利用GPS驯服校频技术提高晶振性能.pdf

### 利用GPS驯服校频技术提高晶振性能 #### 摘要与引言 本文探讨了一种利用GPS（Global Positioning System）高精度授时信号来驯服校正高稳定晶体振荡器（简称晶振）的技术。通过这种方法，不仅能够显著提升晶振的准确度和长期稳定性，还能输出与GPS系统同步的时间同步信号。这种技术的应用领域广泛，包括军事计量测试、测控通信、时间统一系统等，并且在电信、电力等行业也有着重要的应用前景。 #### 系统设计 该系统的核心是利用GPS接收机产生的精确1pps（秒脉冲）信号来驯服校正本地晶振的频率。现代GPS接收机能够提供相对于UTC（协调世界时）精度高达50纳秒的1pps信号。这一信号被用来与本地晶振产生的1pps信号进行对比，通过高精度的时间间隔测量技术计算出两者之间的相位差，进而得出相对频差。根据这一频差和本地晶振的压控灵敏度，计算出适当的控制电压，通过反复测量和调整，最终将本地晶振的准确度锁定在GPS标准的水平上。这样不仅可以提高晶振的准确度，还能改善其长期稳定性。 #### 关键技术 1. **高精度时间间隔测量技术**：为了实现GPS信号对高稳定度晶振的精准锁定，需要采用高精度时间间隔测量技术来精确测量GPS信号与本地晶振之间的相位差。传统模拟法在大测量范围内存在精度不足的问题，因此引入了模拟内插法，这种方法可以在较短时间内完成高精度的测量，实现对高稳定度晶振的快速锁定。 2. **晶振驯服校频**：基于高精度时间间隔测量结果，通过计算得到的相位差转换成频率差，再通过晶振的压控调谐机制调整晶振的输出频率，利用锁相环技术实现晶振对GPS时钟准确度的锁定。具体而言，通过对输入本地晶振和GPS秒脉冲信号的相位比较，测量出两者的相位差，并将其转换为相应的电压值，然后通过压控调整晶振的输出频率，使其锁定到GPS时钟的准确度上。 3. **IRIG-B码输出技术**：在完成对晶振的驯服校频后，系统可以输出标准的IRIG-B码，提供精确的时间标准信号。这一技术的设计方案涉及将10MHz信号通过可编程移相和分频电路转换成1pps信号输出，同时在单片机的控制下生成含有时间、特标、站址、时延等信息的控制信号，以产生所需的IRIG-B码。 #### 算法研究与分析 系统中的算法设计对于确保整个系统运行的准确性至关重要。考虑到实际应用中可能存在的系统误差来源，例如环境因素引起的温度变化、电源波动等，需要对算法进行细致的研究与优化，以确保即使在不利条件下也能维持系统的高性能。此外，还需要考虑如何进一步提高算法的鲁棒性和适应性，以便更好地应对未来可能出现的新挑战。 通过GPS驯服校频技术，不仅能够有效地提高晶振的性能指标，还能为多个领域提供更加可靠的时间基准服务。随着技术的不断进步和完善，这项技术将在更多行业中发挥重要作用。