用于雷電探測(cè)系統(tǒng)基于GPS的時(shí)鐘頻率單元.pdf

1、雷電對(duì)人類造成的災(zāi)害巨大,但是同時(shí)蘊(yùn)藏著豐富的能量。雷電定位,對(duì)于災(zāi)害預(yù)防和新能源利用都有重要意義。對(duì)雷電定位一般通過多站時(shí)差空間解算法,時(shí)間頻率信號(hào)的精度直接關(guān)系到定位的精度,因此研制高精度高穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率源十分重要。
　　多站間的時(shí)鐘同步有很多方法,本課題選取了GPS時(shí)鐘同步法。利用GPS輸出的時(shí)鐘長(zhǎng)期穩(wěn)定性好與恒溫壓控晶振輸出的時(shí)鐘短期穩(wěn)定性好的特點(diǎn),將晶振分頻得到的1PPS’與GPS輸出的1PPS比對(duì),在校準(zhǔn)的過程中,最終

2、實(shí)現(xiàn)了輸了時(shí)鐘和頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性都較好。
　　本論文的研究工作如下:
　　(1)介紹了常用的時(shí)鐘同步技術(shù)方法,對(duì)GPS授時(shí)的理論進(jìn)行了分析,并根據(jù)雷電探測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)做了適當(dāng)改進(jìn),理論說明了單星授時(shí)的原理和可行性。詳細(xì)設(shè)計(jì)了GPS時(shí)鐘頻率單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　(2)對(duì)GPS時(shí)鐘頻率單元的硬件部分,分GPS模塊、晶振與時(shí)鐘分配模塊、鑒相計(jì)數(shù)模塊、控制模塊、電源、信號(hào)完整性進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析與設(shè)計(jì)。
　　

3、(3)對(duì)GPS時(shí)鐘頻率單元的軟件部分,分析設(shè)計(jì)了MCU和FPGA程序的流程。研究了MCU程序的卡爾曼濾波和PID算法。從時(shí)序上仿真了FPGA程序的鑒相模塊。FPGA鑒相值送入MCU后,經(jīng)過濾波、PID算法再設(shè)置DA,得到恒溫晶振的壓控電壓,微量調(diào)節(jié)頻率校準(zhǔn)。
　　(4)搭建了測(cè)試系統(tǒng),對(duì)輸出的時(shí)鐘、頻率信號(hào)進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,得出本基于GPS的時(shí)鐘頻率單元輸出的1PPS’異站同步信號(hào)精度可達(dá)到64ns,頻率輸出也滿足使用