时间统一技术研究及应用

论文摘要

时间统一系统是向武器常规试验、导弹、航天试验提供标准时间信号和标准频率信号以实现整个试验系统时间和频率的统一,由各种电子设备组成的一套完整的系统。时间统一系统是由于导弹、航天实验的需要而发展起来的一门新兴工程学科,随着科学技术的发展,越来越多的诸如现代通信、导航、电力调度、天文、大地测量、地震、交通等工程和科学研究领域需要时间统一系统。本论文通过仿真设计了高精度时间统一系统,重点分析了时间统一系统中最重要的部分——时间同步部分的原理,并进行了仿真实现。时间同步部分包含时间间隔测量和秒脉冲校正两部分,我们研究了基于数字移相的时间间隔测量的原理,仿真实现了GPS秒脉冲与本地振荡器分频产生的秒脉冲时间间隔的测量。然后利用GPS秒脉冲与本地秒脉冲的时间间隔对本地秒脉冲进行校正,完成本地振荡器秒脉冲与GPS秒脉冲的时间同步。在实现时间同步的基础上我们又设计了获得精确UTC时间的实现方案。我们利用目前电子设计自动化中应用较广泛的FPGA技术进行了整个时间统一系统方案设计,并且在方案的基础上进行了分析及仿真。结果表明,基于GPS和FPGA技术的时间统一系统可以达到很高的精确度,满足测控部门及电力部门等多方面的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 时间及其计量表征
• 1.2 时间统一和时统设备
• 1.2.1 时间统一
• 1.2.2 时统设备
• 1.3 常用的授时方法及其比较
• 1.3.1 短波授时、定时和校频
• 1.3.2 长波授时、定时和校频
• 1.3.3 卫星授时、定时和校频
• 1.3.4 时间/频率传递/比对手段比较
• 1.4 论文的研究目的
• 1.5 论文的内容安排
• 第二章 GPS 精密授时技术及FPGA 技术的发展
• 2.1 GPS 技术的发展
• 2.1.1 GPS 卫星定位系统简介
• 2.1.2 GPS 系统的组成
• 2.1.3 GPS 授时原理
• 2.2 FPGA 技术的发展
• 2.2.1 可编程逻辑器件与EDA 技术
• 2.2.2 FPGA 基本结构及特点
• 2.2.3 Altera 的可编程逻辑器件
• 2.2.4 利用FPGA 技术实现时统统一系统的优点
• 2.3 小结
• 第三章 时间统一系统的仿真设计
• 3.1 时间统一系统组成
• 3.2 授时部分
• 3.3 时间同步部分
• 3.4 精确时刻信息提取部分
• 3.5 小结
• 第四章 时间统一系统的仿真实现
• 4.1 时间间隔测量
• 4.1.1 时间间隔的测量原理
• 4.1.2 时间间隔测量的实现
• 4.2 秒脉冲校正
• 4.2.1 秒脉冲校正原理
• 4.2.2 秒脉冲校正的FPGA 实现
• 4.3 时间同步误差分析
• 4.3.1 时间间隔测量的误差分析
• 4.3.2 秒脉冲信号校正的误差分析
• 4.3.3 秒信号同步后的频率校正
• 4.4 精确的UTC 时间的获得
• 4.5 小结
• 第五章 时间统一系统的扩展及应用
• 5.1 时间统一系统的扩展
• 5.1.1 时间统一系统与IRIG-B 码
• 5.1.2 时间统一系统与IEEE1588 协议
• 5.2 时间统一系统的相关应用
• 5.2.1 时间统一在电力系统中的应用
• 5.2.2 时间统一在地震观测中的应用
• 5.3 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果