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

【摘要】：時間頻率作為現(xiàn)代科學技術(shù)中重要的測量物理量,是科學技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一,在科學發(fā)展的過程中起到至關(guān)重要的作用。尤其是在科技飛速進步的現(xiàn)在,高精度時間頻率得到越來越廣泛的應用,從基礎(chǔ)科學研究到工程技術(shù),比如深空深海的科學探測、電力系統(tǒng)、導航定位等領(lǐng)域均涉及到時間頻率。衛(wèi)星定位定時系統(tǒng)能夠提供遠距離傳輸?shù)母呔葮藴蕰r間信號,具有高精度定時、定位和測速能力。高精度時間同步的實現(xiàn)需要用更高精度的時間頻率來馴服,GPS作為目前應用最廣泛的時間定位定時系統(tǒng),可以為時間同步提供所需的高精度時間頻率,可馴鐘是一種很好的實現(xiàn)手段�？神Z鐘是利用GPS標準時間信號來鎖定本地晶振令其輸出高精度頻率信號的技術(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現(xiàn)接收到的GPS標準時間信號的長期穩(wěn)定度和準確度。但是傳統(tǒng)的可馴鐘系統(tǒng)成本很高,因為它采用的是模擬或半數(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。本文對此提出并實現(xiàn)了一種基于FPGA和ARM技術(shù)的可馴鐘系統(tǒng),同時為了提高時間同步精度,論文重點對可馴鐘系統(tǒng)中的鐘模型估計進行了分析。鐘差主要包括系統(tǒng)性偏差和隨機性偏差。其中系統(tǒng)性偏差包括初始時刻偏差、頻率偏差和老化;隨機性偏差即五種獨立的冪律譜噪聲。本文主要研究比對了Vondrak算法與Kalman濾波算法在GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預處理中的效果。通過對可馴鐘數(shù)據(jù)預處理算法比對選優(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。最后在性能評估中,經(jīng)過優(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)定度和準確度。論文圍繞GPS可馴鐘系統(tǒng)硬件設(shè)計優(yōu)化以及鐘差數(shù)據(jù)預處理算法展開研究,并考慮了實際工程的約束條件,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
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(國家授時中心)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 本文研究內(nèi)容與文章結(jié)構(gòu)14-16
• 2 基于GPS系統(tǒng)的時間同步方法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算機模擬26-29
• 2.2 GPS時間同步29-32
• 2.2.1 傳統(tǒng)時間同步方法30-31
• 2.2.2 GPS全球定位系統(tǒng)概述31
• 2.2.3 GPS接收機31
• 2.2.4 GPS導航定位系統(tǒng)授時基本原理31-32
• 2.3 鎖相環(huán)原理32-34
• 3 GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預處理算法分析34-47
• 3.1 粗點剔除方法34-36
• 3.1.1 3σ準則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準46-47
• 4 GPS可馴鐘系統(tǒng)的方案設(shè)計與實現(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)計方案47-49
• 4.3 硬件平臺設(shè)計與搭建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50-51
• 4.3.5 壓控晶振51-52
• 4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與開發(fā)52-54
• 5 GPS可馴鐘數(shù)據(jù)預處理的算法選優(yōu)與性能評估54-64
• 5.1 利用MATLAB進行KALMAN濾波仿真54-57
• 5.1.1 利用MATLAB進行Kalman濾波仿真的實現(xiàn)過程54-55
• 5.1.2 利用MATLAB進行Kalman濾波仿真的結(jié)果分析55-57
• 5.2 利用MATLAB進行VONDRAK濾波仿真57-60
• 5.2.1 利用MATLAB進行Vondrak濾波仿真的實現(xiàn)過程57-58
• 5.2.2 利用MATLAB進行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 性能測試與評估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65-68
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果68

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本文編號：340502