发明内容

本发明的目的在于提供一种具有GNSS驯服和间隔时间保持能力的标准计时系统，以便克服现有技术不足，在毫秒级数字时钟分辨力下满足标准计时的应用需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

如图1所示的具有GNSS驯服和间隔时间保持能力的标准计时系统，包括GNSS接收机、FPGA模块、时间间隔测量模块，GNSS接收机中设有时间信息输出端、卫星信号输入端和秒脉输出端，FPGA模块中设有时间信息输入端、触发计数模块、分频模块、滤波控制模块、当前时刻输出端、时间间隔输出端，时间间隔测量模块中设有测量结果输出端、停止端和启动端，其中，时间信息输出端与时间信息输入端电连接，卫星信号输入端上外接有天线；时间信息输入端与触发计数模块电连接；触发计数模块输出端分别与当前时刻输出端、时间间隔输出端电连接；滤波控制模块输出端外接有数模转换模块，数模转换模块输出端连接有压控晶振，压控晶振输出端与分频输入端电连接；测量结果输出端与滤波控制输入端电连接。

上述系统中，GNSS接收机通过天线接收卫星信号，并进行跟踪、变频、解码等操作；时间信息输出端将GNSS卫星的锁定状态、数量、UTC等信息通过串口输出给FPGA的时间信息输入端；秒脉冲输出端将1PPS信号输出给时间间隔测量模块的启动端。所述GNSS接收机具体型号为ATK1218-BD。

上述系统中，压控晶振将10MHz频率信号输出给FPGA分频端，由FPGA分频端对10MHz信号进行分频，产生1PPS信号输出给时间间隔测量模块的停止端。所述压控晶振具体型号为TKL3070A。

上述系统中，时间间隔测量模块根据GNSS接收机和FPGA分频端输出的两路1PPS信号进行时间间隔测量，并将时间间隔测量结果通过测量结果输出端输出给FPGA进行滤波控制，由FPGA进行滤波处理后，输出数字控制量给数模转换模块，数模转换模块将数字控制量转换为模拟电压信号量输出给压控晶振，从而对晶振的震荡频率进行调整。所述时间间隔测量模块具体型号为TDC-GP22。所述数模转换模块具体型号为AD7190。

上述系统中，FPGA接收压控晶振输出的10MHz频率信号后进行两种计数：

一种是对当前时刻不间断计数，将累计值换算为以秒为单位的数值加到UTC时间上，再加8小时得到北京时间，作为第一种计数得到的以秒为单位的北京时间，通过当前时刻输出端输出给当前时刻显示屏进行显示；

另一种是通过外部触发信号对计数进行开始、停止和清零的操作，当外部开始触发信号到来时，FPGA进行计数，并将计数值换算为以毫秒为单位的时间间隔，当外部停止触发信号到来时，FPGA停止计数，当外部清零触发信号到来时，FPGA清零上一次的计数值，作为第二种计数得到的时间间隔，通过时间间隔输出端输出给时间间隔显示屏进行显示。所述FPGA具体型号为XC7Z010CLG400-1。

上述系统中，滤波方法为：FPGA首先通过时间信息输入端接收的数据进行判断，当搜索到卫星时钟且锁定时，才进行滤波控制。FPGA接收N个(10个，或100个，或1000个)时间间隔测量模块测量结果输出端输出的时间间隔测量值，取第一个测量值记为T₁，取最后一个测量值记为T₂，则相对频率偏差f₁为(T₂-T₁)/N；将N个时间间隔测量值用最小二乘法进行拟合，得到斜率即为相对频率偏差f₂。将f₁和f₂各占50％权重进行加权平均，进一步得到压控晶振与GNSS时钟的相对频率偏差f＝0.5f₁+0.5f₂，对该相对频率偏差f进行比例积分计算，得到数字控制量P·I·(f–f_u)，式中，P为比例系数，I为积分系数，f_u为上一次滤波计算得到的压控晶振与GNSS时钟的相对频率偏差。最后将该数字控制量加上压控晶振初始电压量后输出给数模转换模块,调节压控晶振频率。

该发明的有益效果在于：该发明系统能实现高精度的晶振驯服，不仅稳定度和同步性高，且实现过程不复杂。当GNSS信号失锁后，可有效保持本地时间的准确和稳定性，在毫秒级数字时钟分辨力下满足标准计时的应用需求。