李 响, 蔡成林, 张首刚, 汪 发, 胡 佳

(1.桂林电子科技大学 信息与通信学院, 广西 桂林 541004;2.湘潭大学 信息工程学院, 湖南 湘潭 411100)

在全球卫星导航系统(global navigation satellite system, 简称GNSS)运行和完善后,大范围获取精密时间信息和高精度位置信息成为可能,采用全球卫星导航系统进行授时和导航定位在国民经济、国防建设有着广泛的应用[1]。这些应用对精密的时钟同步有较高的精度要求,而普通的晶振很难满足高精度同步控制领域的需求。目前为授时导航系统提供频率标准的一般采用原子钟,铷原子钟是原子振荡器中性价比最高的,其性能好于晶体振荡器,但是价格远低于铯原子钟。鉴于此,采用GNSS卫星信号结合本地铷原子钟的方法,设计实现GNSS授时系统。该系统具有卫星信号覆盖广,方法简单,且成本低的特点,能满足高精度时间同步应用场景的要求[2-3]。

1 GNSS授时系统

多模定位芯片输出秒脉冲(1 pulse per second,简称1PPS)信号无累计误差,且长期稳定性较好,而微型铷原子钟输出频率无累计误差,且短期稳定性好[4-5]。系统结合各自优点,通过1PPS信号驯服微型铷钟,得到高稳频率信息,并将本地时钟同步到系统标准时间。

GNSS授时系统中,多模定位模块观测GNSS卫星信号,将原始观测数据传递给ARM处理,同时将1PPS信号传送给FPGA;ARM处理器解析原始观测数据,确定自身位置,并计算出钟差修正值,通过网络通信单元上传至授时服务器;FPGA获取ARM处理器计算得到的钟差修正值,同时接收微型铷钟提供的高稳频率信号,进行相位差测量,并通过NCO控制将本地时钟同步到标准UTC时间。……