多通道高精度时间标记器研制

发布时间：2017-08-17 05:17

  本文关键词：多通道高精度时间标记器研制

  更多相关文章： 时间标记 GPS可驯铷原子钟 时间间隔 多线程 系统集成

【摘要】：时间标记就是确定一个脉冲信号发生或结束的时间信息。随着社会经济水平的提高与科学技术的发展，在通信、授时、电子交易、电力、信息安全等多个领域，多通道高精度时间标记显示出其重要的地位。针对高精度并行标记的需要，研制了基于GPS可驯铷原子钟的多通道高精度时间标记系统。主要工作如下： 研究了多通道并行标记方法，提出将待标记脉冲与参考脉冲进行时间间隔比对，根据时间差进行标记的方法，不但能实现不确定度了100ns的各通道并行标记，并且将各路脉冲之间的相对标记精度提高到优于1ns； 为提高参考脉冲的准确度和稳定度，分析了GPS授时接收机输出1pps信号的特性，结合铷原子钟的运行规律，研究了GPS可驯钟的方法，对比分析了最小二乘拟合和Kalman滤波的钟参数估计方法。通过对晶体振荡器的精确控制，将参考脉冲的准确度提高到100ns以内，稳定度提高到2e-11/s。 在对多通道时间间隔测量技术和时间标记方法研究的基础上，结合系统功能和性能要求，根据对技术路线的详细分析，对多通道时间标记器进行了总体设计，并实现了所有的硬件和软件，研制出了原理样机。 在硬件实现上，，针对测试的实际要求，对时间数字转换芯片的量程进行了扩展设计，同时实现了大量程快速测量与小量程精确测量。 在软件实现上，采用多线程技术，实现了多通道时间标记系统多个串行数据接口数据的并行处理、待标记脉冲的时间信息显示、精细时间的图形化显示、以及时间信息保存与时差测量控制； 为分析时间标记器的性能，设计实际的测试试验，从准确度、精度和偏差三个方面对设备分别进行了测试。试验结果表明，该设备可以对七路脉冲信号进行并行时间标记，每个脉冲时间标记的不确定性优于100ns，各路脉冲之间的相对偏差优于1ns，时间标记分辨率优于81ps，达到了设计要求。
【关键词】：时间标记 GPS可驯铷原子钟 时间间隔 多线程 系统集成
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（国家授时中心）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图表目录9-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 课题研究目的与意义14
• 1.4 文章内容安排与研究成果14-17
• 2 时间标记原理17-21
• 2.1 授时技术17-18
• 2.1.1 时间尺度17
• 2.1.2 卫星授时17-18
• 2.2 铷原子钟控制方法18
• 2.3 时间标记原理18-19
• 2.4 本章小结19-21
• 3 总体系统设计21-31
• 3.1 系统功能与性能要求21-22
• 3.1.1 系统功能21
• 3.1.2 系统性能要求21-22
• 3.2 技术路线分析22-23
• 3.2.1 关键技术路线22
• 3.2.2 关键技术分析22-23
• 3.3 系统设计方案23-29
• 3.3.1 系统总体设计23-26
• 3.3.2 参考脉冲性能提高单元26
• 3.3.3 时差测量单元26-28
• 3.3.4 时间标记数据处理单元28-29
• 3.4 本章小结29-31
• 4 各单元的实现31-65
• 4.1 参考脉冲性能提高单元31-44
• 4.1.1 UTC 时间的获得31-33
• 4.1.2 参考脉冲性能提高的工作原理33-34
• 4.1.3 铷原子钟参数估计方法34-41
• 4.1.4 参考脉冲性能提高结果分析41-44
• 4.2 时差测量单元44-50
• 4.2.1 时差测量硬件模块44-47
• 4.2.2 时差测量控制软件模块47-50
• 4.3 时间标记数据处理单元50-58
• 4.3.1 时间标记软件界面设计50-54
• 4.3.2 时间标记软件实现54-58
• 4.4 系统集成58-64
• 4.4.1 系统集成方案58-59
• 4.4.2 系统集成实现过程59-60
• 4.4.3 时间标记结果展示60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 时间标记系统误差分析65-69
• 5.1 时间标记误差来源分析65-66
• 5.2 时间标记误差处理方法66-68
• 5.3 本章小结68-69
• 6 系统测试69-77
• 6.1 准确度测试69-71
• 6.2 精度测试71-73
• 6.3 偏差测试73-75
• 6.4 系统性能分析75
• 6.5 本章小结75-77
• 7 总结与展望77-79
• 7.1 总结77-78
• 7.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 袁海波;李滚;王正明;;小波包分解算法及Kalman滤波进行原子钟信号消噪的比较[J];电子测量与仪器学报;2005年06期

2 常永亮;黄晓革;;基于TMS320DM642的硬件实现IEEE1588时钟同步[J];电子设计工程;2011年19期

3 樊多盛;施韶华;李孝辉;;基于GPS接收机的铷原子钟驾驭方法研究[J];电子测量与仪器学报;2013年10期

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6 张慧君;李孝辉;边玉敬;;基于FPGA的高分辨力时间数字转换器的应用研究[J];宇航计测技术;2009年04期

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本文编号：687286