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专利号: 2021111849977
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统,其特征在于:包括北斗卫星时钟模块、调理整形模块、DDS模块、延迟模块、第一相位重合检测模块、第二相位重合检测模块、FPGA可编程计数器模块、相位调整器与数据处理模块、显示模块和电源模块;所述北斗卫星时钟模块的信号输出端连接调理整形模块的信号输入端,所述调理整形模块的信号输出端分别连接第一相位重合检测模块的信号输入端、DDS模块的信号输入端和延迟模块的信号输入端,所述DDS模块的信号输出端分别连接第一相位重合检测模块的信号输入端、第二相位重合检测模块的信号输入端和FPGA可编程计数器模块的信号输入端,所述延迟模块的信号输入端连接第二相位重合检测模块的信号输入端,所述第一相位重合检测模块的信号输出端和第二相位重合检测模块的信号输出端同时连接FPGA可编程计数器模块的信号输入端,所述FPGA可编程计数器模块的信号输出端连接相位调整器与数据处理模块的信号输入端,所述相位调整器与数据处理模块的信号输出端分别连接调理整形模块的信号输入端和显示模块的信号输入端;

所述北斗星时钟模块采用北斗星载铷原子钟,用于产生北斗卫星1pps信号即北斗秒脉冲信号;

所述调理整形模块由脉冲变换电路组成,用以将北斗卫星1pps信号转换为北斗线脉冲信号;

所述DDS模块由DDS直接频率合成器组成,用于调节北斗线脉冲信号的频率,产生同源北斗卫星线脉冲信号;

所述延迟模块由延迟线组成,采用低损耗的同轴电缆线,用于北斗线脉冲信号的延迟,保证系统的低噪声和北斗卫星1pps信号相位输出的稳定性;

所述第一相位重合检测模块由第一逻辑门电路组成,用于北斗秒信号与北斗线脉冲信号之间的相位重合点检测;

所述第二相位重合检测模块由第二逻辑门电路组成,用于延迟后的北斗秒信号与北斗线脉冲信号之间的相位重合点检测;

所述FPGA可编程计数器模块由FPGA组成,用以产生可编程计数器、第一相位重合点和第二相位重合点之间时间间隔的测量和实现74LS系列芯片的逻辑功能;

所述相位调整器与数据处理模块由于单片机组成,采用单片机STM32 F103C8T6芯片,用于第一相位重合点和第二相位重合点之间时间间隔测量结果的处理和相位转换,以及对北斗卫星1pps信号之间相位的调整;

所述显示模块,用于接收相位调整器与数据处理模块的处理结果并进行显示;

所述电源模块用于对整个系统进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统,其特征在于:所述的脉冲变换电路由触发器74LS375N芯片、反相器74LS04N芯片、逻辑与门74LS08D芯片组成;所述触发器74LS375N芯片的信号输入端和逻辑与门74LS08D芯片的A信号输入端同时连接北斗时钟信号产生模块的信号输出端,所述触发器74LS375N芯片的信号输出端连接反相器74LS04N芯片的信号输入端,所述反相器74LS04N芯片的信号输出端连接逻辑与门

74LS08D芯片的B信号输入端,所述逻辑与门74LS08D芯片的信号输出端即为调整整形模块的信号输出端。

3.根据权利要求1所述的基于北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统,其特征在于:所‑7

述的DDS直接频率合成器采用DDS芯片AD9858,其时钟频率秒级频率稳定度为10 量级。

4.根据权利要求1所述的基于北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统,其特征在于:所述的第一逻辑门电路采用逻辑与门74LS08D芯片。

5.根据权利要求1所述的基于北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统,其特征在于:所述的第二逻辑门电路采用逻辑与门74LS08N芯片。

6.根据权利要求1所述的基于北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统,其特征在于:所述的FPGA采用Cyclone IV芯片EP4CE75。

7.一种利用权利要求1‑6所述的任一北斗时钟信号的高分辨率相位同步系统的同步方法,依次包括以下步骤,其特征在于:包括以下步骤:步骤1: 将北斗卫星1pps信号转换为北斗线脉冲信号,首先将北斗卫星1pps信号分别送入触发器74LS375N芯片的信号输入端和第一逻辑与门74LS08D芯片的A信号输入端,其次北斗卫星1pps信号经触发器74LS375N芯片延迟后送入反相器74LS04N芯片的信号输入端,经相位取反后进入第一逻辑与门74LS08D芯片的B信号输入端与相位取反前的北斗卫星

1pps信号进行逻辑与,最终实现北斗卫星1pps信号转换为北斗线脉冲信号;

步骤2: 将同源北斗卫星线脉冲信号送入第一逻辑门电路与北斗线脉冲信号进行相位重合检测,获得第一相位重合点脉冲,同时将同源北斗卫星线脉冲信号送入第二逻辑门电路与延迟后的北斗线脉冲信号进行相位重合检测,获得第二相位重合点脉冲;

步骤3: 将第一相位重合点脉冲和第二相位重合点脉冲分别作为可编程计数器的开门信号和关门信号,在闸门时间内对同源北斗卫星线脉冲信号进行计数,获得该脉冲信号的计数值送入相位调整器和数据处理模块;

步骤4:将来自可编程计数器的脉冲计数值送入单片机STM32 F103C8T6芯片进行时间间隔计算、相位转换和处理,根据相位转换和处理的结果对北斗时钟信号之间的相位同步状态进行调整,最终获得优于1ps级的高分辨率相位同步结果。