專利名稱：Gps組合時間頻率儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于高精度的時間頻率標準技術，具體涉及一種GPS組合時間頻率儀。
背景技術：
高精度的頻率標準有石英頻率標準、銣原子振蕩器和銫/氫原子頻率標準三種，其中，銫原子頻率標準(或氫原子頻率標準)，具有優(yōu)秀的頻率準確度，約(1E-12)，能極大地滿足大多數(shù)用戶的需求，但這類頻標價格昂貴，使用環(huán)境要求高，設備體積大，在我國目前還沒有能力生產(chǎn)這類產(chǎn)品。因此，常用的頻率標準是，石英頻率標準和銣原子振蕩器。
石英頻率標準簡稱晶體振蕩器，是使用最多的頻率標準。它是利用晶體的壓電效應特性而工作的。由于體積小，價格便宜，已經(jīng)普遍應用在各個領域，用戶可根據(jù)自己的需要選擇不同的產(chǎn)品。它的缺點是頻率老化率大，受溫度變化的影響也大，使它在高端應用受到了一定的限制。銣原子振蕩器是利用銣原子在特定的條件下發(fā)生躍遷而產(chǎn)生頻率比較準確和穩(wěn)定的電磁波的機理而制成的原子振蕩器稱銣原子振蕩器。它因頻率準確度較好，穩(wěn)定度高，體積小，價格便宜深得用戶的青睞。但也由于它的頻率漂移和溫度特性影響了它的頻率準確度， 一般頻率準確度只在(1E-10)左右，為了不影響使用，用戶必須配置頻率校準設備對其產(chǎn)生的頻率經(jīng)常進行校準，方可保持較高的頻率準確度。
綜上所述，隨著科學技術的發(fā)展，對頻率標準的精度要求越來越高，常用的石英頻率標準和銣原子振蕩器已無法滿足用戶的需求。

實用新型內(nèi)容
本實用新型克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種高精度的GPS組合時間頻率儀。
本實用新型的技術方案是
一種GPS組合時間頻率儀，其特征在于，包括一GPS接收機、 一被鎖頻標和一鎖相電路，所述GPS接收機用于獲得GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息，同時，所述GPS接收機可輸出秒脈沖信號，所述被鎖頻標可提供穩(wěn)定的頻率信號，將GPS接收機的秒脈沖信號和被鎖頻標的分頻秒信號(本機秒信號)同步發(fā)送到所述鎖相電路，該鎖相電路通過計算多個GPS秒信號和被鎖頻標分頻秒信號的時差，得出被鎖頻標的分頻秒信號與GPS接收機的秒脈沖信號的時差曲線，所述鎖相電路將上述時差曲線轉換成慢變化的直流信號并反饋到被鎖頻標，被鎖頻標接收上述直流信號，控制其產(chǎn)生接近于GPS標頻的頻率信號。
所述鎖相電路包括時差測量單元、數(shù)學模型用微處理器和D/A轉換模塊，所述時差測
量單元用于測量多個GPS秒信號和本機秒信號的時差；所述數(shù)學模型用微處理器用于接收
時差測量單元的數(shù)據(jù)，并進行計算，得到被鎖頻標的頻率與GPS接收機的秒脈沖信號的時 差曲線，所述D/A轉換模塊將該時差曲線轉換變成慢變化直流信號。
進一步還包括一分頻時碼電路，用于將上述GPS接收機的秒脈沖信號和被鎖頻標的頻
率信號同步。
所述被鎖頻標連接一放大器，該放大器用于區(qū)分、放大被鎖頻標輸出的頻率信號。
被鎖頻標為一晶體振蕩器。
被鎖頻標為一銣原子振蕩器。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是
GPS信號具有全球覆蓋、全天候工作的特點。GPS衛(wèi)星上裝有幾臺高精度原子頻標，晝 夜連續(xù)為為全球用戶提供準確的位置和時間信息，它提供的時間同步精度可達到ns量級， 頻率準確度可優(yōu)于10—12量級。本實用新型利用GPS接收機輸出的標準UTC時間碼信號和秒 脈沖信號，作為被鎖頻標的定時和同步信號，從而確保被鎖頻標可輸出標準UTC時間碼信 號，其輸出的秒信號與UTC秒同步精度可達到ns量級。
經(jīng)測試，本實用新型24小時的平均頻率準確度為1E-12;比被鎖頻標高1-2個量級， 準確度相當于價格昂貴的銫原子頻標。


圖l為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述
參考圖1，本實用新型GPS組合時間頻率儀由被鎖頻標、鎖相電路、分頻時碼電路、 放大器和GPS接收機組成。
本實用新型被鎖頻標(即被鎖定的頻率標準)為銣原子頻標或高穩(wěn)晶體振蕩器，它可 提供高穩(wěn)定度的頻率信號。但是，本系統(tǒng)要求頻率源的準確度較高；時間同步精度也很高; 不加鎖定的銣原子頻標和晶體振蕩器，其輸出信號的頻率隨著時間的變化而漂移的，若銣振蕩器，在連續(xù)加電一個月后漂移率為5X10—"/月；如晶體振蕩器，在連續(xù)加電一個月后的老化率為3X10—'V曰。
眾所周知，GPS信號具有關全球覆蓋、全天候工作、晝夜連續(xù)為為全球用戶提供多種信息，它提供的時間同步精度可達到ns量級，頻率準確度可優(yōu)于10—12量級。但是GPS衛(wèi)星是在遠離地球20多公里的軌道上運行，它們發(fā)出的信號要經(jīng)過電離層、對流層的傳播,使信號中增加了一些干擾，經(jīng)測試，在GPS的C/A碼信號中，在無SA(美國施加的干擾)信號情況下，其輸出的lppsGPS的抖動約為10ns/秒，相當于1E-8。
