高精度GPS同步时钟研究与开发

1、北京交通大学硕士学位论文高精度GPS同步时钟研究与开发姓名:张献功申请学位级别:硕士专业:安全技术及工程指导教师:张鹏20060301 GPs的基本授时原理是【ll:卫星不问断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息。GPS授时系统需要的只是时间信息。GPS的基本授时原理示意如图2.5。GPS向全球范围内提供定时和定位的功能,全球任何地点的GPS用户通过低成本的GPS接收机接受卫星发出的信号,获取准确的空问位置信息、同步时标及标准时问。GPS系统受美国军方控制,其P码较C/A码精度高但是仅对美国军方和授权用户开放。民用c

2、/A码则免费向全球开放。GPS授时系统就是接收的民用c/A码。GPs要实时完成定位和授时功能,需要4个参数:经度、纬度、高度和用户时钟与GPs主钟标准时间的时刻偏差,所以需要接受4颗卫星的位置。若用户已知自己的确切位置,那么接受1颗卫星的数据也可以完成定时。若设(x,y,z为接收机的位置,(x。,y。,z。为己知卫星的位置,则列解下列方程就可以得到x,y,z和标准时间T: (xx12+(yyI2+(zzI2=c2(T+T.TlT1(1.3(xx22+(yy22+(zz22=C2(T+TIT2一T2(1.4(xx32+(y-y32+(zz32=c2(T+1二T3一t3(1.5(xx42+(yy4

3、2+(z-z42=C2(T+T-T4-k(1.614图2.5 GPS授时原理 北京交通大学硕士专业学位论文图3.1GPs同步时钟硬制:结构幽及控制处理软件,使Jupiter捕捉和重捕卫星的能力更加迅速,航迹平滑和高效率导航更可靠,即使在城市和树林中,Jupiter02I/03l也能定位自如”】。20图3.2Juiterl2 oEM板的外形示意图 3.4微机控制系统硬件电路m删GPS同步时钟的显示内容包括北京时间的年、月、日、时、分、秒,农历的月、日,星期等,共计19位,系统选用19个LED作为显示器件,包括13个O_36寸LED,6个1寸LED。状态指示灯包括电源、运行及锁定,外形如图3.5所

4、示。驱动方案采用8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器74HC595,19个74HC595通过级联方式进行连接,显示数据以串行方式传到每个串行移位寄存器。 图3.5外形幽74HC595是硅结构的CMOS器件,兼容低电压TTL电路,遵守JEDEC标准。具有8位移位寄存器和一个存储器,三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在sH cp的上升沿输入,在ST cp的上升沿进入存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起,则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入(Ds,和一个串行输出(Q7,和一个异步的低电平复位,存储寄存器有一个并行8位的,具备三态的总线输出,当使能OE时(为低电平,存储寄存器的数据输出到总线。 选用泰艺公司(TAITIENTBTTCES型Tcx0,可以使时钟系统的自走时达到极高的精度。技术指标:工作温度:一20一十70工作频率:12MHz频率精度:10“频率稳定度:±1.O ppm输出波形:clippcd sine lvpktopkmin 图3.16TcXo外