本文關(guān)鍵詞：GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預(yù)處理算法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：時(shí)間頻率作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中重要的測(cè)量物理量,是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一,在科學(xué)發(fā)展的過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。尤其是在科技飛速進(jìn)步的現(xiàn)在,高精度時(shí)間頻率得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,從基礎(chǔ)科學(xué)研究到工程技術(shù),比如深空深海的科學(xué)探測(cè)、電力系統(tǒng)、導(dǎo)航定位等領(lǐng)域均涉及到時(shí)間頻率。衛(wèi)星定位定時(shí)系統(tǒng)能夠提供遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母呔葮?biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào),具有高精度定時(shí)、定位和測(cè)速能力。高精度時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)需要用更高精度的時(shí)間頻率來(lái)馴服,GPS作為目前應(yīng)用最廣泛的時(shí)間定位定時(shí)系統(tǒng),可以為時(shí)間同步提供所需的高精度時(shí)間頻率,可馴鐘是一種很好的實(shí)現(xiàn)手段�？神Z鐘是利用GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)來(lái)鎖定本地晶振令其輸出高精度頻率信號(hào)的技術(shù),這種技術(shù)不但能使本地振蕩器在短期內(nèi)保持較好的穩(wěn)定度,而且能在本地被控晶振上有效地復(fù)現(xiàn)接收到的GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。但是傳統(tǒng)的可馴鐘系統(tǒng)成本很高,因?yàn)樗捎玫氖悄M或半數(shù)字體制,而且容易受環(huán)境因素影,很難建立噪聲模型,非常不便于調(diào)試。本文對(duì)此提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA和ARM技術(shù)的可馴鐘系統(tǒng),同時(shí)為了提高時(shí)間同步精度,論文重點(diǎn)對(duì)可馴鐘系統(tǒng)中的鐘模型估計(jì)進(jìn)行了分析。鐘差主要包括系統(tǒng)性偏差和隨機(jī)性偏差。其中系統(tǒng)性偏差包括初始時(shí)刻偏差、頻率偏差和老化;隨機(jī)性偏差即五種獨(dú)立的冪律譜噪聲。本文主要研究比對(duì)了Vondrak算法與Kalman濾波算法在GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預(yù)處理中的效果。通過(guò)對(duì)可馴鐘數(shù)據(jù)預(yù)處理算法比對(duì)選優(yōu)及Matlab仿真后采用Vondrak濾波技術(shù)將晶振噪聲模型融合到鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)中。最后在性能評(píng)估中,經(jīng)過(guò)優(yōu)化的GPS可馴鐘系統(tǒng)在濾波控制后,采集了它輸出的1PPS并計(jì)算其阿倫方差,結(jié)果表明該GPS可馴鐘在一定程度上能提高本地晶振的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。論文圍繞GPS可馴鐘系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)優(yōu)化以及鐘差數(shù)據(jù)預(yù)處理算法展開研究,并考慮了實(shí)際工程的約束條件,所以,本文的研究成果可為可馴鐘技術(shù)提供一些理論和實(shí)際工程方面的參考。
【關(guān)鍵詞】：GPS可馴鐘 鎖相環(huán) Kalman濾波 Vondrak濾波 1PPS
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(國(guó)家授時(shí)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P228.4;TB939
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 1 引言12-16
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容與文章結(jié)構(gòu)14-16
• 2 基于GPS系統(tǒng)的時(shí)間同步方法16-34
• 2.1 振蕩器的噪聲模型16-29
• 2.1.1 頻率穩(wěn)定度和相位噪聲16-18
• 2.1.2 頻率穩(wěn)定度測(cè)量方法18-19
• 2.1.3 頻率穩(wěn)定度的表征19-20
• 2.1.4 Allan方差與隨機(jī)噪聲的函數(shù)關(guān)系20-22
• 2.1.5 關(guān)鍵參數(shù)的確定方法22-24
• 2.1.6 振蕩器鐘差模型24-26
• 2.1.7 振蕩器相位噪聲的計(jì)算機(jī)模擬26-29
• 2.2 GPS時(shí)間同步29-32
• 2.2.1 傳統(tǒng)時(shí)間同步方法30-31
• 2.2.2 GPS全球定位系統(tǒng)概述31
• 2.2.3 GPS接收機(jī)31
• 2.2.4 GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)授時(shí)基本原理31-32
• 2.3 鎖相環(huán)原理32-34
• 3 GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預(yù)處理算法分析34-47
• 3.1 粗點(diǎn)剔除方法34-36
• 3.1.1 3σ準(zhǔn)則34
• 3.1.2 最小二乘法34-35
• 3.1.3 最大閾值法35-36
• 3.2 KALMAN濾波36-39
• 3.2.1 Kalman濾波的基本原理36-38
• 3.2.2 Kalman濾波的遞推公式38-39
• 3.3 VONDRAK濾波39-47
• 3.3.1 Vondrak濾波的基本原理40-41
• 3.3.2 Vondrak濾波的遞推公式41-43
• 3.3.3 Vondrak濾波平滑因子的選取43-46
• 3.3.4 最佳平滑因子的判斷標(biāo)準(zhǔn)46-47
• 4 GPS可馴鐘系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)47-54
• 4.1 GPS可馴鐘系統(tǒng)的基本原理47
• 4.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案47-49
• 4.3 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與搭建49-52
• 4.3.1 鑒相芯片的選型49-50
• 4.3.2 ARM-STM3250
• 4.3.3 DAC751250
• 4.3.4 FPGA電路設(shè)計(jì)50-51
• 4.3.5 壓控晶振51-52
• 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)52-54
• 5 GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預(yù)處理的算法選優(yōu)與性能評(píng)估54-64
• 5.1 利用MATLAB進(jìn)行KALMAN濾波仿真54-57
• 5.1.1 利用MATLAB進(jìn)行Kalman濾波仿真的實(shí)現(xiàn)過(guò)程54-55
• 5.1.2 利用MATLAB進(jìn)行Kalman濾波仿真的結(jié)果分析55-57
• 5.2 利用MATLAB進(jìn)行VONDRAK濾波仿真57-60
• 5.2.1 利用MATLAB進(jìn)行Vondrak濾波仿真的實(shí)現(xiàn)過(guò)程57-58
• 5.2.2 利用MATLAB進(jìn)行Vondrak濾波仿真的結(jié)果分析58-60
• 5.3 算法分析與比較60-61
• 5.4 性能測(cè)試與評(píng)估61-64
• 6 總結(jié)與展望64-65
• 6.1 總結(jié)64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果68

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