設備內部等優點。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1，北鬥/GPS雙模授時模塊，由雙模接收射頻模塊、北鬥衛星基帶模塊、 GPS模塊105和電源模塊組成，雙模接收射頻模塊由功分器101、北鬥射頻模塊102和本 振103組成，可同時接收北鬥一號衛星信號和GPS衛星信號，接收頻率分別為北鬥一號的 2491. 75MHz、GPS的1575. 42MHz，其中北鬥信號經過兩次下變頻處理一次下變頻後信號頻 率為881. 68MHz，二次下變頻後信號頻率為12. 24MHz，本振103提供兩次變頻處理需要的兩 個本地頻率，其頻率設置由FPGA模塊109通過IIS總線設置完成；功分器101把經天線接 收的信號分成GPS信號和北鬥衛星信號兩路，並分別輸送到GPS模塊105和北鬥射頻模塊 102。同時功分器101還具有開短路檢測和保護功能。北鬥射頻模塊102內設有依次相串 聯的放大濾波器、第一混頻器、帶通濾波器、第二混頻器和自動增益控制模塊，本振103的 二個本振信號分別送入北鬥射頻模塊102，北鬥射頻模塊102輸出差分中頻信號給AD模塊 106，差分電平為1VPP，差分的參考電平由AD模塊106提供。北鬥衛星基帶模塊由FPGA模塊109和ARM模塊108組成，利用Altera公司晶片 和ATMEL公司晶片完成集成電路設計，其信號輸入由射頻模塊處理後經過A/D採樣後提供， 完成北鬥基帶信號處理、北鬥信號解析、授時秒脈衝產生的功能；FPGA模塊109與ARM模塊 108相串接，FPGA模塊109與北鬥射頻模塊102之間通過AD採樣模塊106相連，FPGA模 塊109外接有FLASH模塊110，ARM模塊108帶有UART串口 ；FPGA模塊109接收A/D採樣 (採樣頻率由FPGA模塊設置為48. 96MHz)信號，並對信號進行捕獲、跟蹤和同步；同時對信 號進行解調、解擴和Vertibi解碼以後，把解出的衛星星曆數據提供給ARM模塊108 ；ARM模 塊108利用接收到衛星星曆數據(包括衛星的位置和速度信息，以及電磁波傳播修正模型 參數等)，以及本地位置信息，經過推導擬合得到每秒所接收到的信號延時精確的延時，從 而推導出每秒的精確時間，並把數據送回到FPGA模塊109 ；FPGA模塊109在時鐘同步電路 中，為產生高精度時鐘信號，採用計數器和比較器對高精度晶振進行分頻，產生晶振秒時鐘 信號；晶振秒時鐘與北鬥秒時鐘進行相位比較，產生偏差序列；FGPA模塊109還負責產生一 個NCO模塊進行頻率微調，頻率微調的調控量是從ARM模塊108送來的控制信號，使NCO輸 出的信號既具有本地晶振的頻率高穩定度，又具備時時刻刻與北鬥系統鎖相的高的頻率準確度；FPGA模塊109同時接收GPS模塊105信息，根據接收到的信息決定輸出的PPS，PPS 的輸出還可由ARM模塊108通過串口選擇輸出GPS模塊105PPS信息還是北鬥PPS信息。GPS模塊105採用WDIox-5系列模塊完成GPS信號恢復和PPS產生，GPS模塊105 輸出GPS信息並送入FPGA模塊109 ；還包括有晶振104，晶振104的輸出信號送入本振103， FPGA模塊109輸出頻率微調控制信號並通過DA模塊107送入晶振104 ；電源模塊111採用LTC3564晶片將3. 3V外接電源轉換為1. 2V、1. 8V和2. 5V直流 電源，其中1. 2V、2. 5V提供給FPGA模塊109，1. 8V提供給ARM模塊108，雙模接收射頻模塊 電源為3. 3V和5V，由外接電源直接提供。功分器101、第一、二混頻器、帶通濾波器、本振以及自動增益控制模塊分置在一個屏蔽罩內。北鬥/GPS雙模授時模塊的電路板採用雙面布板，其中雙模接收射頻模塊和北鬥 衛星基帶模塊安裝或貼裝在同一側，GPS模塊105和電源模塊111安裝或貼裝在同一側。雙模接收射頻模塊提供GPS射頻信號和經過兩次下變頻處理後的北鬥衛星 12. 24MHz中頻基帶信號。北鬥衛星基帶模塊處理12.24MHz中頻的基帶信號，基帶信號其採樣頻率為 48. 96MHz, ARM 處理頻率 75MHz。以下結合具體實施例對本實用新型作進一步說明射頻模塊收到的信號經過功分器將北鬥一號衛星信號和GPS信號分開，其中GPS 信號輸出給GPS模塊；北鬥一號衛星信號進入接收通道電路的高放電路，高放輸出的信號 經過第一混頻器和第一本振後，由中頻濾波器取出872. IMHz的中頻信號，再經過可變增益 放大後輸出至第二混頻器。北鬥一號衛星信號經過第二次混頻後，接收的RF信號轉換為中 心頻率為12. 24MHz的二中頻信號。經過第二中頻濾波與輸出驅動放大後，該信號輸出至基 帶電路，並耦合到AGC環路，經過檢波後，通過環路控制電路控制一中放的增益，實現接收 通道的自動增益控制。通道電路的所有本振均為鎖相環頻率合成器，採用同一參考頻率信 號。