卫星授时接收机与测试系统的研究

论文摘要

卫星授时作为一种崭新的授时技术,能有效消除地域影响、实现全球范围内精确授时,已成为当前时间同步领域的主流方法。卫星接收机是连接卫星与地面用户的通道,其性能将直接影响授时系统的可靠性,也是提高卫星系统竞争力的关键因素。本论文针对一款卫星授时接收机的性能优化和产品测试展开研究,目的在于促进北斗卫星系统的民用化,主要包括基于铷原子频标的时间基准源设计和卫星授时接收机测试系统开发两部分内容:（1）为提高卫星接收机的授时精度和稳定度,选用时间标准设备中最准确、最稳定的原子频标代替石英晶体振荡器,减小了接收机钟差,优化了接收机的精度和工作性能。本文在分析研究了铷原子频标X72的工作原理、控制方法及频率特性基础上,设计了数据通信、信号输出与扩展、频率调节、告警等硬件模块,完成了时间基准源的PCB电路板设计,并简要说明了设备的校准与维护工作。（2）卫星接收机测试系统的目的在于对其产品质量的控制和优化,针对测试需求制定了测试系统软件设计方案,通过C++ Builder软件编程实现了接收机与计算机的数据通信,完成了数据的实时监控、分析与故障报警,利用数据库实现测试结果的海量存储与回放查询。测试系统能够全面分析接收机的动态性能和长期稳定性,提升接收机数据分析的效率,更加准确了解接收机整体运行及工作状况。对本文设计的时间基准源设备进行了性能指标测试,频率准确度为±5×10-11,符合各项技术要求,具有一定的实用和推广价值;研究的测试系统已实现了对双模卫星授时接收机的实时测量和监控,对产品化过程中接收机的性能分析和故障定位起到关键作用,有效减轻了测试人员的劳动强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景
• 1.3 课题研究的目的与意义
• 1.4 论文主要研究内容与结构
• 第2章 卫星授时的相关知识介绍
• 2.1 关于授时技术
• 2.1.1 时间标准
• 2.1.2 授时技术的发展
• 2.2 授时系统介绍
• 2.2.1 GPS 卫星系统
• 2.2.2 北斗卫星导航系统
• 2.2.3 北斗和GPS 性能的比较
• 2.3 被测卫星接收机简介
• 2.4 测试需求分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于铷原子频标的时间基准源
• 3.1 原子频标的现状与前景
• 3.2 频标的时频特性指标
• 3.2.1 频率准确度
• 3.2.2 频率稳定度
• 3.2.3 频率偏差
• 3.2.4 频率漂移率
• 3.3 铷原子频标的研究
• 3.3.1 铷原子频标X72 介绍
• 3.3.2 铷原子频标特性分析与研究
• 3.3.3 X72 的控制方法
• 3.4 时间基准源的硬件电路设计
• 3.4.1 铷原子频标
• 3.4.2 数据通信
• 3.4.3 时频信号输出的扩展
• 3.4.4 频率调节与告警
• 3.4.5 电源电路
• 3.5 时间基准源的校准与维护
• 3.6 本章小结
• 第4章 测试系统的设计与实现
• 4.1 系统总体构成与设计
• 4.2 接收机用户数据协议
• 4.2.1 北斗接收机信号协议
• 4.2.2 GPS 接收机数据协议
• 4.2.3 双模授时接收机的数据协议
• 4.3 各功能模块设计与实现
• 4.3.1 串口通信
• 4.3.2 基本信息显示
• 4.3.3 数据存储与回放
• 4.3.4 故障报警
• 4.3.5 控制命令
• 4.3.6 卫星工作信息
• 4.3.7 测试系统的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果与数据分析
• 5.1 时间基准源的分析与应用
• 5.1.1 设备的调试
• 5.1.2 设备的应用
• 5.2 测试系统的应用与分析
• 5.2.1 实时监控界面
• 5.2.2 历史数据回放
• 5.2.3 误差干扰分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文和参与的课题