高精度GPS同步時鐘研究與開發(fā)

1、北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文高精度GPS同步時鐘研究與開發(fā)姓名:張獻(xiàn)功申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):安全技術(shù)及工程指導(dǎo)教師:張鵬20060301 2.4.2GPs授時原理GPs的基本授時原理是【ll:衛(wèi)星不問斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息,用戶接收到這些信息后,經(jīng)過計算求出接收機(jī)的三維位置,三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。GPS授時系統(tǒng)需要的只是時間信息。GPS的基本授時原理示意如圖2.5。GPS向全球范圍內(nèi)提供定時和定位的功能,全球任何地點(diǎn)的GPS用戶通過低成本的GPS接收機(jī)接受衛(wèi)星發(fā)出的信號,獲取準(zhǔn)確的空問位置信息、同步時標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)時問。GPS系統(tǒng)受美國軍方控制,其P碼較C/A碼精度高但是僅對美國軍

2、方和授權(quán)用戶開放。民用c/A碼則免費(fèi)向全球開放。GPS授時系統(tǒng)就是接收的民用c/A碼。GPs要實時完成定位和授時功能,需要4個參數(shù):經(jīng)度、緯度、高度和用戶時鐘與GPs主鐘標(biāo)準(zhǔn)時間的時刻偏差,所以需要接受4顆衛(wèi)星的位置。若用戶已知自己的確切位置,那么接受1顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)也可以完成定時。若設(shè)(x,y,z為接收機(jī)的位置,(x。,y。,z。為己知衛(wèi)星的位置,則列解下列方程就可以得到x,y,z和標(biāo)準(zhǔn)時間T: (xx12+(yyI2+(zzI2=c2(T+T.TlT1(1.3(xx22+(yy22+(zz22=C2(T+TIT2一T2(1.4(xx32+(y-y32+(zz32=c2(T+1二T3一t3(1

3、.5(xx42+(yy42+(z-z42=C2(T+T-T4-k(1.614圖2.5 GPS授時原理 北京交通大學(xué)碩士專業(yè)學(xué)位論文圖3.1GPs同步時鐘硬制:結(jié)構(gòu)幽及控制處理軟件,使Jupiter捕捉和重捕衛(wèi)星的能力更加迅速,航跡平滑和高效率導(dǎo)航更可靠,即使在城市和樹林中,Jupiter02I/03l也能定位自如”】。3.3.1Jupiter12OEM板的結(jié)構(gòu)“320圖3.2Juiterl2 oEM板的外形示意圖 3.4微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路m刪3.4.1顯示及系統(tǒng)狀態(tài)指示部分GPS同步時鐘的顯示內(nèi)容包括北京時間的年、月、日、時、分、秒,農(nóng)歷的月、日,星期等,共計19位,系統(tǒng)選用19個LED作為

4、顯示器件,包括13個O_36寸LED,6個1寸LED。狀態(tài)指示燈包括電源、運(yùn)行及鎖定,外形如圖3.5所示。驅(qū)動方案采用8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器74HC595,19個74HC595通過級聯(lián)方式進(jìn)行連接,顯示數(shù)據(jù)以串行方式傳到每個串行移位寄存器。 圖3.5外形幽74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件,兼容低電壓TTL電路,遵守JEDEC標(biāo)準(zhǔn)。具有8位移位寄存器和一個存儲器,三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。數(shù)據(jù)在sH cp的上升沿輸入,在ST cp的上升沿進(jìn)入存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起,則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入(Ds,和一個串行輸出(Q7,和一個異步的低電平復(fù)位,存儲寄存器有一個并行8位的,具備三態(tài)的總線輸出,當(dāng)使能OE時(為低電平,存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。 選用泰藝公司(TAITIENTBTTCES型Tcx0,可以使時鐘系統(tǒng)的自走時達(dá)到極高的精度。技術(shù)指標(biāo):工作溫度:一20一十70工作電壓:4.75V一5.25V工作頻率:12MHz頻率精度:10“頻率穩(wěn)定度:±1.O ppm輸出波形:clippcd sine lvpktopkmin 圖3.16T