GPS精确授时及其快照数据采集系统的研究和实现

发布时间：2017-04-14 04:02

  本文关键词：GPS精确授时及其快照数据采集系统的研究和实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子信息时代到来,高精度同步授时系统不仅在国防建设、太空探究领域扮演着重要的角色,而且在通信系统、电力系统、无线传感网络等领域得到了普遍应用。当代同步授时系统研究重点是如何使系统获得更加精准的同步时间、更加稳定可靠的性能。本课题对基于GPS(Global Positioning System)的数字宽带监测接收机进行研究,利用GPS卫星提供的标准时间信息实现高精度的授时,从而实现多接收机的同步,同时采集其基带的快照数据,为无源时差定位(TDOA,Time Difference of Arrival)的实现奠定了基础。本文围绕着如何实现高精度的GPS授时以及快照数据采集系统展开了深入研究。首先对GPS授时技术进行了相关介绍,然后分析了GPS秒脉冲的无累积误差特点和恒温晶振的短时稳定性,并利用这些特性,设计了一个高精度的GPS授时模块,完成了对数字接收机的基带数据打时间戳功能。本文还分析研究了影响授时精度的各种因素,并为了保证授时的稳定性,设计了一种秒脉冲的抗干扰机制。本文利用DDR2存储以及双FIFO乒乓缓存等技术,实现了一种可变速率和可变数据帧长度的快照数据采集系统。该系统能够对1kHz~20MHz间不同带宽的基带数据进行无缝缓存与采集。为了完善GPS精确授时的功能,我们还设计了定时触发、电平持续触发和突发单次触发这三种触发机制。其中,运用到了Sample/Peak/Average/RMS四种电平检测器以及短时突发信号检测器。最后经过系统的联合测试,验证了快照数据的正确性。而且通过相关时差估计算法的验证,表明了最后的中频数据授时误差能够维持在50ns以内。本课题的研究能够应用于无线频谱的监测管理系统中,实现非法电台和干扰源的侦察与打击,维护电磁环境和谐有序。
【关键词】：GPS授时系统 快照数据采集 时间同步 时差定位
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4;TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-14
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 相关技术国内外研究11-13
• 1.2.1 授时技术11-12
• 1.2.2 带定位功能的接收机12-13
• 1.3 本文工作及内容安排13-14
• 第二章 基于GPS的精确授时技术及FPGA实现14-29
• 2.1 系统总体结构14-15
• 2.2 GPS系统简介15-17
• 2.2.1 GPS系统组成15-16
• 2.2.2 GPS同步技术16-17
• 2.3 精确时间测量原理17-19
• 2.3.1 恒温晶振的频率稳定度特性18
• 2.3.2 GPS秒脉冲特性分析18-19
• 2.4 计数器的时钟频率的选择19-21
• 2.5 纳秒时间的计算21-24
• 2.5.1 基带数据与秒脉冲的同步电路22-23
• 2.5.2 秒脉冲的抗干扰23-24
• 2.5.3 纳秒时间计算的测试24
• 2.6 整秒时间的解析24-27
• 2.7 时间戳信息的误差分析27-28
• 2.8 本章小结28-29
• 第三章 快照数据采集系统及FPGA实现29-41
• 3.1 GPS参数配置与状态信息反馈模块29-31
• 3.1.1 GPS参数配置模块29-30
• 3.1.2 状态信息反馈模块30-31
• 3.2 拼接帧模块31-32
• 3.3 DDR2缓存32-33
• 3.4 双FIFO的乒乓操作33-35
• 3.4.1 接收FIFO33-34
• 3.4.2 乒乓缓存34-35
• 3.5 写操作模块35-38
• 3.5.1 帧写地址控制模块35-37
• 3.5.2 写DDR2控制模块37-38
• 3.6 读操作模块38-39
• 3.6.1 帧读地址控制模块38
• 3.6.2 读DDR2控制模块38-39
• 3.7 读写互斥模块39
• 3.8 McBSP接口模块以及发送FIFO39-40
• 3.9 本章小结40-41
• 第四章 授时功能的触发机制及FPGA实现41-59
• 4.1 定时触发41-42
• 4.2 电平持续触发42-53
• 4.2.1 电平触发原理42
• 4.2.2 电平检测42-53
• 4.3 突发单次触发53-58
• 4.3.1 突发单次触发原理53-54
• 4.3.2 短时突发信号检测54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 系统集成测试59-67
• 5.1 测试平台59
• 5.2 快照数据采集系统测试59-62
• 5.3 触发机制的测试62-63
• 5.3.1 定时触发测试62
• 5.3.2 电平持续触发测试62-63
• 5.3.3 突发单次触发测试63
• 5.4 时差估计结果与分析63-66
• 5.5 系统资源消耗66
• 5.6 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 本文总结67
• 6.2 后续工作展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73
• 在校期间研究成果73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 赵军祥,李建辉,常青,张其善;GPS授时校频方法研究与试验结果[J];北京航空航天大学学报;2004年08期

2 崔强;靳冬;;均方根值-平均值检波器的实测对比与研究[J];安全与电磁兼容;2010年01期

3 徐翼;郑建宏;;异步时钟域的亚稳态问题和同步器[J];微计算机信息;2008年05期

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本文编号：305136