利用GPS信号驯服高稳晶振的误差分析

　　引言

　　随着我军基地化训练演练任务的不断发展，对测控、通信装备的时间和频率信号的统一精度和计量保障能力都提出了更高的要求。利用GPS信号驯服高稳晶振能够更好的完成时间和频率信号的量值传递和时间同步工作，为任务提供更为有力地保障。

　　1 GPS时钟的系统组成和测量原理

　　采用GPS授时接收机对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平均秒和高稳晶振分频秒之间的时差，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性和稳定性。

　　1.1 系统组成

　　系统主要是由GPS接收机、时间间隔计数器、高稳晶振和计算机组成。系统在计算机的控制下工作，系统组成如图1所示。

　　本时钟具有智能学习功能，在驯服晶振过程中，能够学习晶振漂移、温度变化等特性，当GPS系统受到干扰或异常时，工作在保持模式依靠高稳晶振继续守时，提供高精度的时间和频率信号。

　　1.2 高精度时间间隔测量

　　GPS接收机的基本功能是把到达GPS天线外的微弱GPS信号检测出来，经前置放大、频率变换、解码、数据处理、输出显示信息。所以要实现GPS秒信号对高稳定度晶体振荡器的锁定，必须完成对GPS秒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。针对短时间间隔测量，采用不同的测量方法可以达到不同的测量分辨力。所以我们采用量化延时原理的高精度时间间隔测量方法。基本原理是：让信号通过一系列的延时单元，依靠延时单位的稳定性，在计算机的控制下对延时状态进行高速采集和数据处理，从而实现高精度的时间间隔测量。

　　GPS秒信号和本地秒信号(由本地频标分频得到)经过鉴相得到的相位差为被测的时间间隔。时间间隔采用100KHz填充脉冲进行填充，得到计数值n1;GPS的上升沿作为延时链的输入信号，而它与本地频标同步后的信号作为延时链的锁存信号，得到量化延时状态个数n2;然后利用下面的公式计算出被测的时间间隔，从而完成高精度时间间隔的测量。时间间隔测量值T：

　　T=n1*t1+ n2*t2

　　式中：

　　n1为对填充脉冲的计数值;

　　t1为填充脉冲的周期100ns;

　　n2为量化时延个数;

　　t2为量化时延的单位时间。

　　2 系统误差来源分析

　　系统误差来源主要来自于GPS引入误差、高精度时间间隔测量误差、A/D转换电路误差等方面带来的误差。其中高精度时间间隔测量和A/D转换电路引入的误差已经很难进行改进。而且采用目前相对精度较高的电路和测试法，这部分误差相对影响较小。其中主要影响是GPS引入误差。又可分为以下几方面的误差：