Gps北鬥雙模精密網絡時鐘的製作方法

2023-05-14 23:33:21

專利名稱：Gps北鬥雙模精密網絡時鐘的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種GPS北鬥雙模精密網絡時鐘，該時鐘可實現從GPS和北鬥衛 星系統獲得標準時間UTC，不僅可輸出傳統的脈衝等時間碼，還可以輸出目前世界上最先進 的網絡對時信號PTP (Precision Time Protocol，即IEEE 1588)，屬於通信技術領域。
背景技術：
隨著電子通信技術的迅速發展，許多行業對時間精度的要求越來越高。特別是在 通信、電力、交通、金融等領域，精確的時間信號是各種自動化設備正常運行的必要保障，毫 秒甚至微秒級的時間偏差都有可能導致系統工作異常，造成無法挽回的損失。目前針對這一問題普遍的解決方案是建立時間同步系統。即通過GPS或其它衛星 系統獲得絕對時間UTC，再將該系統時間應用於各系統，使得該系統內有時間標記需求的設 備都使用同一個時間參照體系，從而實現各類設備時間的一致。當前應用最成熟的是GPS衛星對時技術。GPS是美國的全球衛星導航系統，由24 顆在空間運行的GPS衛星和地面控制站組成。在地球表面任意地點、任何時間GPS衛星信 號接收器都可收到足夠數量(至少四顆)的GPS衛星信號。儘管GPS系統已經相當成熟， 但它畢竟受美國軍方的控制，美國也從未向任何國家就該系統的可靠性做出過承諾。同時， 近年來美國官方也不斷公布GPS系統由於系統壽命等原因可能即將出現癱瘓的問題。鑑於 此，採用GPS/北鬥雙模接收很有必要。時間同步的信號類型包括通過普通電纜傳輸的脈衝、IRIG-B、串口報文和基於 TCP/IP雙向傳輸的網絡對時協議NTP和PTP等。脈衝、IRIG-B和串口報文的對時方式已經 廣泛應用於通信、電力等很多領域，已經是非常成熟的對時技術。NTP也已被廣泛應用於許 多領域，其突出優勢在於其可以在任意IP網絡中實現時間同步，而其劣勢則表現在其對時 精度只有毫秒級。而PTP不僅具有NTP雙向時延自動補償的能力，更重要的是其精度為納 秒級。而納秒級的對時精度已經可以滿足幾乎所有領域的對時要求。PTP (Precision Time Protocol)協議，也稱為IEEE 1588，該標準在提出之初是致 力於工控和測量的精密時鐘同步協議標準，目標是提供亞微秒的同步精度應用。後來該標 準受到了自動化領域尤其是分布式運動控制領域的關注，並且國際上在軍事領域的應用已 經起步，遠程通信和電力系統等相關組織也對其表現出濃厚的興趣。更加值得注意的是，PTP協議是一種基於TCP/IP的網絡協議，數據網絡無以倫比 的靈活性已使其成為各領域最主要的通信方式。傳統的脈衝、IRIG-B等硬對時方式只能局 限於很小領域的時間同步，且不易管理，它必將被基於數據網傳輸的PTP對時方式所取代。 特別是隨著3G通信的到來，PTP技術的應用將得到空前發展。
發明內容本實用新型的目的是提供一種以GPS/北鬥雙衛星系統為時間基準的時鐘，除可 以輸出傳統的脈衝等時間信號之外，還可以輸出目前世界上最先進的網絡對時信號PTP。[0009]為了達到上述目的，本實用新型的產品技術方案是提供了一種GPS北鬥雙模精密 網絡時鐘，包括GPS/北鬥雙模接收機，其特徵在於，GPS/北鬥雙模接收機連接FPGA單元， FPGA單元分別連接合成器、振蕩器和秒脈衝發生器。進一步，所述FPGA單元連接PTP協議棧模塊，PTP協議連接TCP/IP協議棧模塊， TCP/IP協議棧模塊連接MAC單元，MAC單元連接PHY單元，時標引擎分別連接PTP協議棧模 塊以及PHY單元。所述FPGA包含有大量的軟體算法，對來自GPS/北鬥雙模接收機的各種消息和時 間進行處理。GPS/北鬥雙模接收機所提供的信息遠比單純GPS接收機或北鬥接收機要復 雜，涉及到不同系統衛星的切換及工作狀態的判斷等。並且對時間信號進行抖動濾除，進一 步提高時間精度。FPGA同時對PTP信息進行處理。本實用新型採用分層結構設計，如PHY單元、MAC單元、TCP/IP協議棧模塊、 PTP(1588v2)協議棧模塊等，充分保證了 PTP時間的高精度要求。本實用新型的優點在於1.實現了一臺時鐘GPS/北鬥雙模冗餘輸入，提高系統的可靠性；2.除可輸出傳統的時間信號如脈衝外，主要實現了高精度網絡時間的輸出；3. FPGA包含大量的軟體算法對GPS/北鬥接收機所輸出的各種狀態/控制信息進 行處理；4.支持SNMP告警、幹接點告警。
