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应用GPS系统的卫星授时装置研究

2020-11-30阅读(740)

应用GPS系统的卫星授时装置研究

论文摘要

现代生活的方方面面均离不开授时技术,授时方式有多种,其中卫星授时以其全天候、全球覆盖、精度高、可靠性强、使用方便等特点得到了广泛应用。GPS是美国于1993年全面建成的第二代卫星导航系统,它的技术成熟,应用最广泛。该系统实时向用户提供与国际标准时间UTC高度同步的时间,已经被广泛的应用于电力、通讯、航空航天等领域,作为系统的时间基准。文章叙述了基于GPS的时间同步系统的时间同步方法,指出提高同步时间系统的同步脉冲的精确度和稳定度是整个同步系统设计的关键所在。文章通过对GPS时钟的可用性及系统的误差的分析,提出了几种误差校准方法以提高晶体时钟频率测量精度,探讨了系统抗干扰的措施和GPS信号失效后维持同步时钟正常运行的解决方案。B码是时间码IRIG-B的简称,是一种重要的时间同步传输的方式,以其实际优越性能,成为时统设备首选的标准码型。利用B码解码电路,将标准时统设备送来的IRIG-B码,解码出时、分、秒,并加入毫秒信息,送入主计算机,以校准本机的系统时间。本文从硬件和软件设计两个方面,详细介绍该系统的实现。在硬件选择上,由于PIC系列微控制器有抗干扰能力强,性能价格比高等优点,被选为主控制器应用到中央处理单元。GPS时间同步装置主要分GPS信息预处理单元、B码解码单元、同步信号守时电路、同步脉冲信号选择单元、时间信息通信接口和B码编码电路等。其中GPS信息预处理单元提取同步脉冲PPS及时间信息等;B码解码单元用于读取其他时间同步装置传送的B码信息并提取同步脉冲PPS;同步信号守时电路用于装置内部自身产生同步信号,当有外部时间信息输入时,该电路对自身的脉冲进行校正;同步脉冲信号选择单元用于控制同步脉冲的输出方式;时间信息通信接口、B码编码电路用于同步时间信息输出编码。在软件方面,我们介绍了GPS预处理单元、时间同步脉冲守时单元和同步脉冲信号选择单元的软件设计思路。装置经过测试,具有精度高,操作简便,扩展灵活等特点,已批量投放市场。论文最后指出了同步授时装置存在的不足:一是精度有待于进一步提高,二是过分依赖GPS系统,应考虑与其他卫星授时系统（特别是我国的北斗卫星导航系统）的兼容性问题。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 授时技术的现状与发展趋势
  • 1.2.1 授时技术的种类
  • 1.2.2 卫星授时的发展及作用
  • 1.3 标准时间简介
  • 1.4 论文的主要内容
  • 第二章 电力系统自动化中传统时间同步方法综合分析
  • 2.1 时间同步的作用
  • 2.2 传统时间同步方法及存在问题
  • 2.2.1 传统时间同步方法
  • 2.2.2 传统时间同步方法存在的问题
  • 第三章 基于GPS系统的时间同步方法
  • 3.1 GPS全球定位系统概述
  • 3.1.1 GPS系统的组成
  • 3.1.2 GPS导航系统定位及授时的基本原理
  • 3.1.3 GPS系统的主要特点
  • 3.1.4 GPS系统的主要用途
  • 3.2 GPS时间同步方法
  • 3.2.1 时间同步装置原理
  • 3.2.2 高精度GPS时间同步装置设计应注意的问题
  • 3.2.2.1 GPS信号的可用性
  • 3.2.2.2 系统误差分析
  • 3.3 系统误差校正
  • 3.3.1 GPS伪脉冲屏蔽
  • 3.3.2 晶体时钟的精确测量
  • 3.3.3 余数分摊策略
  • 3.3.4 同步时钟校准
  • 3.3.5 1PPS时钟预审查
  • 3.3.6 GPS失效
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 基于GPS时间同步装置的研制
  • 4.1 GPS-S01型授时装置简介
  • 4.2 GPS-S01型授时装置的结构
  • 4.2.1 系统的组成原理及授时方式
  • 4.2.2 系统的组成单元
  • 4.2.3 主时钟的插件式总体结构
  • 4.2.4 主时钟的天线
  • 4.2.5 主时钟的操作显示部分
  • 4.2.6 主时钟的输出接口
  • 4.3 GPS时间同步装置硬件电路设计
  • 4.3.1 单片机微控制器的选取
  • 4.3.2 GPS预处理单元的硬件设计
  • 4.3.3 B码简介及解码单元的硬件设计
  • 4.3.4 时间同步脉冲守时单元的硬件设计
  • 4.3.5 同步脉冲信号选择单元的硬件设计
  • 4.3.6 同步时间信息输出单元的硬件设计
  • 4.3.6.1 脉冲同步方式
  • 4.3.6.2 串行同步方式
  • 4.4 GPS同步授时装置的软件设计
  • 4.4.1 GPS预处理单元软件设计
  • 4.4.2 时间同步脉冲守时单元的软件设计
  • 4.4.3 同步脉冲信号选择单元的软件设计
  • 4.5 GPS-S01型授时装置的特点
  • 4.6 GPS-S01型授时装置的用途
  • 4.7 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  • 5.1 总结
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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