一、系统概述
全球定位系统(GPS)是目前世界上用户最多的高精度卫星授时手段。它覆盖面广、定时精度高,而且C/A码可以全球资源共享。GPS接收机送出的1pps标准时间信号是本方案时标的参考标准。对于某些军方用户可以选用北斗双星转发的1pps作为参考标准。
铷原子频标和石英晶体频标经GPS信号驯服后,其长期性能有大幅度的提高,准确度能提高一个量级,但价格只略高于被锁频标。即:GPS信号驯服的铷原子频标的准确度相当于小铯钟;GPS信号驯服的石英晶体频标的准确度相当于铷原子频标;短期稳定度与被锁频标基本一致。若用GPS信号驯服的铷原子频标后再锁定高稳晶振,这个组合频标就相当一个高短稳的小铯钟了。基于该原理,北京七维航测科技发展有限公司提出了高精度的组合频标系统方案:
图1.系统工作原理图
锁相电路是本方案的关键电路,它将被锁频标的1pps和参考1pps进行多次时差测量,按照特定的数学模型用微处理器对数据进行处理计算,然后进行D/A转换得出慢变化的直流信号对被锁频标进行锁相,也称驯服。数据量越多,就可以更好地平滑噪声,测量精度就越高,被锁频标的频率就越接近发播的1pps参考频标。
二、系统性能指标
GPS组合型系列时频标准除能够输出标准频率(1MHz;5MHz;10MHz)、秒信号外,还能输出时间编码码信号,是一个应用范围比较广,性能价格比较高的时频标准设备。
a) 可选的10、5、1MHZ 正弦波
b) 1pps(GPS)
c) 1pps(分频)
d) 10Mpps 方波
e) IRIG-B(DC)时码输出
f) GPS位置输出
g) GPS锁定后日平均准确度可达到±(1E-12),
h) GPS失锁后日平均准确度可达到±(2E-11)
i) 时域频率稳定度: 2E-10/1ms,
5E-11/10ms,
5E-12/0.1s,
3E-12/1s,
5E-12/10s ,
5E-12/100-1000s
j) 单边带相位噪声: 1Hz <-100dBc/Hz,
10Hz <-125dBc/Hz
100Hz <-135dBc/Hz
1kHz <-140dBc/Hz
10kHz <-160dBc/Hz