基于时间同步的罗兰-C信号采集系统的设计方法技术方案

本发明专利技术公开了基于时间同步的罗兰

【技术实现步骤摘要】
基于时间同步的罗兰
‑
C信号采集系统的设计方法


[0001]本专利技术属于信息技术数据采集
，涉及一种基于时间同步的罗兰
ꢀ‑
C信号采集系统的设计方法。

技术介绍

[0002]罗兰
‑
C导航系统是一种高精度远程陆基无线电导航系统，是一种脉冲式 双曲线定位系统，具有覆盖范围广、全天候、抗干扰能力强、可靠性高和稳 定性好等突出优点，是弥补卫星导航系统抗干扰能力差的首选方法。发生卫 星导航系统信号被干扰的现象，以解决单一依靠卫星导航系统的问题，故罗 兰
‑
C导航系统慢慢成为世界上最广泛使用的无线电导航系统。
[0003]正常情况下接收到的罗兰
‑
C信号会包含地波直达信号、经电离层一次反 射和多次反射的天波信号、路径上大型遮挡物的反射信号以及接收系统内部 的环境噪声和干扰。通常情况下罗兰
‑
C天波会晚于地波35～500μs到达，这 是由于路径不同所造成的的时延。由于天波信号易受到影响而导致其信号不 稳定，所以常被作为干扰去除。
[0004]地波信号的传播时间可以预测而且地波信号比较稳定适合定位，因此传 统的罗兰接收机利用地波信号定位，通过天地波分离算法将天地波信号分 离，然后利用地波信号载波第三周期作为跟踪点进行信号跟踪，可以在很大 程度上提高信号强度和避免干扰。
[0005]罗兰
‑
C天波信号的强度不小于地波信号的两倍以上，且传播距离远、幅 度衰减小，如果想要有效的利用天波信号，需要更加精确的提取混合信号中 的天波信号，但是现有的长波接收机均无法有效利用天波进行导航授时和定 位，因此想要研究天波信号的传播特性及其利用方法，首先就需要长期、实 时的采集罗兰
‑
C信号，对其进行有效分析。长期采集罗兰
‑
C信号不仅有助 于研究罗兰
‑
C导航定位系统，还可以长期积累天波信号的变化数据，为我们 研究罗兰
‑
C导航系统提供很大的帮助。综上所述，研究同步罗兰
‑
C信号采 集系统具有非常重要的现实意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于时间同步的罗兰
‑
C信号采集系统的设计 方法，实现了一个采样时钟和标准UTC(世界协调时)时间同步的同步采样 系统，不仅可以长期、实时的采集存储不同台链的罗兰
‑
C信号，还可以对不 同台链信号做长时间累加，只传输累加后的包络信号。不仅解决了罗兰
‑
C信 号同步采样的问题，同时也解决了现有技术中存在的不能长时间、实时采集 罗兰
‑
C信号的问题。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是基于时间同步的罗兰
‑
C信号采集系统的设 计方法，具体按照以下步骤实施：
[0008]步骤1：利用GNSS秒脉冲信号作为基准频率驯服本地恒温晶振，输出 稳定的本地时钟，实现一个采样时钟和标准UTC同步的采样系统；
[0009]步骤2：对步骤1采集到的罗兰
‑
C信号进行模拟信号调理；
[0010]步骤3：对步骤2经过模拟调理后的罗兰
‑
C信号进行实时采集后滤波缓 存，或者对采集的信号进行长时间累加并只传输累加后的包络信号；
[0011]步骤4：将步骤3缓存或累加后的罗兰
‑
C信号通过UDP或USB数据传 输协议发送到上位机，完成高速数据存储，进行后续的数据分析处理。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]步骤1通过GNSS秒脉冲信号作为基准频率驯服本地恒温晶振，获取到 高精度高稳定度的本地时钟，实现采样时钟和标准UTC时间同步。
[0014]步骤2通过运算比例放大器设计模拟信号调理模块对罗兰
‑
C信号进行 信号调理。
[0015]运算比例放大器包括低噪声差分运算放大器和数字电位器，采用双通 道、两级差分运放组成放大、滤波电路，实现两级可调放大，第一级放大利 用数字电位器和双通道运放组成可调放大电路，第二级使用双通道运放组成 固定增益放大器。
[0016]低噪声差分运算放大器型号为LTC6362，数字电位器型号为AD5242。
[0017]步骤3通过高速高精度模数转换器进行罗兰
‑
C信号采集。
[0018]高精度模数转换器型号为LTC2380
‑
24。
[0019]步骤3通过使用FPGA设计带通滤波器对采集的罗兰
