[发明专利]一种用于晶体频标的GNSS驯服方法

权利要求书

1.一种用于晶体频标的GNSS驯服方法，其特征在于：其中驯服装置包括CPU模块、DAC模块、压控晶振、整形电路、FPGA模块、GNSS模块和有源晶振，其中压控晶振为被驯服晶体频标；

所述CPU模块控制DAC模块输出一个初始压控电压至压控晶振；

所述压控晶振输出信号至整形电路，由整形电路将正弦波信号整形为方波信号后，输入FPGA模块；

所述FPGA模块包括分频电路模块、门控电路模块和计数器模块，所述分频电路模块接收来自整形电路的方波信号，方波信号经N分频后输出至门控电路模块作为STOP停止信号，分频系数N根据需要为256或512；

GNSS模块输出1PPS信号至FPGA模块中的门控电路模块，作为START启动信号；

所述门控电路模块只识别脉冲上升沿，即GNSS模块1PPS信号上升沿使门控电路模块输出逻辑电平1，分频电路模块输出信号上升沿复位门控电路模块，使门控电路模块输出逻辑电平0，门控电路模块输出的脉冲信号为压控晶振同GNSS模块1PPS信号上升沿相位差；

门控电路模块输出信号接入计数器模块的GATE门控端，有源晶振输出方波信号至计数器模块的计数端；

计数器门控脉冲有效时即逻辑电平为1时，计数器计数，计数器门控脉冲无效时即逻辑电平为0时，计数器停止计数，计数器计数值为压控晶振同GNSS模块1PPS信号的相位差Δt；

对有源晶振输出信号相对频率偏差的要求同计数量有关，由于计数量有限，有源晶振相对频率偏差优于5×10^-5即可满足要求，有源晶振频率根据驯服需要选择，驯服初始采用100MHz，被驯服晶体频标相对频率偏差稳定在优于1×10^-10时，为提高相位差测量分辨力，可选用频率为200MHz、300MHz或500MHz的有源晶振作为计数器计数信号，计数信号频率可通过有源晶振输出控制端选择；

上述中DAC模块的选择原则为：1LSB对晶振相对频率偏差调整量小于或等于压控晶振的1s频率稳定度，DAC模块的基准电压漂移和DAC模块的增益漂移导致输出电压漂移不能影响压控晶振的性能。

2.根据权利要求1所述的一种用于晶体频标的GNSS驯服方法，其特征在于：其中驯服算法包括以下步骤：

(1)系统加电，CPU模块控制DAC模块输出初始电压U₀，保证压控晶振预热稳定后的相对频率偏差优于设定值，5×10^-8；

(2)判断压控晶振预热是否完成、GNSS模块是否锁定，如果是，执行下一步，如果否，重复本步骤；

(3)每秒读取一次计数器计数值，读取后复位计数器，计数器计数值被判断有效后存入CPU存储器，直至取样时间至100s～200s；

(4)判断取样时间是否至100s～200s，如果是，执行下一步，如果不是，返回步骤(3)；

(5)CPU模块计算

Δt₁为在T₁时间GNSS模块1PPS信号上升沿后，延时5ms或一预定时间读取的计数器计数值；

Δt₂为在T₂时间GNSS模块1PPS信号上升沿后，延时5ms或一预定时间读取的计数器计数值；

(6)CPU模块计算压控电压

CPU模块控制DAC模块输出压控电压

式中，

U₀为CPU模块控制DAC模块输出的初始电压,开始驯服后为上次压控电压；

Δf为压控晶振电调压控范围相对频率偏差；

V为压控晶振压控电压值；

选择DAC基准电压与V相同，使用单极性DAC的二进制位数为n，DAC模块输出改变1LSB被驯服晶振相对频率偏差改变Δf/2ⁿ，被驯服晶体频标1s频率稳定度指标为σ_y，选择DAC时应满足

Δf/V为压控晶振的压控系数，这个系数需要事先测量标定出确定值；

(7)每秒钟读取一次计数器数值，读取后复位计数器，判断有效后存入CPU存储器，直至取样时间至1000s；

(8)判断取样时间是否至1000s，如果是，执行下一步，如果否，返回步骤(7)；

(9)CPU模块计算y(τ)，判断y(τ)是否优于1×10^-10，如果是，执行下一步，如果否，返回步骤(6)；

(10)判断y(τ)是否优于期望值，如果是，执行下一步，如果否，调至步骤(15)；

(11)每秒钟读取一次计数器数值，读取后复位计数器，判断有效后存入CPU存储器，直至取样时间至3000s～40000s；

(12)判断取样时间是否至3000s～40000s，如果是，执行下一步，如果否，返回步骤(11)；

(13)CPU模块计算y(τ)，判断y(τ)是否优于1×10^-10，如果是，执行下一步，如果否，返回步骤(6)；

(14)判断y(τ)是否优于期望值，如果是，返回步骤(11)，如果否，执行下一步，同时启动步骤11；

(15)CPU模块计算压控电压

(16)CPU模块控制DAC模块输出压控电压U₀+1LSB；

(17)判断是否完成压控电压调整，如果是，返回等待步骤11完成，如果否，返回步骤(16)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于晶体频标的GNSS驯服方法，其特征在于：当测得y(τ)优于1×10^-10，即被驯服频标相对频率偏差在10^-11量级，并且大于期望值时，DAC输出电压每秒钟或每几秒钟或每10s改变一次，输出电压为U₀+1LSB，其中U₀上电时为初始电压，驯服后为上次压控电压，直至被驯服晶振相对频率偏差调整到期望值；

由于DAC每次改变压控电压量使被驯服晶体频标输出频率变化量小于其1s频率稳定度，且能设定DAC调整间隔来兼顾10s频率稳定度，故驯服后的晶体频标短期频率稳定度没有损失，同时修正了被驯服晶体频标老化效应，改善了其长期稳定度，可保证被驯服后晶体频标相对频率偏差保持在一预定范围内。