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随着测控,通信技术的发展,高精度时间和频率源的需求越来越大,为了得到价格低廉且频率准确度和频率稳定度都较高的频率源,晶振驯服技术得到了发展。传统驯钟的方法是结合1PPS信号和恒温晶振的特点,基于计数器获得GNSS接收机1PPS信号和恒温晶振通过分频产生的1PPS信号之间的相位差,经过驯钟算法处理后对晶振进行驯服。为了避免1PPS信号的锯齿误差现象,进一步优化了驯钟方案,本课题使用新的驯服架构,将晶振产生的10MHz频率信号作为GNSS接收机的外频标,经过接收机解算出钟差,再进行滤波控制,从而输出高频率稳定度和频率准确度的频率源。这种方案不需要使用计数器完成时差测量,降低了驯服系统的复杂度。 本课题的主要研究工作分为以下几个部分: (1)分析了恒温晶振的测量模型,并研读了UBLOX接收机中的所需用的协议内容。基于锁相环基本模型,对可驯钟系统模型进行了分析; (2)使用了无计数器直接驯钟的方法与新的可驯钟架构,设计了模块功能和实现方法,以UBLOX和STM32控制器为控制核心,完成了GNSS可驯钟系统的原理图和PCB板的设计; (3)完成了GNSS可驯钟系统的软硬件联调,实现了各个模块的交互与通信,并在硬件平台上实现了二阶环路滤波器,无偏FIR滤波器,和Kalman滤波器算法,实现了无计数器的GNSS可驯钟; (4)搭建了实验平台,以symmetricom5025A为测量仪器对可驯钟系统进行了测试,分别完成了三种滤波器的驯服效果测试,并对测试结果进行了分析。 实验结果表明,在选择合适参数的情况下,二阶环路滤波器的效果最好,在较小破坏恒温晶振本身短稳的情况下,对晶振的长稳有比较好的改善;而对于无偏FIR滤波器来说,做预测较好,驯服效果不佳,可以考虑作为二阶环路滤波器前期的频率迁入,并在选择24位DA时,效果明显优于使用16位DA时的可驯钟的效果,其稳定性和准确度指标与Trimble公司Thunderbolt产品的指标相当。