基于GPS的恒溫晶振頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著信息交換的加快，頻率源的重要性日益突顯。頻率源的不穩(wěn)定會導(dǎo)致同步精度不夠，嚴(yán)重情況下還可能造成系統(tǒng)癱瘓。目前精度較高的頻率源是恒溫晶振，但因其存在長期累積誤差，使其難以在同步系統(tǒng)中得到應(yīng)用。美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）搭載了高穩(wěn)原子鐘，其輸出的秒脈沖1PPS信號具有短期穩(wěn)定性好的特點。因此，本文采用GPS秒信號校準(zhǔn)恒溫晶振以得到高精度頻率源（稱為GPS頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)）。
　　GPS頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)是以FPGA數(shù)字技術(shù)作為測量手段，A

2、RM處理器作為算法控制中心，采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，對晶振分頻秒信號和GPS秒信號的相位進行跟蹤鎖定，依據(jù)兩者的相位差變化量調(diào)整頻率修正電壓，在不破壞晶振短穩(wěn)特性的基礎(chǔ)上改善其頻率的長期穩(wěn)定性，以獲取高穩(wěn)定度、高可靠性的頻率源。該系統(tǒng)由GPS信號接收機，高精度數(shù)字鑒相器，數(shù)據(jù)濾波和系統(tǒng)控制，以及晶體振蕩控制等四大模塊組成。其中，GPS信號接收機模塊主要功能是通過放置在室外的專用接收天線接收來自GPS的秒信號1PPS；高精度數(shù)字鑒相器模塊

3、采用數(shù)字測量技術(shù)，以高速時鐘計數(shù)的方法實現(xiàn)相位差的高分辨率測量；數(shù)據(jù)濾波和系統(tǒng)控制模塊以誤差分析和平滑控制作為設(shè)計思路，在微處理器中實現(xiàn)滑動平均濾波算法和自適應(yīng)PID控制算法；晶體振蕩控制模塊采用電磁兼容性良好的低噪聲DA控制電路，將處理器輸出的若干比特數(shù)字量在DA電路中轉(zhuǎn)化為高精度的控制電壓。
　　所研制的GPS頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)在本實驗室中通過長時間觀測表明：晶振分頻秒信號和GPS秒信號的相位差波動范圍不超過65ns，實現(xiàn)了較好的鎖