基于加法器的全数字守时系统研究

论文摘要

GPS系统具有全方位、全天候、连续性、实时性和高精度的定位授时功能。利用GPS信号校准本地设备的时间,可获取高精度的时间基准。在GPS卫星关闭或失锁情况下,本地设备工作在守时方式,系统时间只能依靠晶振来维持走时。由于晶振存在准确度误差,并受温度和老化等因素的影响,系统的守时性能会逐年下降。利用GPS系统远程传输的标准时间信号快速在线测算出本地晶振的准确度和老化特性,并确定出相应的补偿量,可极大地提高本地设备的守时性能。本文在参考了国内外有关文献的基础上,结合守时设备的指标要求,提出了基于加法器（ABC）的全数字守时系统的实现方案。该方案采用固定频率宽温数字型温补晶振,利用GPS信号在线测量晶振的准确度,采用可变步长的加法计数器分频。其具有全数字化,体积小,功耗低和单一电源的优点。对该方案中的几个关键技术进行了研究,构建了实验平台。采用TDC-GP2实现了精细时间间隔测量,分辨率达到ps数量级;对GPS接收机输出的秒脉冲授时信号的误差进行了测量和统计分析;对噪声数据进行了卡尔曼滤波处理;确定了采用比相法快速测定晶振频率的方案,设计了用ABC微调晶振分频比逻辑电路。根据取得的阶段性成果和理论分析,证明了该方案可以满足设计指标要求。为下一步的研究工作打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 课题来源
• 1.4 课题主要任务
• 1.5 论文结构
• 2 时频基本知识和理论
• 2.1 时频的基本概念
• 2.2 晶体振荡器的特性
• 2.3 TDC 测量原理
• 2.4 比相法测频原理
• 2.5 本章小结
• 3 守时系统设计方案
• 3.1 基于锁相环原理守时方案
• 3.2 基于ABC 加法器守时方案
• 3.3 本章小结
• 4 测试平台硬件设计
• 4.1 处理器选择
• 4.2 晶振选型
• 4.3 精细时间间隔模块选择及设置
• 4.4 硬件结构示意图
• 4.5 逻辑模块的设计
• 4.6 本章小结
• 5 软件设计及实验结果
• 5.1 精细时间间隔测量程序设计
• 5.2 GPS 授时误差的主要来源
• 5.3 实验测量结果及分析
• 5.4 基于ABC 守时系统的实现
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献