[发明专利]一种利用导航卫星的高精度授时系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，具体涉及一种利用导航卫星的高精度授时系统及方法。

背景技术

军工系统、金融系统、电信系统、电力系统在运行是都需要对时间、频率进行同步，时间频率标准的发展对于国家的经济、科学技术以及社会和国防安全有十分重要的意义。目前，时间频率标准的授时同步途径正在由短波、长波、电视等技术手段向导航卫星发展。利用导航卫星进行授时同步的主要原理是，通过导航卫星信号接收模块接收卫星信号，根据接收到的导航卫星信号中的1PPS（秒脉冲）信号实现系统授时及网络时钟同步。现阶段利用导航卫星授时的技术比较多，但其授时的精度均有待进一步提高，特别在失去卫星信号时，系统的守时能力较差，不能满足更高的同步授时精度要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用导航卫星的高精度授时系统及方法，提高授时系统在失去卫星信号时的守时能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于授时系统的高精度授时方法，所述授时系统包括卫星信号接收模块、晶振控制模块和恒温晶振，包括以下步骤：

S1、确认授时系统是否定位成功：当授时系统定位成功时，进入授时状态；当授时系统定位失败时，进入守时状态；

S2、判断卫星信号接收模块提供的卫星PPS信号是否持续有效：当卫星PPS信号持续有效时，授时系统维持在授时状态；当卫星PPS信号失效时，授时系统进入守时状态；

S3、利用卫星PPS信号进行授时：当授时系统处于授时状态时，晶振控制模块根据卫星PPS信号对恒温晶振进行驯服，使恒温晶振输出的本地时钟信号的频率调整为卫星PPS信号的标称频率，然后对调整后本地时钟信号进行分频处理，得到PPS基准信号进行输出；

S4、利用本地时钟信号进行守时：当授时系统处于守时状态时，断开卫星PPS信号，对本地时钟信号进行分频处理，得到PPS基准信号进行输出。

进一步地，在S1中，当卫星信号接收模块跟踪到的卫星数量大于或等于4颗时，判定授时系统定位成功，否则定位失败。

进一步地，在S2中，当卫星信号接收模块跟踪到的卫星数量大于或等于2颗时，卫星PPS信号有效；否则，卫星PPS信号失效。

进一步地，在S3中，还包括，记录晶振控制模块对恒温晶振进行驯服时输出的控制参数的变化情况；

在S4中，还包括，根据控制参数在授时状态下的变化情况，对本地时钟信号的频率进行补偿调整。

进一步地，在S3中，记录控制参数的变化情况的方法为：每间隔一段固定时间，将晶振控制模块输出的控制参数进行一次存储；

在S4中，对本地时钟信号的频率进行补偿调整的方法为：计算出授时状态下的控制参数每改变1的时间周期；在守时状态下，每经过一个所述时间周期，将晶振控制模块输出的控制参数对应加1或减1。

一种利用导航卫星的高精度授时系统，包括：

卫星信号接收模块，用于跟踪接收多颗导航卫星发出的卫星PPS信号；

工作状态判断模块，用于实时监控卫星信号接收模块跟踪到的卫星数量，进而判断授时系统的工作状态为授时状态或守时状态；

晶振控制模块，用于通过一控制参数，控制恒温晶振输出的本地时钟信号的频率；

恒温晶振，用于在晶振控制模块的控制下输出本地时钟信号；

采样模块，用于对本地时钟信号进行采样，反馈给晶振控制模块和基准信号输出模块；

基准信号输出模块，用于向外部输出PPS基准信号；

其中，当授时系统工作于授时状态下时，晶振控制模块根据卫星PPS信号对恒温晶振进行驯服，使恒温晶振输出的本地时钟信号的频率调整为卫星PPS信号的标称频率，同时，记录控制参数的变化情况；基准信号输出模块对调整后的本地时钟信号进行分频处理，得到PPS基准信号进行输出；

当授时系统工作于守时状态下时，晶振控制模块根据控制参数在授时状态下的变化情况，对本地时钟信号的频率进行补偿调整；基准信号输出模块对补偿调整后的本地时钟信号进行分频处理，得到PPS基准信号进行输出。

进一步地，所述晶振控制模块包括数据处理模块、补偿控制模块、DAC控制模块和DAC；

DAC控制模块用于向DAC输出控制参数；

DAC用于将DAC控制模块提供的控制参数转换为对应的压控电压，输出给恒温晶振，以控制恒温晶振输出的本地时钟信号的频率；

数据处理模块用于在授时状态下提取卫星PPS信号的标称频率，提供给DAC控制模块；