专利名称：一种gps载波相位频率标准装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种频率标准装置，特别是一种GPS载波相位频率标准装置。
背景技术：
高精度的频率标准是时间频率实验室与各种时频系统的核心，其在时间频率计 量、国民生产、航空航天、武器系统以及国民经济的各个领域都有着极为广泛的应用。目前，时间频率实验室以及各级时频计量部门应用最为普遍的是原子频标。其中， 铯原子频率标准和氢原子频率标准的成本高，其频率准确度和频率稳定度指标都非常高。 铷原子频率标准体积小，价格低廉，但频率准确度指标较差，在E-IO量级左右，很多时候无 法满足高指标的要求。有一类频率标准可以用较低的低成本来实现较高的指标，就是GPS 驯服频率标准。它集GPS和铷原子频标的优势于一体。GPS信号本身具有很好的频率长期 稳定度，而铷原子率频标准价格低，体积小，频率短期稳定度指标较高。通过GPS驯服铷原 子频率标准后，其频率准确度与频率长期稳定度指标也可以提升很多。传统的GPS驯服频率标准装置，主要由GPS接收机、本地频率标准、单片机、时间间 隔测量电路、铷原子频标或高稳晶振组成。首先，GPS接收机接收GPS C/A码信号，产生IPPS 信号。然后，通过时间间隔测量电路，比较本地频率标准产生的IPPS信号与GPS接收机产 生的IPPS信号，得到时差数据。通过单片机中的算法，产生频率控制信号，对本地信号进行 修正控制，使其实现GPS的频率长期稳定度。在传统的GPS驯服频率标准中，GPS接收机利用的是GPS C/A码信号。大气传播 延迟，即电离层与对流层延迟，会对频率标准的频率准确度与稳定度产生一定的影响。
实用新型内容本实用新型目的在于提供一种GPS载波相位频率标准装置，解决传统的GPS驯服 频率标准装置中，信号大气传播延迟等因素对频率准确度与频率稳定度产生的影响，进一 步提高GPS驯服频率标准的频率准确度和频率稳定度，并且使其在更短的时间内进入预定 的性能指标的问题。—种GPS载波相位频率标准装置，包括可驯服铷原子频率标准装置、时间间隔计 数器、频率功分器、秒分频器、GPS天线，还包括GPS单频载波相位接收机、数字信号处理οGPS单频载波相位接收机与数字信号处理器数据线连接，GPS单频载波相位接收 机与时间间隔计数器射频电缆连接，GPS单频载波相位接收机与频率功分器数字数据线连 接，GPS单频载波相位接收机与GPS天线由天线馈线连接。数字信号处理器与可驯服铷原 子频率标准装置数据线连接，数字信号处理器与时间间隔计数器数据线连接，时间间隔计 数器与秒分频器射频线连接，秒分频与频率功分器射频线连接，可驯服铷原子频率标准装 置与频率功分器射频线连接。频率标准装置加电后，GPS单频载波相位接收机通过外接GPS天线收到GPS信号，得到由GPS产生的IPPS信号、GPS载波相位观测量、数据信息。这些信息包括每颗接收到 信号卫星的高度角和方位角，Cl观测量，Ll观测量，及各卫星的GPS时间，由GPS单频载波 相位接收机的数据输出接口通过数据线输入到数字信号处理器，同时GPS单频载波相位接 收机的IPPS信号输入到时间间隔计数器上。可驯服铷原子频率标准装置的IOMHz输出信号经过频率功分器，由频率功分器将 IOMHz信号分为三路，分别连接到输出接口、GPS单频载波相位接收机的IOMHz参考信号接 口和秒分频器。通过秒分频器得到IPPS信号，也输入到时间间隔计数器。时间间隔计数器 比较由GPS得到的IPPS信号和铷原子频率标准分频得到的IPPS信号，得到时间间隔测量 结果，即GPS和铷频率标准IPPS的时间间隔。此结果由时间间隔计数器输入到数字信号处 理器。由数字信号处理器产生频率控制调整信号，对可驯服铷原子频率标准装置的输出进 行调整。数字信号处理器的输入包括可视GPS卫星的高度角、方位角、时间，Cl观测量、Ll 观测量，以及时间间隔计数器的比对结果，输出为对可驯服铷原子频率标准的控制信号，数 字信号处理器实现动态实时预测滤波和神经模型预测控制。本装置用GPS载波相位观测量，其频率比C/A码速率高约1000倍，在时间与频率 传递领域的优势已经被广泛的认可。与基于C/A码信号的传统GPS驯服频率标准相比，它可 以更好的抑制大气传播延迟与接收机噪声。利用载波相位观测量，通过改进的算法，可以进 一步提高GPS驯服频率标准的指标。而且，由于载波相位观测量的稳定性，使驯服的频率标 准在更短的时间内达到其预定的工作性能指标。传统的GPS驯服频率标准中的GPS接收机 只接收C/A码信号，而本频率标准装置中的GPS接收机除C/A码信号外，还接收载波相位观 测量。除此以外，在数字信号处理器中集成的数据处理算法，也针对GPS载波相位观测量， 成为了本频率标准装置的核心技术。
图1 一种GPS载波相位频率标准装置的组成框图。1. GPS单频载波相位接收机2.可驯服铷原子频率标准装置3.数字信号处理器 4.时间间隔计数器5.频率功分器6.秒分频器7. GPS天线具体实施方式
