[发明专利]基于乒乓缓冲和消息机制的高精度GPS分布式授时方法

摘要

本发明提出一种基于乒乓缓冲和消息机制的高精度GPS分布式授时方法，以硬件对时的精确时钟同步策略来实现空间遥操作系统中各专用设备之间的时钟同步。以GPS卫星同步时钟作为时钟源，利用秒脉冲周期性地给各专用设备对时。时间信息处理完全在FPGA内部完成，既不影响各专用设备的时间同步精度，又不干预专用设备应用程序正常工作。本发明授时时源还支持IRIG-B码授时，IRIG-B型码的时帧速率为1帧/s，可传递100位的信息。B型码经译码后可获得1、10、100、1000c/s的脉冲信号和BCD编码的时间信息及控制功能信息，其同步精度可达几十纳秒量级。

主权项

一种基于乒乓缓冲和消息机制的高精度GPS分布式授时方法，其特征在于：采用的系统为GPS天线和与之连接的GPS授时中心机，以及安装在各上位机的PCI时统卡，具体步骤如下：步骤1：GPS授时中心机上的TimeNav授时导航接收机模块接收GPS模拟信号，解码输出两路数字信号：NMEA‑0183格式的串行导航、时间报文及秒脉冲信号，然后同步输出多路时间报文信息和秒脉冲信号，传到各用户设备的PCI时统卡中；所述多路的数目与用户设备的数目相等；步骤2：PCI时统卡将信号转换为TTL电平信号，以解析出的时间报文信息作为时间计数器中年、月、日、时、分和秒的初始值；秒脉冲信号作为每秒起始信息，校准秒及以上的计数器；同时将秒脉冲信号分频得到20微秒计数脉冲；步骤3：将精确同步后时间计数器的时间信息每20μs写入FPGA内部的两段缓存中；所述写入方式为：只有其中一段缓存处于被写入状态，另一段则处于空闲状态，每20μs两段缓存的状态交换一次；步骤4：当需要读取时，只读取处于空闲状态的缓存中的信息，在此过程中，只对另一缓存每20μs更新一次时间信息；步骤5：当读操作结束时，FPGA会产生一个电平形式的消息标志位，调度器通知读取时间信息操作已完成，两段缓存的状态恢复成步骤3的情况；当在步骤2中GPS卫星同步时钟意外断电或故障而引起的时间信息中断，FPGA内毫秒计数器计到1000ms时，置溢出标志位置1；若标志位置1之后5μs内没有检测到秒脉冲，则系统进入守时阶段，由时统卡的FPGA内部晶振产生模拟的秒脉冲作为计数模块的秒脉冲输入。