发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高B码解调性能和解码同步精度的B码解码方法,并提供一种利用该方法实现B码解码的装置。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明包括以下几个步骤:
①、测量IRIG-B交流模拟信号的幅度,并与参考电平进行比较,产生方波信号,由此确定模拟信号的正向过零点;
②、利用模拟信号的正向过零点,采样IRIG-B交流模拟信号,并和预先设定的参考幅值进行比较判断,生成IRIG-B直流信号;
③、对IRIG-B直流信号的高电平宽度进行计数,判断确定出参考码元的上升沿位置,并确定数据信息“1”、“0”和***时隙信息,输出秒脉冲和时间信息。
在步骤①中,将交流模拟信号与参考电平进行比较,若正弦波正半周的电平高于参考电平,则输出高电平,若正弦波负半周的电平低于参考电平,则输出低电平,由此产生方波信号,每个方波的上升沿即为正向过零点。
在步骤①中,参考电平为模拟信号的中值。
在步骤②中,在正向过零点后进行延迟,所述的延迟时间为步骤①中方波信号的1/4周期;采样IRIG-B交流模拟信号,并和预先设定的参考幅值进行比较判断,如果采样值高于参考幅值输出高电平,反之输出低电平,经比较得到的信号为IRIG-B直流信号。
在步骤③中,对IRIG-B直流信号的高电平宽度进行计数,根据B码码元宽度的判决条件,得到数据“1”、“0”和码元信息;依据B码的数据帧结构,对解码得到的数据进行整理、重组得到参考码元、时间信息、控制信息和SBS信息;补偿步骤①中方波信号1/4周期的时间,即得到的标准的秒脉冲信号。
一种实施该方法所需的B码解码装置,IRIG-B交流模拟信号进入A/D转换器,A/D转换器与交流码解调单元相连,交流码解调单元与直流码解码单元连接,且IRIG-B交流模拟信号还经比较器进入交流码解调单元;时钟源给A/D转换器、交流码解调单元、直流码解码单元提供时钟信号。
IRIG-B交流模拟信号通过变压器进入A/D转换器,变压器还与比较器相连。
直流码解码单元为:直流B码分别经过直流码元沿检测模块和计数器模块,计数器与脉宽判决模块相连,脉宽判决模块的秒脉冲信号经过秒脉冲补偿输出标准秒脉冲;脉宽判决模块的数据信息经B码元组合模块和信息存储模块输出时间信息和控制信息。
交流码解调单元和直流码解码单元通过可编程逻辑器件来实现。
交流码解调单元和直流码解码单元通过DSP来实现。
采用上述技术方案的本发明,采用比较器得到IRIG-B模拟信号的正向过零点,利用A/D转换器对IRIG-B模拟信号采样来实施解调功能。不仅对模拟信号实现解调,而且可以得到基准秒脉冲信号和时间信息等;解调得到的秒脉冲同步精度高;原理简单,易于实现。
具体实施方式
实施例1
本发明中B码解码方法包括以下几个步骤:
①、测量IRIG-B(AC)交流模拟信号的幅度,并与参考电平进行比较,产生周期为1ms,占空比为50%的方波信号,由此确定模拟信号的正向过零点,对方波信号的电平利用数字逻辑电路进行采样,检测相邻时刻的电平值,便可得到正向过零点的时刻;
②、利用模拟信号的正向过零点,采样IRIG-B(AC)交流模拟信号,并和预先设定的参考幅值进行比较判断,生成IRIG-B(DC)直流信号;
③、对IRIG-B(DC)直流信号的高电平宽度进行计数,判断确定出参考码元的上升沿位置,并确定数据信息“1”、“0”和***时隙,输出秒脉冲和时间信息。
如图1所示,直流B码是每秒一帧的时间串码,每个码元宽度为10ms,一个时帧周期包括100个码元,为脉宽编码。码元的″准时″参考点是其脉冲前沿,时帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元组成,其宽度为8ms;每10个码元有一个位置识别标志:P1,P2,P3,…,P9,P0,它们均为8ms宽度;PR为帧参考点;二进制“1”和“0”的脉宽为5ms和2ms。