經過緩衝隔離後，該參考頻率信號根據需要輸出至基帶電路作為時鐘信號。FPGA模塊負責接收到A/D採樣(採樣頻率為48. 96MHz)的中頻信號，並對信號進 行捕獲、跟蹤和時鐘同步；在時鐘同步電路中，為產生高精度時鐘信號，採用計數器和比較 器對高精度晶振進行分頻，產生晶振秒時鐘信號；晶振秒時鐘與北鬥秒時鐘進行相位比較， 產生偏差序列；FGPA還負責產生一個NCO模塊進行頻率微調，頻率微調的調控量是從ARM 模塊送來的控制信號，使NCO輸出的信號既具有本地晶振的頻率高穩定度，又具備時時刻 刻與北鬥系統鎖相的高的頻率準確度。同時，FPGA模塊還負責對信號進行解調、解擴，經過 Vertibi解碼以後，把解出的衛星信號傳輸給ARM模塊(ARM模塊和FPGA模塊之間的數據傳 輸接口為雙向RAM埠，因此需要在FPGA模塊內部定製ARM模塊的雙向RAM)，ARM模塊利 用接收到的I支路導航電文數據，以及當前碼元在所對應幀的比特序數，可以得到精確的 時鐘，再結合本地位置與導航電文中得到的衛星的位置和速度信息，以及電磁波傳播修正 模型參數，可以得到當前秒脈衝對應的精確時刻。GPS模塊採用WDIox-5系列模塊完成GPS信號恢復和秒脈衝(PPS)產生；電源模 塊採用LTC3564晶片將3. 3V外接電源轉換為1. 2V、1. 8V和2. 5V直流電源，其中1. 2V、2. 5V 提供給FPGA模塊，1. 8V提供給ARM模塊，射頻模塊電源為3. 3V和5V，由外接電源直接提供。這裡，北鬥/GPS雙模授時模塊電路板雙面布板，雙模接收射頻模塊和北鬥衛星基帶模塊安 裝或貼裝在同一側，GPS模塊和電源模塊安裝或貼裝在同一側。
權利要求1.北鬥/GPS雙模授時模塊，由雙模接收射頻模塊、北鬥衛星基帶模塊、GPS模塊和電源 模塊組成，其特徵在於所述雙模接收射頻模塊由功分器、北鬥射頻模塊和本振組成，所述 功分器把經天線接收的信號分成GPS信號和北鬥衛星信號兩路，並分別輸送到GPS模塊和 北鬥射頻模塊，所述的北鬥射頻模塊內包括放大濾波器、第一混頻器、帶通濾波器、第二混 頻器和自動增益控制模塊，所述本振輸出的二個信號送入所述的北鬥射頻模塊；所述北鬥衛星基帶模塊由FPGA模塊和ARM模塊組成，所述FPGA模塊與所述的ARM模 塊相串接，所述FPGA模塊與所述的北鬥射頻模塊之間通過AD採樣模塊相連，所述FPGA模 塊外接有FLASH模塊，所述ARM模塊帶有UART串口 ；所述GPS模塊輸出GPS信息送入所述的FPGA模塊和所述的ARM模塊；所述晶振的輸出 信號送入所述的本振，所述FPGA模塊輸出頻率微調控制信號並通過DA模塊送入所述的晶 振；所述電源模塊的電壓輸出端分別與北鬥衛星基帶模塊、GPS模塊以及晶振的電源端相 連。
2.根據權利要求1所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於所述的功分器、第一、 二混頻器、帶通濾波器、本振以及自動增益控制模塊分置在一個屏蔽罩內。
3.根據權利要求1所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於北鬥/GPS雙模授時 模塊的電路板採用雙面布板，其中雙模接收射頻模塊和北鬥衛星基帶模塊安裝或貼裝在同 一側，GPS模塊和電源模塊安裝或貼裝在同一側。
4.根據權利要求1所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於所述雙模接收射頻模 塊提供GPS射頻信號和經過兩次下變頻處理後的北鬥衛星12. 24MHz中頻基帶信號。
5.根據權利要求1所述的北鬥/GPS雙模授時模塊，其特徵在於所述北鬥衛星基帶模 塊處理12. 248MHz中頻的基帶信號，基帶信號其採樣頻率為48. 96MHz，ARM處理頻率75MHz。
專利摘要本實用新型公開了一種北鬥/GPS雙模授時模塊，由雙模接收射頻模塊、北鬥衛星基帶模塊、GPS模塊和電源模塊組成，結合北鬥/GPS雙模系統，採樣射頻基帶一體化設計，其中射頻模塊通過兩次下變頻輸出北鬥中頻信號，基帶模塊採用ARM+FPGA結構，雙模PPS的輸出可由ARM模塊通過串口選擇決定輸出GPS秒脈衝和北鬥秒脈衝。本實用新型採用雙模射頻基帶一體化設計技術，使北鬥衛星、GPS雙系統授時有效融合，提高了系統可靠性和精度，減少了對單一導航系統的依賴性；本實用新型可輸出PPS信號、UTC時等信息，具有開短路檢測保護功能，成本低、體積小、重量輕、功耗低、方便嵌入到需要授時的設備內部等優點。
文檔編號G04G7/02GK201828785SQ201020563118
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者孟憲偉, 曾潔, 李應彬, 桂嶽, 水孝敏, 王宇 申請人:安徽四創電子股份有限公司