导航接收机本地守时电路设计及其关键技术研究

论文摘要

近年来,生产力推动科技产业飞速前进,而作为高科技产业代表的卫星技术的发展更是日新月异。美国的全球定位系统GPS(Global Positioning System)就是世界上最早的卫星导航系统,GPS建立的初衷是基于军事方面的考虑,但随着社会的发展,卫星导航系统也越来越广泛的进入了大众的生活,人们依靠其定位、导航、精确授时等各个方面表现出来的巨大功能,特别是二十一世纪以后,手持以及车载导航仪的普及化程度更是让人吃惊,这个在若干年前听起来还比较神秘的东西变得与大家的生活息息相关了。卫星导航系统凭借其全天候、高精度、多功能的特点,在传统应用方面,它能给人们提供导航定位及测量等多方面的服务,在精确授时方面也是目前世界各国都采用的重要方式。另外,在电力系统、电视广播播出系统中,为了取得整个通信网络的同步,卫星授时系统都有着大量的应用。本文是基于卫星导航系统在授时方面的应用,对与其相关的守时技术及时间同步的方法进行研究和分析,详细介绍了卫星导航系统定位及授时的原理及其用户接收机的组成。提出了用卫星导航系统秒脉冲信号校正与地面导航接收机本身的守时系统相结合,从而构成基于该系统的高精度时间同步系统的方案。本方案把卫星导航系统发出高精度的秒脉冲信号作为时间基准,并且利用卫星导航系统秒脉冲长期稳定性高及晶振钟短期稳定性强的特点,取长补短,达到给导航接收机精确授时的目的。本文提出了一种基于CPLD芯片的高精度卫星导航用户机守时电路的设计方案,电路采用卫星发出的导航电文校时与实时守时模块相结合,结合EDA及导航技术,采用了系统化的设计思想,整个守时电路采用模块化设计,在守时模块的设计中用可综合的VerilogHDL语言编写,然后运用QuartusⅡ对各子模块进行功能和时序仿真。该守时电路达到了预期的设计目标,合乎卫星导航系统用户机高精度守时的参数要求,并且最终把其应用到卫星自主导航用户机上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 守时技术发展的历史及国内外现状
• 1.3 本论文主要的工作及结构安排
• 第2章 守时技术工作原理与关键技术分析
• 2.1 守时技术的基本概念
• 2.2 守时技术的关键技术
• 2.2.1 时钟源的选择
• 2.2.2 时间同步误差的处理
• 2.3 守时技术中时间同步的基本方法及工作原理
• 2.3.1 搬钟时间同步法
• 2.3.2 单向时间同步法
• 2.3.3 双向时间同步法
• 2.4 守时技术在卫星导航系统中的应用
• 2.4.1 卫星导航系统简介
• 2.4.2 卫星导航系统授时技术的基本原理
• 2.4.3 卫星导航系统用户接收机的构成
• 2.5 本章小结
• 第3章 高精度守时电路的总体设计
• 3.1 守时电路总体构思
• 3.2 守时电路总体框架
• 3.3 守时电路的硬件选择和开发平台设计
• 3.3.1 频率源的选择
• 3.3.2 开发平台简介
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于GPS/北斗兼容机高精度守时模块设计
• 4.1 守时模块硬件实现方案
• 4.2 守时模块的硬件设计
• 4.2.1 频标模块
• 4.2.2 实时时钟模块
• 4.2.3 电源管理模块
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统的精度分析与功能调试
• 5.1 高精度守时电路误差原理分析及修正方案
• 5.1.1 卫星秒脉冲的随机误差分析
• 5.1.2 高精度晶振信号的频率稳定度
• 5.1.3 产生高精度同步时钟的原理
• 5.2 守时模块精度分析与功能调试
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结与结论
• 6.2 未来研究工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文情况
• 附录1:实时时钟部分模块程序
• 附录2:守时模块总体结构图