一个时间格式帧从帧参考标志开始,因此连续两个8ms宽脉冲表明秒的开始,如果从第二个8ms开始对码元进行编码,分别为第0,1,2,…,99个码元。在B码时间格式中含有天、时、分、秒,时序为秒-分-时-天,所占信息位为秒7位、分7位、时6位、天10位,其位置在P0~P5之间。P6~P0包含其他控制信息。其中“秒”信息:第1,2,3,4,6,7,8码元;“分”信息:第10,11,12,13,15,16,17码元;“时”信息:第20,21,22,23,25,26,27码元;第5,14,24码元为索引标志,宽度为2ms。时、分、秒均用BCD码表示,低位在前,高位在后;个位在前,十位在后。如图2所示,图中表示的时间为173天21时18分2秒。
如图3所示的IRIG-B(AC)交流码和IRIG-B(DC)直流的波形对比图,IRIG-B(AC)交流码适合于较远距离的传输,主要用作主、从站时统设备间的同步手段和时统设备与远距离用户的接口。IRIG-B(AC)交流码是一种脉冲宽度调制码,在对1kHz正弦波作幅度调制的信号,有三种不同的调制脉冲宽度,秒信号参考码元和位置识别标志为8ms,码字“1”为5ms,码字“0”和索引标志为2ms。
由于IRIG-B(AC)交流码和IRIG-B(DC)直流码的特性,在B码解码方法步骤①中,将交流模拟信号与参考电平进行比较,若正弦波正半周的电平高于参考电平,则输出高电平,若正弦波负半周的电平低于参考电平,则输出低电平,由此产生周期为1ms,占空比为50%的方波信号。方波的上升沿为模拟信号由负半周向正半周过渡的时刻,即为正向过零点。参考电平为模拟信号的中值;当模拟信号随零电平上下波动时,参考电平即为零电平,如图4所示。
一种实施该方法所需的B码解码装置,其结构和连接关系如下:IRIG-B(AC)交流模拟信号进入A/D转换器,A/D转换器用以采样得到的模拟信号的振幅值。A/D转换器与交流码解调单元相连,该单元利用A/D转换器的采样值对IRIG-B(AC)交流信号幅度进行判决,解调得到IRIG-B(DC)直流信号。交流码解调单元与直流码解码单元连接,对IRIG-B(DC)直流信号进行解码得到秒脉冲和时间信息等。且IRIG-B(AC)交流模拟信号还经比较器进入交流码解调单元,比较器输入端接收B码模拟信号,和参考电平进行比较,得到1KHz的方波信号。
在整个装置中,时钟源给A/D转换器、交流码解调单元、直流码解码单元提供时钟信号。
在该B码解码装置中,各个部件的功能如下:
比较器:其输入端接收B码模拟信号,然后和参考电平进行比较,高于参考电平得到高电平,否则得到低电平,因此比较器输出一个占空比为50%的1KHz的方波信号;
A/D转换器:其输入端接收B码模拟信号,在比较器输出的方波上升沿后250us对模拟信号进行采样,得到模拟信号的振幅值。
解调单元:连接到A/D转换器和解码单元,利用A/D转换器的采样值和参考电平幅度进行比较,如果高于参考电平幅度则得到高电平,低于参考电平幅度则得到低电平,输出的方波即为IRIG-B(DC)直流信号,这样实现了对IRIG-B(AC)交流解调,得到了IRIG-B(DC)直流信号;
解码单元:连接解调单元,对IRIG-B(DC)直流信号进行解码。直流B码解码的过程其实就是测量脉冲的,不同的宽度分别代表数据“1”、“0”和***码元,以及参考码元和位置码元。因为在信号调制的误差和传输过程中引入的干扰,使得码元宽度不是精确的2ms,5ms和8ms,因此需要在解调过程中引入容错机制,保证解码的正确性。经过脉冲判决得到的数据,依据B码的数据规则回复整理,可以找到参考码元,并依据参考码元的上升沿产生1PPS信号。并通过整理得到的IRIG-B中携带的时间信息。
时钟源:连接到A/D转换器、解调单元和解码单元,用于提供时钟信号;其中可直接连接到解调单元和解码单元,由于时钟源的频率较高,一般是通过分频后再连接到A/D转换器。
实施例2
本发明中B码解码方法包括以下几个步骤:
①、测量IRIG-B(AC)交流模拟信号的幅度,并与参考电平进行比较,产生方波信号,由此确定模拟信号的正向过零点;