‑
C信号进行滤波 处理后存入到异步乒乓FIFO中进行缓存，或者做长时间累加处理。
[0020]步骤4通过UDP数据传输协议、USB数据传输协议发送采集的罗兰
‑
C 信号到上位机。
[0021]步骤4通过设计上位机，完成FPGA和UDP数据传输协议、USB数据 传输协议之间的通信，实现采集数据的接收处理和分析。
[0022]本专利技术实现了一个采样时钟和标准UTC时间同步的同步采样系统，不 仅可以长期、实时的采集存储不同台链的罗兰
‑
C信号，还可以对不同台链信 号做长时间累加，只传输累加后的包络信号。不仅解决了罗兰
‑
C信号同步采 样的问题，同时也解决了现有技术中存在的不能长时间、实时采集罗兰
‑
C信 号的问题。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的系统设计示意图；
[0024]图2是本专利技术的时钟驯服的设计方案；
[0025]图3是本专利技术的模拟信号调理模块的设计方案；
[0026]图4是本专利技术的高精度模数转换器的采集方案；
[0027]图5是本专利技术的上位机软件工作流程图；
[0028]图6是本专利技术采集系统采集的单个脉冲组重复周期的罗兰
‑
C信号波形。
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0030]本专利技术基于时间同步的罗兰
‑
C信号采集系统的设计方法，所采用的采集 系统如图1所示，具体包括以下步骤：
[0031]步骤1，罗兰
‑
C信号采集系统的本地恒温晶振采用10MHZ，恒温晶振 封装为OCXO
‑5‑
3627(恒温晶振
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3627)，高精度数模转换器采用低功耗轨到 轨输出16位串行输入数模转
换器DAC8531。
[0032]由于本地恒温晶振长时间工作会产生累积误差，而GNSS接收机输出时 钟具有很好的长期稳定性，其秒脉冲累积误差较小，因此采用GNSS的秒脉 冲信号作为基准频率来驯服本地恒温晶振，可以明显改善本地时钟输出的稳 定性，而且可以对恒温晶振的误差进行校正，获取到高精度高稳定度的本地 时钟输出，以此来达到一个时间同步的同步采样系统。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于时间同步的罗兰
‑
C信号采集系统的设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：利用GNSS秒脉冲信号作为基准频率驯服本地恒温晶振，输出稳定的本地时钟，实现一个采样时钟和标准UTC同步的采样系统；步骤2：对步骤1采集到的罗兰
‑
C信号进行模拟信号调理；步骤3：对步骤2经过模拟调理后的罗兰
‑
C信号进行实时采集后滤波缓存，或者对采集的信号进行长时间累加并只传输累加后的包络信号；步骤4：将步骤3缓存或累加后的罗兰
‑
C信号通过UDP或USB数据传输协议发送到上位机，完成高速数据存储，进行后续的数据分析处理。2.根据权利要求1所述的基于时间同步的罗兰
‑
C信号采集系统的设计方法，其特征在于，所述步骤1通过GNSS秒脉冲信号作为基准频率驯服本地恒温晶振，获取到高精度高稳定度的本地时钟，实现采样时钟和标准UTC时间同步。3.根据权利要求1所述的基于时间同步的罗兰
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C信号采集系统的设计方法，其特征在于，所述步骤2通过运算比例放大器设计模拟信号调理模块对罗兰
‑
C信号进行信号调理。4.根据权利要求3所述的基于时间同步的罗兰
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C信号采集系统的设计方法，其特征在于，所述运算比例放大器包括低噪声差分运算放大器和数字电位器，采用双通道、两级差分运放组成放大、滤波电路，实现两级可调放大，第一级放大利用数字电位器和双通道运放组成可调...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋忠国，王凡，高久翔，席晓莉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：