基于GPS的时间服务系统的研究

论文摘要

GPS系统是目前世界上应用最广泛的卫星导航系统,其不但具有导航定位功能,也具有精确的授时功能。我们使用GPS接收机来接收GPS卫星发送的导航报文,来获得全球同步的UTC时间信息,这个时间信息可广泛的应用于像通信、军事、勘探、控制等领域。该课题旨在建立一套高精度、低成本、便携式的基于GPS的时间服务系统,来满足不同用户的需要。论文在深入研究了GPS授时机的原理、时间信息的采集、时间信息的发布等技术以及时间同步算法和系统误差的处理方法的基础上,结合实际应用的需要,设计了适合当前系统应用和今后发展需求的方案：利用GPS OEM板发出的PPS（秒脉冲）来触发MCU的外部中断,用MCU把接收的GPS报文信息进行处理,得到所需要精度的时间信息。该论文针对PPS的随机误差服从正态分布且不存在累计误差而高精度的恒温晶振具有累计误差而几乎不存在随机误差的互补特点,设计了对PPS进行处理的硬件电路。详细介绍了在Ethernet环境下,基于UDP协议的服务器/客户端模式的时间同步算法,通过实验室调试和现场应用达到了使用要求。该系统采用的模式是MCU+逻辑电路的模式,具体来说就是用逻辑电路来处理GPS接收机发送的PPS信号,用MCU来接收处理时间包信息,当精确地PPS信号送到MCU时,就把时间数据送给LCD进行显示,并且发送出去,然后通过无线接口、USB等外部接口来实现时间信息的应用。其中一种是送给服务器,然后通过Ethernet发送到各个客户端,使整个网络保持时间一致。

论文目录

• 摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 主要时钟源的国内外发展状况
• 1.3 该技术的应用现状及发展趋势
• 1.4 主要研究内容和研究方法
• 1.5 本论文的组织结构
• 第2章 GPS授时原理以及应用的相关技术
• 2.1 GPS授时原理
• 2.2 GPS接收机的工作原理
• 2.2.1 天线单元
• 2.2.2 接收单元
• 2.3 GPS发送的数据标准
• 第3章 系统总体方案设计与论证
• 3.1 系统设计的目的和功能的设置
• 3.2 系统的主要性能指标
• 3.2.1 GPS信号的可用性
• 3.2.2 GPS信号可靠性分析
• 3.3 系统总体方案设计
• 3.3.1 系统设计的前期研究
• 3.3.2 系统方案的设计
• 第4章 系统关键技术的研究
• 4.1 时间信息采集技术的研究
• 4.2 时间发布技术的研究
• 4.3 时间同步技术的研究
• 4.4 时间误差分析
• 第5章 GPS时间服务系统的硬件实现
• 5.1 对Lassen IQ OEM的研究
• 5.2 电源电路的设计
• 5.3 信号处理模块的设计
• 5.3.1 PPS信号处理电路设计
• 5.3.2 GPS数据包处理电路设计
• 5.3.3 时分复用电路设计
• 5.4 LCD电路模块的设计
• 5.5 接口电路模块的设计
• 5.5.1 无线通信接口电路的设计
• 5.5.2 TTL与USB相互转换电路的设计
• 第6章 GPS时间服务系统的软件实现
• 6.1 基于MCU的软件算法实现
• 6.2 基于VC++的软件算法实现
• 6.2.1 时间服务器与MCU的通信
• 6.2.2 时间服务器与客户端的建立
• 6.2.3 Ethernet通信协议的设计
• 第7章 结论与展望
• 7.1 设计总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:GPS时间服务系统实物图
• 研究生履历