5.2.2保持模型的具体实现

  由于单片机运算速度有限,为了及时地执行驯服和保持的相关算法,算法不能在一个单片机中运行,可以分别用两个单片机来实现,它们之间通过串口进行数据的传递。其中一个单片机除了运行驯服算法之外还要作为时间间隔测量模块的一部分来计算实时的相位差的有源晶振,另一个单片机会接收GPS信息,解码数据并分析卫星的运行状态,如果卫星处于正常工作状态,则一直会处于驯服状态,不断对预测模型进行训服;而当判断卫星个数小于4个时,屏蔽接收到的1PPS信号,停止驯服和预测;

  当确认卫星信号已彻底丢失时,如果预测还未完成,则预测值会是最近100个驯服输出的滑动平均值;如果预测已经完成,则预测输出是保持模型的输出。当卫星信号恢复正常,并且系统通过判断,确认卫星跟踪正常时,重新启动驯服程序,并且初始化保持模型,重新开始预测。如此循环往复,使得石英晶体振荡器输出频率的准确度在锁定状态下和所要求的保持时间内始终处于一定范围内。

5.2.3保持性能的测试

  针对系统的保持性能进行了简单测试,测试时,在GPS信号正常且OCXO晶振被锁定一段时间以后,拔掉了GPS天线,而后经过一定的判断,系统自己进入保持模式。图5.4和图5.5分别表示有保持功能和没有保持功能时频率准确度的变化曲线。

  从图54可以明显看出,当拔掉GPS接收机天线后没有加入保持功能时频率准确度不断下降,并且存在大的跳动。图55的实验结果表明,恒温晶振的输出频率虽然得到了有效的改进,但只能在GPS信号失效后的数小时内(图中约为3个小时内)保持一定的准确度如1×1010,随着时间的推移,由于预测值是不很准确, 所以OCXO的精度呈逐渐下降趋势。这是由于 Kalman保持模型的参数还不是很合理,尤其是协方差Q和R的值,从而导致系统对老化和温度影响的预测能力有限,甚至会出错。

  图5.5中贴片晶振频率准确度变化整体呈现单调下降趋势,即老化的趋势, 由此说明对老化的补偿效果有限,算法有待继续改进。虽然系统的保持能力有限, 但是这对于GPS信号只是短期(如数小时)失效的情况是适用的,此时可以保证GPS信号恢复正常时,OCXO的频率偏差不是很大,从而缩短了驯服时间,也提高了OCXO的整体平均频率准确度。

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