本實用新型的鎖相電路功能有時差測量、獲得時差曲線和形成頻率控制信號。鎖相電路中置一時差測量電路(測量精度根據(jù)需要采用為lns或10ns)。它測量被鎖頻標的分頻秒信號(即本機秒信號)與GPS接收機的秒脈沖信號之間的時差，GPS接收機送出的lppsGPS標準時間信號是被鎖頻標的參考標準，被鎖頻標產(chǎn)生的lpps分頻信號(由被鎖頻標經(jīng)分頻產(chǎn)生)，是被測信號，時差測量電路將它們進行多次時差測量，具體的測量次數(shù)根據(jù)需要而定，每個設備各不相同，短的不少于100秒，長的可到幾小時，甚至l天以上。
鎖相電路內(nèi)置一數(shù)學模型用微處理器和一 D/A轉換模塊。時差測量電路測得的大量數(shù)據(jù)經(jīng)過平滑、濾波、按照特定的數(shù)學模型用微處理器對數(shù)據(jù)進行處理計算，然后進行D/A轉換得出慢變化的直流信號，將這個信號發(fā)送至被鎖頻標，用這個信號對被鎖頻標進行頻率控制，也稱馴服。數(shù)據(jù)量越多，控制精度就越高，被鎖頻標的輸出頻率的準確度就越接近GPS星上的頻標。
設計中，馴服較低精度的晶體振蕩器選用的鎖相電路時間常數(shù)較短，而馴服高穩(wěn)晶振或原子頻標所需的時間就較長。
經(jīng)GPS信號馴服的被鎖頻標輸出的10MHz標準頻率信號，再經(jīng)過放大器后，即可送給各個用戶使用；根據(jù)所需不同碼型的UTC時碼信號，由分頻時碼電路用GPS時碼信號和秒信號作同步信號來產(chǎn)生；如所需的lpps信號由被鎖頻標輸出的lOMHz信號用lppsGPS信號作同步的同步分頻器產(chǎn)生的lpps (同步)信號，該信號在GPS接收機有l(wèi)ppsGPS輸出信號時，二者的起點基本一致，而當GPS信號失鎖時lpps (同步)信號也仍有保持輸出。
以上通過詳細實施例描述了本實用新型所提供的GPS組合時間頻率儀，本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造實質的范圍內(nèi)，可以對本實用新型做一定的變形或修改。
權利要求1、一種GPS組合時間頻率儀，其特征在于，包括一GPS接收機、一被鎖頻標和一鎖相電路，所述GPS接收機用于獲得GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息，同時，所述GPS接收機可輸出秒脈沖信號，所述被鎖頻標可提供穩(wěn)定的頻率信號，將GPS接收機的秒脈沖信號和被鎖頻標的分頻秒信號同步發(fā)送到所述鎖相電路，該鎖相電路通過計算多個GPS秒信號和被鎖頻標分頻秒信號的時差，得出被鎖頻標的分頻秒信號與GPS接收機的秒脈沖信號的時差曲線，所述鎖相電路將上述時差曲線轉換成慢變化的直流信號并反饋到被鎖頻標，被鎖頻標接收上述直流信號，控制其產(chǎn)生接近于GPS標頻的頻率信號。
2、 如權利要求1所述的時間頻率儀，其特征在于，所述鎖相電路包括時差測量單元、數(shù)學模型用微處理器和D/A轉換模塊，所述時差測量單元用于測量多個GPS秒信號和本機秒信號的時差；所述數(shù)學模型用微處理器用于接收時差測量單元的數(shù)據(jù)，并進行計算，得到被鎖頻標的頻率與GPS接收機的秒脈沖信號的時差曲線，所述D/A轉換模塊將該時差曲線轉換變成慢變化直流信號。
3、 如權利要求1或2所述的時間頻率儀，其特征在于，還包括一分頻時碼電路，用于將上述GPS接收機的秒脈沖信號和被鎖頻標的頻率信號同步。
4、 如權利要求1或2所述的時間頻率儀，其特征在于，所述被鎖頻標連接一放大器，該放大器用于區(qū)分、放大被鎖頻標輸出的頻率信號。
5、 如權利要求l所述的時間頻率儀，其特征在于，被鎖頻標為一晶體振蕩器。
6、 如權利要求l所述的時間頻率儀，其特征在于，被鎖頻標為一銣原子振蕩器。
專利摘要本實用新型公開了一種GPS組合時間頻率儀，該GPS組合時間頻率儀包括一GPS接收機、一被鎖頻標和一鎖相電路，GPS接收機用于獲得GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息，同時，GPS接收機可輸出秒脈沖信號，被鎖頻標可提供穩(wěn)定的頻率信號，將GPS接收機的秒脈沖信號和被鎖頻標的分頻秒信號同步發(fā)送到所述鎖相電路，該鎖相電路通過計算多個GPS秒信號和被鎖頻標分頻秒信號的時差，得出被鎖頻標的分頻秒信號與GPS接收機的秒脈沖信號的時差曲線，鎖相電路將上述時差曲線轉換成慢變化的直流信號并反饋到被鎖頻標，被鎖頻標接收直流信號，控制其產(chǎn)生接近于GPS標頻的頻率信號。本實用新型可使被鎖頻標輸出的秒信號與UTC秒同步精度達到ns量級。
文檔編號H03L7/06GK201266923SQ20082011034
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者楠 姜, 孫傳娥, 馬立崇 申請人:北京七維航測科技發(fā)展有限公司