本發明涉及衛星導航授時技術領域，特別是涉及一種時間同步裝置及其同步方法。

背景技術：

高精度時間基準是通信、電力、工業以及國防建設等領域重要的基礎保障平臺之一，為計算機應用系統、通信系統、特種設備等提供精準的時間信號，最終可以大幅度的提高系統或設備的運行品質和管理品質。時間同步技術是一門隨著國防建設逐步發展起來的新興技術，如今在其它領域也得到越來越廣泛的應用。高質量的時間同步技術可確保設備間時間高度統一，如在通信領域，時間同步精度決定著信號接收的同步性。

全球衛星導航定位系統時間是較高精度的時間基準，gps是目前應用最廣的全球衛星導航定位系統，gps授時產品大量應用于我國的各行各業，但在特殊時期存在gps信號中斷或信號不可用的隱患。

北斗衛星導航定位系統是由我國自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統，是全球四大衛星導航系統之一，北斗衛星導航系統具有導航、定位、授時和通信四大功能，北斗導航系統廣泛應用在國防安全、交通運輸、海洋漁業、安全生產、減災救災、測繪、電信和大眾消費等領域。北斗時頻產品逐步替代gps產品，時頻產品知識產權自主化，可長期保證高精度時頻基準，以滿足我國國民經濟和國防建設的需要。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有技術的不足，設計出一種時間同步裝置及其同步方法，解決了特殊時期的gps授時產品的gps信號可能會中斷或不可用的問題。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種時間同步裝置，包括北斗天線、zigbee天線、gsm天線和主機，所述主機包括背板，分別設置在背板上的北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊；所述北斗天線，用于接收射頻信號并傳輸給北斗板；所述北斗板，用于對射頻信號進行處理并將處理后得到的utc時間信號、秒脈沖信號以及預設的時間延遲信號通過串口傳輸給fpga模塊，將預設的時間延遲信號通過串口傳輸給zigbee模塊或gsm模塊；所述背板，用于為fpga模塊提供時鐘信號并為北斗板、fpga模塊和通訊模塊供電；所述fpga模塊，用于對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖并將其轉化為電平信號進行延時輸出；所述zigbee模塊，用于將時間延遲信號通過其數據通信鏈路并經與其連接的zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置；所述gsm模塊，用于將時間延遲信號通過其數據通信鏈路并經與其連接的gsm天線傳輸給另一時間同步裝置。

進一步地，所述北斗板包括饋電轉換模塊、北斗\gps芯片、微處理器，所述饋電轉換模塊的直流信號輸入端與北斗天線連接，直流信號輸出端與北斗\gps芯片連接，北斗\gps芯片與微處理器連接。

進一步地，所述zigbee模塊為短距離數據鏈路通信模塊。

進一步地，所述zigbee模塊的傳輸距離為1600m，無線頻率為2405mhz-2480mhz。

進一步地，所述gsm模塊為長距離數據鏈路通信模塊。

進一步地，所述射頻信號包括bd2b1頻點信號、bd2s頻點信號和gpsl1頻點信號。

一種時間同步方法，具體包括以下步驟：

步驟1：北斗天線將接收到的bd2b1頻點信號、bd2s頻點信號和gpsl1頻點信號傳輸給北斗板；

步驟2：北斗板對接收到的信號進行處理，生成utc時間信號和秒脈沖信號，同時用戶向北斗板內設置時間延遲信號，北斗板將utc時間信號、秒脈沖信號和時間延遲信號通過串口傳輸給fpga模塊；

步驟3：判斷數據傳輸距離，若數據傳輸距離小于1600m，則北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給zigbee模塊，zigbee模塊將時間延遲量通過zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置；否則，北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給gsm模塊，gsm模塊將時間延遲量通過gsm天線傳輸給另一時間同步裝置；fpga模塊對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖并將其轉化為電平信號，然后，根據接收到的時間延遲信號對電平信號進行延時輸出。

進一步地，還包括步驟4：北斗板通過北斗天線發射bdl頻點信號，以短報文通信的形式向另一時間同步裝置發送時間延遲量。

本發明的積極有益效果：

1、本發明時間同步裝置采用模塊化設計，集成度高，大大降低了設備成本，提高穩定性。

2、本發明時間同步裝置使用了北斗系統替代了gps系統，使得在gps信號不可用時，仍然能夠正常實現運轉，具有較高的系統穩定性。

3、采用gsm模塊和zigbee模塊雙模通信，在視距范圍內采用zigbee模塊形成短距離的通信鏈路，傳輸距離較遠時，采用gsm模塊形成長距離的通信鏈路，確保設備授時功能穩定性。

