用于雷電探測系統(tǒng)基于GPS的時鐘頻率單元.pdf

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

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

3、(3)對GPS時鐘頻率單元的軟件部分,分析設(shè)計了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。
　　(4)搭建了測試系統(tǒng),對輸出的時鐘、頻率信號進行了測試。對數(shù)據(jù)進行了分析,得出本基于GPS的時鐘頻率單元輸出的1PPS’異站同步信號精度可達到64ns,頻率輸出也滿足使用