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GPS精确授时及其快照数据采集系统的研究和实现

张延雄  
【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。


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