4、本發明的北斗板發射bd2s頻點信號，可實現rdss功能，能夠實現短報文通信。

附圖說明

圖1為本發明的電路原理框圖。

圖2為北斗板的電路原理框圖。

圖3為背板的電路原理框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發明。但是應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。

結合圖1說明本實施方式，本發明的時間同步裝置，采用北斗板作為時間基準，支持單北斗衛星導航定位系統工作，在視距范圍內采用zigbee模塊形成短距離的通信鏈路，傳輸距離較遠時，采用gsm模塊形成長距離的通信鏈路。該時間同步裝置包括北斗天線、zigbee天線、gsm天線和主機，所述主機包括背板、北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊，所述北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊分別設置在背板上。

北斗天線與北斗板的射頻信號輸入端連接，北斗板的脈沖和時間信號輸出端與fpga模塊的信號輸入端連接，北斗板的時間延遲信號輸出端分別與zigbee模塊和gsm模塊的信號輸入端連接。zigbee模塊的信號輸出端與zigbee天線連接，構成近距離、低功耗、低成本無線通訊鏈路。gsm模塊的信號輸出端與gsm天線連接，構成遠距離的gprs無線通信網絡。背板的電源模塊的輸出端分別與北斗板、fpga模塊、zigbee模塊和gsm模塊的電源端口連接。

所述北斗天線，用于接收射頻信號并傳輸給北斗板，射頻信號包括bd系統的b1頻點信號和s頻點信號，以及gps系統的l1頻點信號。

如圖2所示，所述北斗板，用于對射頻信號進行變頻處理，然后由基帶捕獲、跟蹤、測量和定位，并將最終解算出的utc時間信號、秒脈沖信號（1pps信號）以及預設的時間延遲信號通過rs232串口傳輸給fpga模塊，同時將預設的時間延遲信號通過rs232串口傳輸給zigbee模塊或gsm模塊。北斗板包括饋電轉換模塊、北斗\gps芯片和微處理器，所述饋電轉換模塊的直流信號輸入端與北斗天線連接，直流信號輸出端與北斗\gps芯片連接，北斗\gps芯片與微處理器連接，饋電轉換模塊將5v的電壓信號轉換為3.3v的電壓信號，北斗\gps芯片將其生成的秒脈沖信號（1pps信號）傳輸給fpga模塊；微處理器將utc時間信號和時間延遲信號傳輸給fpga模塊，將時間延遲信號傳輸給zigbee模塊或gsm模塊。

如圖3所示，所述背板，用于為fpga模塊提供10mhz的時鐘信號并為北斗板、fpga模塊和通訊模塊供電。背板模塊為北斗板提供5v直流電源，為zigbee模塊提供3.3v直流電源，為gsm模塊和fpga模塊提供12v直流電源。

所述fpga模塊，用于對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖信號并將其轉化為電平信號進行延時輸出，完成精密的時間同步。所述zigbee模塊，用于將時間延遲信號通過其數據通信鏈路并經與其連接的zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置，本實施例中采用的zigbee模塊的傳輸距離為1600m，無線頻率為2405mhz-2480mhz。所述gsm模塊，用于將時間延遲信號通過其數據通信鏈路并經與其連接的gsm天線傳輸給另一時間同步裝置。

本發明的時間同步方法，具體包括以下步驟：

首先，北斗天線將接收到的bd2b1頻點信號、bd2s頻點信號和gpsl1頻點信號傳輸給北斗板；

然后，北斗板對接收到的信號進行處理，生成utc時間信號和秒脈沖信號，同時用戶向北斗板內設置時間延遲信號，北斗板將utc時間信號、秒脈沖信號和時間延遲信號通過串口傳輸給fpga模塊；

最后，判斷數據傳輸距離，若數據傳輸距離小于1600m，則北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給zigbee模塊，zigbee模塊將時間延遲量通過zigbee天線傳輸給另一時間同步裝置；否則，北斗板將時間延遲信號通過串口傳輸給gsm模塊，gsm模塊將時間延遲量通過gsm天線傳輸給另一時間同步裝置；fpga模塊對接收到的utc時間信號、秒脈沖信號和時鐘信號進行對比分析，生成延遲脈沖并將其轉化為電平信號，然后，根據接收到的時間延遲信號對電平信號進行延時輸出。

還包括步驟4：北斗板通過北斗天線發射bdl頻點信號，以短報文通信的形式向另一時間同步裝置發送時間延遲量。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解；依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。