一种可自动调整秒脉冲锁定周期的短波BPM授时接收方法及装置与流程

本发明涉及无线bpm短波授时，具体但不限于涉及一种可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收方法及装置。

背景技术：

1、短波授时是利用短波无线电信号发播标准时间和标准频率信号的授时手段，由于其覆盖面广、发送设备简单、价格低廉、使用方便，所以至今仍被许多国家所采用。中国科学院国家授时中心短波发射台的呼号为bpm，采用2.5mhz、5mhz、10mhz和15mhz标准频率交替发播，频率选用将随季节不同而有所变化，但在每一瞬间都有两个以上频率在工作，以保证二十四小时的连续发播，向全国及周边地区发播授时信息，是一种重要的授时手段。

2、传统同步系统较多采用中国建设的北斗授时系统或者美国主导的gps系统作为无线授时源，但受当前北斗系统覆盖范围有限或gps导航信号安全问题，授时系统会出现无授时源，从而影响用时系统的使用。基于短波授时能够有效补充授时系统的无线授时手段，提升授时系统同步保障能力。

3、有鉴于此，需要提供一种新的结构或方法，以期解决上述至少部分问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收装置，采用fpga实现数字化bpm短波授时时间处理和接收，采用自动调整锁定周期技术对接收提取的bpm脉冲信号进行连续判断并锁定输出，减少在bpm短波授时接收过程中由于授时信号接收质量不稳定导致的脉冲无法判断或存在判断误差的情况，可作为卫星授时的有效补充手段，具有在短波授时系统覆盖区内实时提供用户时间信息和秒脉冲信号。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收装置，包括fpga单元、主控单元、存储单元、a/d转换单元和恒温晶振，存储单元与fpga单元耦接，模数转换单元耦接fpga单元的控制信号端，恒温晶振的输出端耦接fpga单元的时钟输入端，fpga单元的输出端耦接主控单元和用时系统，主控单元的输入端耦接按键和显示屏，主控单元的输出端耦接用时系统；其中：

4、模数转换单元，用于接收无线bpm短波模拟信号，并转换为宽度为8bit的bpm数字信号；

5、fpga单元，用于将8bit的bpm数字信号转换为秒脉冲信号；

6、主控单元，用于设置时间信息、显示时间信息和系统状态、以及根据锁定的秒脉冲输出时间信息；

7、存储单元，用于fpga单元的程序烧写存储；

8、恒温晶振，用于为fpga单元提供标准时钟频率。

9、进一步的，本发明的可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收装置，fpga单元包括模数转换控制单元、fir滤波单元和秒脉冲锁定单元，

10、模数转换控制单元，用于按时序读取宽度为8bit的bpm数字信号，并按数据输入顺序转换为16bit的数字信号并写入双时钟fifo存储器，即先读取的8bit数据在高位，后读取的8bit数据在低位，所述双时钟fifo存储器的宽度为16bit、深度为8个字节；

11、fir滤波单元，用于从双时钟fifo存储器中读取16bit的数字信号并进行滤波，提取bpm短波授时信号中的有效数据；

12、秒脉冲锁定单元，用于对滤波后的有效数据进行秒脉冲提取和锁定。

13、进一步的，本发明的可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收装置，主控单元与fpga单元、用时系统均采用异步串口连接。

14、一种可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收方法，包括：

15、s1、模数转换单元接收bpm短波模拟信号，并转换为宽度为8bit数字信号；

16、s2、模数转换控制单元按时序读取8bit数字信号，并按信号输入顺序转换为16bit的数字信号，fir滤波单元对所述16bit的数字信号进行滤波；

17、s3、利用滤波后的数据判断脉冲的上升沿和下降沿，并进行秒脉冲锁定，将秒脉冲和分信号输出至主控单元进行时间信息和状态信息处理，同时将秒脉冲提供给用时系统；

18、s4、主控单元接收秒脉冲和分信号，通过按键设置年、月、日、时、分、秒信息，并根据秒脉冲和分信号进行分、秒校准，以及秒计时、进位、润秒等计算，同时通过led显示秒脉冲锁定状态；

19、s5、主控单元依据锁定后的秒脉冲和设置的时间信息为用时系统输出时间信息、秒脉冲信息及当前运行状态。

20、进一步的，本发明的可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收方法，s3的具体步骤包括：

21、s3-1、采用n组数据判断脉冲的上升沿和下降沿，每当新输入一组数据fir_data_out时，每组数据均往前移一组数据，即：

22、fir_data_reg_0<＝fir_data_out；

23、fir_data_reg_1<＝fir_data_reg_0；

24、fir_data_reg_2<＝fir_data_reg_1；

25、…

26、fir_data_reg_n<＝fir_data_reg_n-1；

27、s3-2、判断脉冲的上升沿和下降沿：

28、(1)若满足以下三个条件，则判断为脉冲上升沿，s3-3：

29、条件1：

30、fir_data_reg_0>fir_data_reg_1>fir_data_reg_2>…>fir_data_reg_n-1；

31、条件2：fir_data_reg_0、fir_data_reg_1、fir_data_reg_2均需大于脉冲上升沿的最小判断值sine_lower_value；

