为解决目前船载时统设备在潜艇中使用中存在的问题，研究了适于潜艇使用的时统设备应具有的性能和功能，并综合其他测控装备对时统设备的要求，提出了水下时间统一系统设备设计及实现方法。

　　关键词：同步 便携 潜用
　　中图分类号：P22 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0151-02
　　1、引言广东深圳专业医疗器械产品外观工业产品设计如何选购家用医疗器械
　　在过去涉及到潜艇的试验中，船载时统设备在潜艇上使用时会面临两方面问题：一是在常规潜艇上使用时统设备接收GPS卫星授时[3]信号时，由于潜艇尺寸问题广东深圳专业医疗器械造型工业产品设计看中国药品研发导致接收天线难以伸出舱体从而无法正常接收授时信号（天线太长时信号增益下降过多，导致GPS模块本身无法识别信号），时统设备操作员需将时统设备和UPS电源一起在战位到舰桥之间来回搬动，给操作员造成较大负担，且容易产生误操作；二是在新型潜艇上使用时统设备时，通常需要在不同舱段设置两个时统战位。
而在潜艇下潜或上浮过程中需要关闭舱段间的通道，必然会影响到时统与时统设备间或时统设备与其它测控设备连接的持续性。

　　本文提供了一种体积小、设备接口齐全、能够依靠自身电池持续供电较长时间的潜用时统设备的设计及实现方法。

　　2、水下便携式时间统一系统总体设计
　　2.1 系统功能设计
　　参加潜艇试验的时统设备都是独立使用，没有连接中心站的需求，所以只保留了测控专装必须的时间同步，对时，可编程[9]信号发生，时延返检和设定触发信号时刻功能，并且能够手动设置本机时间；为潜用时统设备新增了可编程信号强迫同步功能；由于不需要接收时统中心站的B码信号，此次设计精简掉了B码传输、分机巡检及手动修正功能。

　　2.2 硬件总体设计
　　系统采用整体设计思路，每片DSP的P0口为数据/地址复用口[2]，连接片外扩展地址时作为地址低八位，P2广东深圳专业医用器材设备外观工业产品设计浅谈高层建筑结构设计口作为片外扩展地址高八位。
为了减小总线数据负荷，减小数据/地址复用所带来的信号干扰，此次设计使用3片DSP共同完成所有功能。
其中，一块DSP负责键盘识别、屏幕显示、GPS时间同步和修正信息解码处理、中断处理；一块DSP控制CPLD产生可编程信号；最后一块DSP完成时延返检功能并将各项参数信息保存在片内EEPROM内。
硬件组成示意图如图1所示：
　　2.3 软件总体流程
　　系统程序使用C语言[1]在Keil开发环境中编写，采用模块化设计思想，主要由键盘识别模块、屏幕显示模块、GPS时间信息处理模块、中断处理模块、可编程信号产生模块和时延返检模块组成。
程序运行流程图如图2所示：
　　3、各功能模块设计
　　3.1 键盘识别模块
　　键盘采用的是非编码行列式键盘电路。
P1口与键盘电路连接，使用查询的工作方式。

　　使用软件去除按键抖动的方法：在检测到有键按下时，执行一个20ms左右的延时程序，再判断该键事后仍保持闭合状态。
在此基础上，还要保证长按键只产生一次键值，不能出现连按现象。

　　3.2 GPS时间信息处理模块
　　采用串口中断的方式接收处理GPRMC[6]语句，得到GPS时间信息[4]。
GPRMC语句的格式是#GPRMC,hhmmss，A(V),……, *hh。
其中“#GPRMC”是固定帧头，“hhmmss”是时间信息，“A(V)”代表定位状态，“A”代表有效定位，“V”代表无效定位， “*hh”是校验位。
利用串口中断的方式接收每秒一帧的GPRMC语句，判断是否接收到一个完整的GPRMC数据格式的帧头：如果是，则保存接下来的9个字节的数据（包括逗号），再判断定位状态是否有效从而进行相应的处理；如果不是，则舍弃这一帧数据。
水下便携式时间统一系统本机晶振分频产生1ms脉冲与GPS的PPS1秒脉冲比对后，产生高精度同步1秒信号。

　　3.3 中断处理模块
　　共设置了3个外部中断源[10]GPS时间信息串口接收中断，毫秒中断INT0和秒中断INT1。
毫秒中断和秒中断都是由CPLD器件分频产生。
其中毫秒中断优先级最高，其次是串口中断，秒中断优先级最低。

