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GPS校准的数字式守时钟研究

作　者: 田鸣
导　师: 魏丰
学　校: 华中科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 基于加法器的时钟守时卫星全球定位系统时间数字转换器卡尔曼滤波
分类号: TN967.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 82次
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内容摘要

GPS系统具有全方位、全天候、连续性、实时性和高精度的授时功能。利用GPS信号校准本地时钟设备的时间,可以获得高精度的时间基准。某军方项目需要本实验室研制一个手持式低功耗的具有较高守时精度的守时钟。目前,国内外已有的守时钟都不能满足上述要求,本文基于此展开研究。晶振老化是影响时钟守时精度的最主要原因,微调晶振的振荡频率或改变时钟电路的分频比可以对其进行补偿。目前,国内外大部分守时设备都采用压控振荡器锁相环方案,该方案实现守时的同时实现了锁频,但是其电路复杂,需要采用高精度的DAC、多路电源和需要仔细设计的模拟电路。本文介绍了一种由固定频率晶振驱动的分频比可精细微调的基于加法器的时钟电路方案。该方案采用恒温晶振或温补晶振进行守时,采用GPS系统传输的标准时间信号快速测量晶振的频差,采用ABC时钟电路改变晶振的分频比并进行频差补偿。该方案只校时不锁频,具有守时精度高,电路全数字化和设计简单等优点。针对该方案,本文完成了系统的总体设计和芯片选型,构建了测试平台,采用CPLD进行ABC时钟电路的逻辑设计,采用TDC-GP2实现高精度的时间间隔测量,采用MATLAB软件进行卡尔曼滤波算法的设计。针对GPS秒脉冲信号存在抖动的特点,本文分析、设计和试验了两种滤波算法。本守时钟选用频率稳定度为±2×10 E? 9的额定频率为20MHz高稳恒温OCXO晶振,经过GPS校准后,守时钟的守时精度为1ms/天;选用频率稳定度为±1×10 E?8的额定频率为20MHz的宽温型数字温补型晶振(DTCXO),守时钟的功耗为0.54W。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 论文背景  9
  1.2 论文来源  9-10
  1.3 国内外发展状况  10-11
  1.4 论文的主要工作  11
  1.5 论文结构  11-13
2 数字式守时钟基本原理和关键技术  13-19
  2.1 晶体振荡器的特性  13-15
  2.2 守时钟守时原理  15
  2.3 压控振荡器锁相环守时方案  15-16
  2.4 基于加法器的ABC 时钟电路方案  16-17
  2.5 高精度的时间间隔测量  17-18
  2.6 本章小结  18-19
3 GPS 校准的数字式守时钟的设计  19-37
  3.1 微处理器选择  19-20
  3.2 GPS 接收机  20-21
  3.3 晶体振荡器选型  21-22
  3.4 高精度时间间隔测量模块选择及设置  22-25
  3.5 可编程逻辑器件的选择  25-26
  3.6 守时钟电路结构  26-28
  3.7 ABC 时钟电路的设计  28-32
  3.8 守时钟的工作状态  32-34
  3.9 守时钟PCB 板俯视图及数字式守时钟工作状态图  34-36
  3.10 本章小结  36-37
4 数字式守时钟守时算法研究  37-43
  4.1 守时算法的研究  37-40
  4.2 数字式守时钟系统守时算法的实现  40-41
  4.3 本章小结  41-43
5 结果分析  43-48
  5.1 守时钟守时性能分析  43-46
  5.2 功耗分析  46-47
  5.3 本章小结  47-48
6 总结与展望  48-50
  6.1 总结  48
  6.2 展望  48-50
致谢  50-51
参考文献  51-54
附录攻读学位期间发表论文目录  54-55

GPS校准的数字式守时钟研究

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