32、条件3：fir_data_reg_0>＝{fir_data_reg_6[fir_data_width-2:0]，1'b0}；sine_lower_value取值200，fir_data_width为16；

33、(2)若满足以下三个条件，则判断为脉冲下降沿，s3-4：

34、条件1：

35、fir_data_reg_0<fir_data_reg_1<…<fir_data_reg_n-1；

36、条件2：fir_data_reg_0、fir_data_reg_1、fir_data_reg_2均需小于脉冲下降沿中的最大判断值sine_high_value；

37、条件3：fir_data_reg_0<{1'b0，fir_data_reg_6[fir_data_width-1:1]}；sine_high_value取值600、fir_data_width为16；

38、s3-3、若判断为脉冲上升沿，则上升沿确认信号有效，并启动脉冲计时器开始计数，时钟为10mhz；

39、s3-4、若判断为脉冲下降沿，则下降沿确认信号有效，时钟为10mhz，在下降沿确认信号有效周期内，通过脉冲计时器的数值判断utc秒脉冲、ut1秒脉冲、ppm整分脉冲，获得脉冲有效信号并输出至主控单元和用时系统，脉冲有效信号包括有效utc秒脉冲信号pps_utc、有效ut1秒脉冲信号pps_ut1及有效整分脉冲信号ppm_out。

40、进一步的，本发明的可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收方法，s3-4中判断utc秒脉冲、ut1秒脉冲、ppm整分脉冲的具体步骤包括：

41、若utc_pps_left_time<＝count<＝utc_pps_right_time，则当前脉冲为utc秒脉冲，utc_pps_left_time＝36'd65000，utc_pps_right_time＝36'd135000；

42、若ut1_pps_left_time<＝count<＝ut1_pps_right_time，则当前脉冲为ut1秒脉冲，ut1_pps_left_time＝36'd900000，ut1_pps_right_time＝36'd1100000；

43、若ppm_left_time<＝count<＝ppm_right_time，则当前脉冲为ppm整分脉冲，ppm_left_time＝36'd2700000，ppm_right_time＝36'd3300000。

44、进一步的，本发明的可自动调整秒脉冲锁定周期的短波bpm授时接收方法，s3-4中，在输出有效utc秒脉冲信号pps_utc前，对其进行连续性判断锁定以确保输出秒脉冲可靠有效，具体包括：

45、以bpm_pps脉冲的起始沿开始计数count1，并等待下一个bpm_pps脉冲的到来，通过两个脉冲之间的计数值count1判断秒脉冲之间的间隔是否满足要求；

46、若连续两个bpm_pps秒脉冲之间计数值满足计数值范围则判定秒脉冲锁定成功1次，连续锁定成功次数为t_sucess次，则判断bpm授时秒脉冲bpm_pps锁定成功，输出pps_lock信号，高电平有效；若连续两个bpm_pps秒脉冲之间计数值不满足计数值范围则判断秒脉冲锁定失败1次，在秒脉冲锁定期间，若锁定失败次数t_fail大于n，则将锁定成功次数为t_success值减1；

47、bpm_pps秒脉冲锁定后，输出bpm_pps秒脉冲和bpm_ppm分信号，其中bpm_pps秒脉冲信号包括5路，其中1路与bpm_ppm分信号脉冲输出至主控，另外4路提供给用时系统，同时启动pps_cnt计数器作为输出秒脉冲备份。

48、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

49、本发明提出了一种可自动调整秒脉冲锁定周期的bpm短波授时接收方法及装置，该装置通过数字化方式接收接收bpm短波授时秒脉冲，采用fir滤波器设计、可自动调整秒脉冲锁定周期及串口收发等技术为用时系统提供标准的秒脉冲，其中可自动调整秒脉冲锁定周期技术可解决无线bpm短波信号不稳定情况下短波授时秒脉冲锁定时间，动态缩短秒脉冲锁定时间，可作为卫星授时、有线授时的有效补充手段，具有在短波授时系统覆盖区内实时提供用户时间信息和秒脉冲信号，该装置可嵌入用时整机设备或单独扩展为独立的bpm短波授时接收设备，通过实际工程研制应用，已验证具备秒脉冲判断准确、锁定周期可自动调整、工作稳定性强、易于扩展等优点可应用于无线通信，电子侦察，数字仪表，导航，交通，电力等多种领域。