　　3.4 可编程信号产生和时延返检模块
　　可编程信号的产生依靠DSP和CPLD配合完成。
CPLD通过晶振分频得到10us，1ms和0.1s三个基准周期。
DSP记录键盘设置的可编程信号脉宽和周期的参数，通过数据/地址总线写入CPLD再分频得以产生最终的可编程信号。

　　时延返检模块主要的工作是将返检值从指定的口线上读出。
返检值采取循环查询的方式读取，每当口线上测得广东深圳专业医用产品外壳工业产品设计医院医疗器械维修的现代化管理一组时延返检值，保持口线此刻的状态；DSP读取此刻口线上的状态，通过算法将口线状态转换为时延返检值，再将口线拉低以启动下一次返检操作。

　　3.5 电源模块
　　电源模块包括220V转5V、220V转12的电压转换芯片及外围电路，同时加装一块12V,36000mAh锂-镍充电电池，从而实现了不依赖外部电源长期工作的目的。

　　4、关键技术
　　1）信号自动同步。
本次设计改进了可编程信号同步算法[7]，不仅所有可编程信号每等待8分钟后会进行一次同步操作，还能够通过软件算法，在最短时间内自动对两个可编程口的可编程信号进行同步。
具体实现如下：由于信号周期为0.1s的整数倍，每当重新设置某一可编程口的信号周期值时，DSP将从EEPROM中读取未改广东深圳专业医用器械开发公司工业产品设计压缩研发时间变的那个可编程口的信号周期值，采用取两个值的最小公倍数的算法，求得640s内两个值的最小公倍数，在当前时间的基础上，确定最终两个信号自动同步的触发时刻（如果两个信号值的最小公倍数大于640，则两信号8分钟内无法自动同步，实际试验中通常不采用此类周期的信号）。

　　2）加一秒技术。
屏幕是在接收到当前的各类时间信息后再进行显示，这就不可避免地增加了因为数据接收带来的延时[8]。
为避免数据接收和处理带来的时间延时，当接收到时间信息报文后，根据当前时间的状态，对时间信息进行处理生成下一时刻的时间信息，而后用下一时刻秒信息或者下一帧的帧头触发显示。

　　5、结语
　　本便携式时统设备专为潜艇在水下使用而设计，具有体积小、重量轻、操作使用方便的优点，系统硬件设计遵循了精简、可靠、实用的原则，软件设计上保留了上代设备绝大部分单机功能，并新增了可编程口强迫同步功能，模块化设计使系统功能易于扩展，为今后增加北斗对时模块和扩展系统功能提供了便利。
经测试，系统可以在只靠内部电池供电的情况下可靠工作6个小时以上，能够很好地解决船载时统设备在潜艇上使用存在的问题，满足潜艇潜航过程为测控设备同步对时的实际需求。

　　参考文献
　　[1]周兴华.单片机C程序设计.北京航空航天大学出版社,2007-10.
　　[2]苏涛,吴顺军,李真芳,等.高性能DSP与高速实时信号处理（第二版）西安电子科技大学出版社.
　　[3]吴坤,张君.基于GPS的靶场时统系统技术研究[J].国防技术基础广东深圳专业医用仪器外观工业产品设计旅游产品设计的开发,2009年03期.
　　[4]贺洪兵.基于GPS的高精度时间同步系统的研究设计[D].四川大学,2005年.
　　[5]刘艳萍.DSP技术原理及应用教程[M].北京航空航天大学出版社,2005-2.
　　[6]GARMIN GPS SENSOR BOARDS TECHNICAL SPECIFICATION[Z] 2000.
　　[7]孙东,顾鲁青,赵彦东,方建勋广东深圳专业康尚雾化器产品设计公司国家食品药品监督管理局曝光四种医疗器械违法广告.实时应用中软件时统的设计与实现[J].测控技术,2006年01期.
　　[8]赵亚东.靶场测量设备时统信号延时的系统误差[J].遥测遥控,1995年04期.
　　[9]杨蕾.基于FPGA的靶场时间统一系统[D].中国科学院研究生院(国家授时中心).2004年.
　　[10]张洪润等.单片机应用设计200例.北京：北京航空航天大学出版社.
　　作者简介
　　项珺，男，助理工程师，研究方向:时间同一系统，微波传输技术。
阮大同，男，工程师，研究方向：时间统一系统，指控系统。