[实用新型]一种通过GPS时间信号实现数字锁相环系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种通过GPS时间信号实现数字锁相环系统，属于GPS锁定时钟领域。

背景技术

在授时领域，传统方法一般采用原子时钟源进行授时。原子时钟源是利用围绕原子运行的电子轨道跃迁所经历时间恒定的原理实现。原子时钟源具有准确度高，长期稳定性好的优点。但原子时钟有功耗高、受外界环境影响大、短期稳定性差、老化后准确度下降的缺点。且原子时钟源价格昂贵，限制了其在某些领域的应用。常用的原子时钟源包括铷钟、铯钟和氢钟。

数字锁相环即所谓的DDS技术，是指一种利用数字晶振压控技术实现传统的模拟锁相环晶振压控技术，具有精度高、稳定度高的优点。数字锁相环技术在授时领域已渐渐取代传统的模拟锁相环技术。现有的GPS锁定晶振技术中，通过读取GPS星历数据来判断GPS授时秒脉冲信号的有效性。若GPS失锁，此种方法不能及时判断GPS授时秒脉冲信号有效性，具有一定延时(几秒到几十秒)，会引起数字锁相环抖动甚至失锁。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有的原子钟授时源的上述缺陷，提供了一种通过GPS时间信号实现数字锁相环系统，相对于传统的模拟锁相环，具有精度高、稳定度高的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。其包括GPS模块、相位比较模块、同步计数模块、数字压控模块和数据处理模块。其中：GPS模块与相位比较模块相连，GPS模块将授时秒脉冲信号发送给相位比较模块。相位比较模块分别与同步计数模块相连和数字压控模块相连，相位比较模块对从GPS模块接收到的授时秒脉冲信号进行整形处理后，与标准时钟的分频信号进行比较，将比较后获得的相位时延差信号发送给同步计数模块。同步计数模块、数据处理模块和数字压控模块依次相连，同步计数模块将相位时延差信号作为计数基准实现对标准时钟信号的计数功能。同步计数模块将计数结果发送给数据处理模块。数据处理模块对计数结果进行统计分析，求出计数均值和方差后按高斯噪声模型建立压控晶振模型，并将控制信号发送给数字压控模块。数字压控模块将从数据处理模块接收到的控制信号转换为压控信号实现对压控晶振的频率控制，实现数字锁相环DDS技术。

本实用新型相位比较模块采用14分频技术可在不监控GPS串口输出星历数据的情况下实现对授时秒脉冲信号1PPS的有效性作出判断。原因在于：当GPS开机未捕获两颗以上有效卫星导致时钟失锁的情况下，授时秒脉冲信号1PPS的抖动误差在100us的量级；当GPS捕捉到足够的卫星后，GPS时钟锁定，授时秒脉冲信号1PPS的抖动误差在30ns的量级。通过观测计数器输出结果的数据抖动位数，可实现对GPS时钟锁定情况的判断，简化电路设计和信号处理模块算法工作量。且此判断标准为硬件判断标准，相对于GPS自身的软件判别简单可靠、无时间上的滞后性，减小了数字锁相环的抖动、提高了数字锁相环的锁相精度。

通过GPS时间信号实现数字锁相环获得精确授时时间源，可用于时频标准、通信基站、电网、时频计量的精确授时。相对于传统原子钟的授时方法，此方法具有绝对时间无漂移，不存在由于原子时钟老化造成的频率漂移、绝对频率精度下降的缺点。此外，此方法中GPS时间源提供的1PPS授时秒脉冲可由北斗卫星定位导航系统替代，具有重要军用价值。

附图说明

图1一种通过GPS时间信号实现数字锁相环系统框图

图2GPS模块的电路原理图

图3相位比较模块的电路原理图

图4同步计数模块的电路原理图

图5数字压控模块的电路原理图

图6数据处理模块的电路原理图

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详述。

如图1所示，本实用新型包括相位比较模块、同步计数模块、数字压控模块、数据处理模块和GPS模块。GPS模块将授时秒脉冲信号发送给相位比较模块。相位比较模块对从GPS模块接收到的授时秒脉冲信号进行整形处理后，与标准时钟的分频信号进行比较，将比较后获得的相位时延差信号发送给同步计数模块。同步计数模块将相位时延差信号作为计数基准实现对标准时钟信号的计数功能。同步计数模块将计数结果发送给数据处理模块。数据处理模块对计数结果进行高斯统计分析后建立晶振压控模型，并将控制信号发送给数字压控模块。数字压控模块将从数据处理模块接收到的控制信号转换为压控信号实现对压控晶振的频率控制，实现数字锁相环DDS技术。