②、利用模拟信号的正向过零点,采样IRIG-B(AC)交流模拟信号,并和预先设定的参考幅值进行比较判断,生成IRIG-B(DC)直流信号;
③、对IRIG-B(DC)信号的高电平宽度进行计数,判断确定出参考码元的上升沿位置,并确定数据信息“1”、“0”和***时隙信息,输出秒脉冲和时间信息。
如图5所示,步骤②中,在收到过零检测信号的上升沿时,为正弦信号相位的零度,在正弦信号的90°,也就是正弦信号幅度最大时再对模拟信号采样,判断是高幅度信号还是低幅度信号,一般来说参考幅度值不小于高幅度电平的70%;并且正弦信号的周期为1ms,所以在检测到正向过零点后250us后,此时正弦信号的幅度达到最大,为正弦信号的振幅值。采集交流码的幅度数据后,根据预先设定的幅度作为判决门限,用交流码的幅度和参考门限之相比较,如果采集幅度高于门限值则输出高电平,否则输出低电平,这样就将IRIG-B(AC)交流模拟信号就被解调成了IRIG-B(DC)直流脉冲信号。由于延迟的缘故,转换后的直流B码信号比标准的直流码延迟了250us。
一种实施该方法所需的B码解码装置,其结构和连接关系如下:IRIG-B(AC)交流模拟信号进入A/D转换器,A/D转换器与交流码解调单元相连,交流码解调单元与直流码解码单元连接,且IRIG-B(AC)交流模拟信号还经比较器进入交流码解调单元;时钟源给A/D转换器、交流码解调单元、直流码解码单元提供时钟信号。
IRIG-B(AC)交流模拟信号通过变压器进入A/D转换器,变压器还与比较器相连。变压器对B码的模拟信号进行电平转化,使输入的信号幅度在A/D转换器工作范围内,同时变压器还可以起到信号隔离的作用。
实施例3
本发明中B码解码方法包括以下几个步骤:
①、测量IRIG-B(AC)交流模拟信号的幅度,并与参考电平进行比较,产生方波信号,由此确定模拟信号的正向过零点;
②、利用模拟信号的正向过零点,采样IRIG-B(AC)交流模拟信号,并和预先设定的参考幅值进行比较判断,生成IRIG-B(DC)直流信号;
③、对IRIG-B(DC)直流信号的高电平宽度进行计数,判断确定出参考码元的上升沿位置,并确定数据信息“1”、“0”和***时隙,输出秒脉冲和时间信息。
在步骤③中,对IRIG-B(DC)直流信号的高电平宽度进行计数,根据B码码元宽度的判决条件,得到数据“1”、“0”和码元信息;依据B码的数据帧结构,对解码得到的数据进行整理、重组得到参考码元、时间信息、控制信息和SBS信息;补偿步骤①中方波信号1/4周期的时间,即得到的标准的秒脉冲信号。
一种实施该方法所需的B码解码装置,其结构和连接关系如下:IRIG-B(AC)交流模拟信号进入A/D转换器,A/D转换器与交流码解调单元相连,交流码解调单元与直流码解码单元连接,且IRIG-B(AC)交流模拟信号还经比较器进入交流码解调单元;时钟源给A/D转换器、交流码解调单元、直流码解码单元提供时钟信号。
如图6所示,直流码解码单元为:直流B码分别经过直流码元沿检测模块和计数器模块,计数器与脉宽判决模块相连,脉宽判决模块的秒脉冲信号经过秒脉冲补偿输出标准秒脉冲;脉宽判决模块的数据信息经B码元组合模块和信息存储模块输出时间信息和控制信息。
IRIG-B(DC)直流码解码的目的是产生基准秒脉冲和时间信息,根据解调得到的直流B码,由直流码的上升沿产生一个上升沿指示信号,再在直流码的下升沿产生一个下升沿指示信号,上升沿指示信号启动一个10MS计数器,下降沿指示信号则暂停计数器计数,计数器的计数结果表示了高电平的脉冲宽度。将脉冲宽度值送入脉宽判决模块进行判决,确定收到的信号是‘0’码元、‘1’码元还是参考码元。利用参考码元经过秒脉冲补偿模块可以恢复出1PPS信号;另外,解调出的‘0’码元和‘1’码元在B码元组合模块中,按照B码的规则进行组合,可以得到时间信息和控制信息等。
交流码解调单元和直流码解码单元通过可编程逻辑器件来实现,保证其精度。如果不考虑精度,也可以通过DSP或单片机来实现。