GPS是现在大多数的电子产品都具备的一个功能,对于现在来说是很普遍的一个功能,但对于生活中来说,却是起到了重要的作用,是我们的生活变的更加的便利.GPS是一种全球性,全天候的卫星无线电导航系统,可连续、实时的为多用户提供高精度精密时间信息,已经称为世界上应用范围最广、实用性最强的全球精密授时、测距和导航定位系统。而使用在GPS设备上的石英晶振主要在GPS中具备怎样的作用呢？

  采用低价格GPS高精度授时信号驯服调节高稳晶振的频率,能够提高晶振的准确度和长期稳定性,同时输出同步于GPS系统的时间同步信号。高稳定度GPS时钟能够广泛应用于试验部队计量测试、测控通信、时间统一系统,为其提供高精度的贴片晶振频率基准信号和时间同步信号。GPS时钟向试验部队计量单位推广,有利于改进大量高稳晶振频率标准,以插件的形式提高晶振的长期稳定性。

GPS时钟还可以为时统信号提供高精度的时间同步信号,克服单纯GPS接收机授时不稳定以及采用铷钟价格高昂的问题。高稳定度GPS时钟具有高准确度、高稳定度、低漂移的特点,能够输出近乎铷钟的频率特性,解决晶振老化准确度下降和长期稳定性能差的问题,输出高精度的频率基准和时间同步信号,但价格却远远低于铷钟、铯钟等原子钟,易于推广应用。

  1 系统设计

  GPS接收机能够在跟踪卫星的同时产生精确的1pps(秒脉冲)信号,目前主流的GPS接收机能够输出相对UTC时间精度50ns的1pps信号。利用该信号采用高精度时间间隔测量技术,将它与本地1pps信号进行比较,按照相位差的变化速率计算出相对频差并考虑本地频标的压控灵敏度，计算、产生出本地频标的控制输出电压。经过多次测量和反复控制.最终实现把本地频标（高稳定性石英晶体振荡器）的准确度锁定在GPS标准的准确度上。从而实现对高稳晶振频率的驯服和调节，提高品振的准确度和长期稳定性。

  采用低成本GPS授时接收机对我单位现有高稳晶振进行升级改造,研制高精度时间间隔计数器电路.测量GPS平均秒和高稳分频秒之间的时差,采用驯服算法计算晶振的实时准确度,并通过电子频率控制的方式反馈调整高稳晶振的频率信号,从而提高频率信号的准确度和长期稳定性能.高稳晶振的分频秒精密同步于GPS输出1PPS信号的平均值,能够克服GPS授时秒跳变.误差带来的影响,具有更高的精度和可靠性.原理框如图一所示

2.关键技术

2.1 高精度时间间隔测量技术

实现GPS信号对高稳定度晶体振荡器的锁定，必须完成对GPS信号和本地频标间相位差的高精度测量,即进行高精度时间间隔的测量。在较 短的 时间内锁定高稳定度晶体振荡器,使之达到要求的频率准确度。为了克服模拟法在大测量范围条件下测量精度低的问题,引入了模拟内插法,其测量原理如图2所示

2.2 晶振驯服校频

利用高精度的时间间隔测量方法测得GPS信号和本地秒信号的相位差,并经计算机处理后转换成频率差,然后通过高稳晶振的 压控调谐对高稳晶振输出频率进行调整,由锁相环回路进行控制使高稳晶振锁定到GPS时钟的准确度,从而完成对高稳晶振的驯服校频过程。对输入本地频标和GPS秒脉冲信号的鉴相,通过高精度时间间隔测量,测量出两信号的相位差,并将转换为电压值。然后通过压控OCXO晶振端口对高稳晶振进行压控调整,通过锁相环使本地频标锁定到GPS时钟上。

2.3 IRIG-B码输出技术

系统在完成对高稳晶振频率驯服的同时,从GPS接收产生的时间信号送至IRIG-B码输出单元 ,从而产生标准的IRIG-B码,提供给用户标准的时间标准信号。其设计方案如图3所示。

系统将送来的10MHz信号经可编程移相电路和分频电路后形成1pps信号输出。B码编码控制电路是 在单片机的控制下产生B码编码所需的控制信号,该控制信号中含有时间、特标、站址、时延 等需编入B码的各种信息。B(DC)码产生电路为可编程器件,在B码编码控制电路输入信号的控制下产生B(DC)码所需的脉宽编码信号