基于GPS和北斗的时间标准频率系统的设计

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总第223期
2013年第1期
舰船电子工程
Ship Electronic Engineering
Vo1．33 No．1
71
基于GPS Sn．il：：斗的时间标准频率系统的设计
郭刃李嵬杜敏辛玉玲
(中国船舶重工集团公司第七二二研究所武汉430079)
摘 要 文章介绍了一种小型化高精度时间频率系统，具有北斗、GPS、网络和北斗／GPS联合校时等多种方式校时，它用高精度原子钟
作为本地时间守时源，大大提高了校时的精确性和守时的准确度。
关键词GPS／BD；时间标准；频率标准
中图分类号P228．4
A Design of Timing Frequency System Based on GPS and BD
GUO Ren LI W ei DU Min XIN Yuling
(No．722 Research~Development Institute of CSIC，Wuhan 430079)
Abstract The paper introduces a microlized high- precision timing frequency system，boasting various means of caliberation like BD
GPS，Network 8L BD／GPS，etc．，adopts high-precision atomic clock as local time source，and effectively improves the precision of time cali
beration and accuracy of time．
Key Words GPS／BD，clock standard，frequency standard
Class Number P228．4
1 引言
全球定位系统(Global Positioning System-GPS)是由
美国开发的以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航定
位系统，它具有定位导航、时间同步和精密定时等功能。北
斗卫星导航定位系统具有实时导航、双向通信、精密授时等
特点，已经广泛应用在我国通信、国防、经济建设等多个领
域中[ 。
在大型通信系统中需要统一的授时信息，特别是在军
事通信中，还需要有精确守时功能。本文阐述了一种小型
化的时间频率标准系统，它具有GPS、北斗和网络校时相结
合的精密定时功能，同时能高精度守时。
2 时间频率标准系统的设计
2．1 系统组成
时间频率标准系统主要是以C8051F020的单片机和
MAXII的CPLD的信号处理功能模块为核心，并配合以显
控功能模块、电源模块、按键显示以及GPS和北斗信号接
收模块、网卡模块，具体框图如图1所示。
显示部分由C8051F020的P0、P7口组成。P0．5～
P0．7是显示屏的控制线，P7口是显示的数据通路，主要显
示当前的时间信息以及校时方式、校时的状态(成功、失败、
守时中)。
键盘部分由外部中断INTO、INT6组成，利用外部中断
的优先级实现校时方式的切换及确认。
GPS和北斗复合接收模块可以接收GPS或第二代北
斗系统卫星信号，经过结算后得到标准的NMEA0183格式
的数据信息，并通过串口1发送给单片机。必要时，可从网
卡模块接收网络时间信息及秒脉冲，网络时码信息可通过
串口0发送给单片机。
显示I l按键l f铷钟
盟回信息lI
网络时间 网络时间
t t 目坐! !? ? ? 一
图1 系统结构框图
信号处理模块接收GPS和北斗复合接收模块或网络
时间信息，并解算出当前时间信息和1PPS秒脉冲；铷钟提
供高精度时钟信号，通过CPLD分频获得本地IPPS秒脉
冲。对时间信息进行处理，使本地秒脉冲与接收的1PPS
秒脉冲同步锁定，并将日历钟的时间信息进行校准。在整
秒时刻输出指定格式的时间数据及1PPS秒脉冲。
2．2 系统功能
1)通过单片机的串口1接收GPS信号和北斗的时间
数据，将其换算为自定义串口协议格式，便于对时间数据进
行处理；
2)通过铷钟的高精度时钟进行守时，保证在无北斗或
* 收稿日期：2012年7月10日，修回日期：2012年8月28日
作者简介：郭刃，男，高级工程师，研究方向：电子技术。李嵬，男，工程师，研究方向：通信信号处理。杜敏，女，工程师，研究方向：通信
信号处理。辛玉玲，女，工程师，研究方向：通信信号处理。
72 郭刃等：基于GPS和北斗的时间标准频率系统的设计 第223期
GPS信号时，系统依然能够保持精确时间；
3)通过网卡模块接收网络时间数据，将其换算为自定
义串口协议格式，并对时间数据进行处理；
4)在整秒时刻输出时间数据和秒脉冲信号；
5)通过按键实现校时方式的切换，主要有四种状态：
GPS+BD校时、GPS校时、BD校时、守时。
2．3 模块接线图
C8051F020与显控模块的具体接线如图2。
— r
W R
按键 C8051F020 SEL Display
lNT6 RXD
BIJSY
图2 C8051F020与显控模块接线图
C8051F020与CPLD、GPS和北斗复合接收模块、网卡
模块的具体接线如图3。
M CU
(C805 1F020：
图3 C8051F020部分接线图
3 软件设计
3．1 MCU软件设计
厂 瓦丽 首先自检并进行初始
． [二 二]叵亘 二塑二 ． 化设置，老lY丌J始化时钟，全局 量，Io 。 ～El
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两个
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2014-9-30 07:36 上传

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