圖1為本實用新型提供的一種GPS北鬥雙模精密網絡時鐘的連接示意圖。
具體實施方式
以下結合實施例來具體說明本實用新型。實施例如圖1所示，為本實用新型提供的一種GPS北鬥雙模精密網絡時鐘，包括GPS/北 鬥雙模接收機，本實用新型的產品技術方案是提供了一種GPS/北鬥雙模輸入PTP時間同步 組網時鐘，包括GPS/北鬥雙模接收機，GPS/北鬥雙模接收機連接FPGA單元，FPGA單元連接 合成器、振蕩器和秒脈衝發生器。對於PTP時間的處理是由FPGA單元完成的，為確保其精度，採用了分層設計的思 想。所述FPGA單元連接PTP(1588v2)協議棧模塊，PTP (1588v2)協議連接TCP/IP協議棧模 塊，TCP/IP協議棧模塊連接MAC單元，MAC單元連接PHY單元。時標引擎連接PTP(1588v2) 協議棧模塊以及PHY單元。所述FPGA包含有大量的軟體算法，對來自GPS/北鬥雙模接收機的各種消息和時 間進行處理。GPS/北鬥雙模接收機所提供的信息遠比單純GPS接收機或北鬥接收機要復 雜，涉及到不同系統衛星的切換及工作狀態的判斷等。並且對時間信號進行抖動濾除，進一 步提高時間精度。FPGA同時對PTP信息進行處理。PTP(Precision Time Protocol, IEEE 1588)即精密時間協議。IEEE1588 定義了 一個在測量和控制網絡中，與網絡交流、本地計算和分配對象有關的精確同步時鐘的協議(PTP, Precision Time Protocol)。此協議並不是排外的，它特別適合於基於乙太網的技術，精度可達到納秒。它使用時間印章來同步本地時間的機制。即使在網絡通信時同步控 制信號產生一定的波動，通過採用相應軟體算法，它所達到的精度仍可滿足要求，這使得它 尤其適用於基於乙太網的系統。PTP繼承了 NTP基於乙太網的低花費模式，同時又提供優 於IRIG-B的對時精確度，並且PTP能在普通網絡中傳輸，不會產生影響太多的時延和抖動。 實驗表明這種技術時間校準精度在選擇優質的時間接收裝置後目前可以達到1 μ s，今後還 可以進一步提高。 其中FPGA單元包含有用於PTP處理的相關軟體和算法。
權利要求一種GPS北鬥雙模精密網絡時鐘，包括GPS/北鬥雙模接收機，其特徵在於，GPS/北鬥雙模接收機連接FPGA單元，FPGA單元分別連接合成器、振蕩器和秒脈衝發生器。
2.如權利要求1所述的一種GPS北鬥雙模精密網絡時鐘，其特徵在於，所述FPGA單元 連接PTP協議棧模塊，PTP協議連接TCP/IP協議棧模塊，TCP/IP協議棧模塊連接MAC單元， MAC單元連接PHY單元，時標引擎分別連接PTP協議棧模塊以及PHY單元。
專利摘要本實用新型涉及一種GPS北鬥雙模精密網絡時鐘，包括GPS/北鬥雙模接收機，其特徵在於，GPS/北鬥雙模接收機連接FPGA單元，FPGA單元分別連接合成器、振蕩器和秒脈衝發生器。本實用新型的優點在於實現了一臺時鐘GPS/北鬥雙模冗餘輸入，提高系統的可靠性；除可輸出傳統的時間信號如脈衝外，主要實現了高精度網絡時間的輸出；FPGA包含大量的軟體算法對GPS/北鬥接收機所輸出的各種狀態/控制信息進行處理；支持SNMP告警、幹接點告警。
文檔編號H04L29/06GK201557118SQ20092021170
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者張強, 蘇金廣, 邱祖雄 申請人:上海泰坦通信工程有限公司