陆加海,张同双,陶小红,陈浩谦,李春海

(1.上海交通大学,上海200030;2.中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431)

1 引 言

测控系统要求有高精度的时间频率系统。为了保持站点间时间同步,一般采用铷原子钟或恒温晶振(Oven-Controlled Crystal Oscillator,OCXO)来提供时间频率信号。前者的成本较高,后者频率准确度较差,不能满足测控系统的指标要求。

为解决上述问题,本文采用GPS对恒温晶振进行驯服,综合了GPS时间信号长稳指标高的优点和恒温晶振短稳指标高的优点,从而获得了高稳定度和高准确度的频率信号。

为了计算恒温晶振相对于GPS的频率偏差,需要长时间测量GPS秒信号与恒温晶振分频信号之间的时差,通过时差计算得到频率偏差,再根据频率偏差来校准恒温晶振,所以时差测量的精度直接影响到频率驯服的精度。文献[1]采用FGPA延迟线内插法测时差,测量精度达到121 ps,但测量线性化较差、成本高。文献[2]介绍了模拟内插法测时差,测量精度达到400 ps,但易受噪声干扰、实现困难;

本文采用时间数字转换器(Time to Digital Converter,TDC)测量时差,精度达到250 ps,极大减小了测量误差,且设计简单、成本低,有效实现了GPS驯服恒温晶振系统的设计。

2 系统设计

2.1 系统硬件组成

系统组成框图如图1所示,主要由GPS模块、TDC时间数字转换器、分频模块、数据处理单元、D/A转换模块和恒温晶振等组成。GPS模块用于输出标准的GPS秒脉冲信号,分频模块将恒温晶振频率信号分频成1 PPS信号送TDC模块,TDC模块用于测量恒温晶振分频1 PPS信号与GPS秒信号之间的时差,数据处理单元对时差数据进行处理后得到恒温晶振相对于GPS的频率偏差,并控制D/A转换模块对恒温晶振进行频率修正。……