一种GPS载波相位频率标准装置，包括可驯服铷原子频率标准装置2、时间间隔 计数器4、频率功分器5、秒分频器6、GPS天线7，还包括GPS单频载波相位接收机1、数字 信号处理器3。GPS单频载波相位接收机1与数字信号处理器3数据线连接，GPS单频载波相位接 收机1与时间间隔计数器4射频电缆连接，GPS单频载波相位接收机1与频率功分器5数字 数据线连接，GPS单频载波相位接收机1与GPS天线7由天线馈线连接。数字信号处理器3 与可驯服铷原子频率标准装置2数据线连接，数字信号处理器3与时间间隔计数器4数据 线连接，时间间隔计数器4与秒分频器6射频线连接，秒分频与频率功分器5射频线连接， 可驯服铷原子频率标准装置2与频率功分器5射频线连接。频率标准装置加电后，GPS单频载波相位接收机1通过外接GPS天线7收到GPS信号，得到由GPS产生的IPPS信号、GPS载波相位观测量以及数据信息。这些信息包括每颗 接收到信号卫星的高度角和方位角，Cl观测量，Ll观测量，及各卫星的GPS时间，由GPS单 频载波相位接收机1的数据输出接口通过数据线输入到数字信号处理器3，同时GPS单频载 波相位接收机1的IPPS信号输入到时间间隔计数器4上。可驯服铷原子频率标准装置2的IOMHz输出信号经过频率功分器5，由频率功分器 5将IOMHz信号分为三路，分别连接到输出接口、GPS单频载波相位接收机1的IOMHz参考 信号接口和秒分频器6。通过秒分频器6得到IPPS信号，也输入到时间间隔计数器4。时 间间隔计数器4比较由GPS得到的IPPS信号和铷原子频率标准分频得到的IPPS信号，得 到时间间隔测量结果，即GPS和铷频率标准IPPS的时间间隔。此结果由时间间隔计数器4 输入到数字信号处理器3。由数字信号处理器3产生频率控制调整信号，对可驯服铷原子频 率标准装置2的输出进行调整。数字信号处理器3的输入包括可视GPS卫星的高度角、方位角、时间，Cl观测量、 Ll观测量，以及时间间隔计数器4的比对结果，输出为对可驯服铷原子频率标准的控制信 号，数字信号处理器3实现动态实时预测滤波和神经模型预测控制。
权利要求1. 一种GPS载波相位频率标准装置，包括可驯服铷原子频率标准装置O)、时间间隔 计数器G)、频率功分器(5)、秒分频器(6)、GPS天线(7)，其特征在于还包括GPS单频载波 相位接收机(1)、数字信号处理器(3)；GPS单频载波相位接收机(1)与数字信号处理器C3)数据线连接，GPS单频载波相位接 收机(1)与时间间隔计数器(4)射频电缆连接，GPS单频载波相位接收机(1)与频率功分 器(5)数字数据线连接，GPS单频载波相位接收机(1)与GPS天线(7)天线馈线连接；数字 信号处理器(3)与可驯服铷原子频率标准装置(2)数据线连接，数字信号处理器(3)与时 间间隔计数器(4)数据线连接，时间间隔计数器(4)与秒分频器(6)射频线连接，秒分频与 频率功分器(5)射频线连接，可驯服铷原子频率标准装置O)与频率功分器(5)射频线连 接；频率标准装置加电后，GPS单频载波相位接收机(1)通过外接GPS天线(7)收到GPS信 号，得到由GPS产生的IPPS信号、GPS载波相位观测量以及数据信息；这些信息包括每颗接 收到信号卫星的高度角和方位角，Cl观测量，Ll观测量，及各卫星的GPS时间，由GPS单频 载波相位接收机(1)的数据输出接口通过数据线输入到数字信号处理器C3)，同时GPS单频 载波相位接收机(1)的IPPS信号输入到时间间隔计数器(4)上；可驯服铷原子频率标准装置(2)的IOMHz输出信号经过频率功分器(5)，由频率功分器 (5)将IOMHz信号分为三路，分别连接到输出接口、GPS单频载波相位接收机(1)的IOMHz参 考信号接口和秒分频器(6)；通过秒分频器(6)得到IPPS信号，也输入到时间间隔计数器 (4)；时间间隔计数器比较由GPS得到的IPPS信号和铷原子频率标准分频得到的IPPS 信号，得到时间间隔测量结果，即GPS和铷频率标准IPPS的时间间隔；此结果由时间间隔计 数器(4)输入到数字信号处理器(3)；由数字信号处理器C3)产生频率控制调整信号，对可 驯服铷原子频率标准装置O)的输出进行调整；数字信号处理器(3)的输入包括可视GPS卫星的高度角、方位角、时间，Cl观测量、Ll 观测量，以及时间间隔计数器的比对结果，输出为对可驯服铷原子频率标准的控制信 号，数字信号处理器(3)实现动态实时预测滤波和神经模型预测控制。
专利摘要本实用新型公开了一种GPS载波相位频率标准装置，包括可驯服铷原子频率标准装置(2)、时间间隔计数器(4)、频率功分器(5)、秒分频器(6)、GPS天线(7)、还包括GPS单频载波相位接收机(1)、数字信号处理器(3)。频率标准装置加电后，GPS单频载波相位接收机(1)通过外接GPS天线(7)收到GPS信号，得到由GPS产生的1PPS信号、GPS载波相位观测量以及数据信息；由数字信号处理器(3)产生频率控制调整信号，对可驯服铷原子频率标准装置(2)的输出进行调整。解决了传统装置信号大气传播延迟等因素对频率准确度与频率稳定度产生的影响，进一步提高GPS驯服频率标准的频率准确度和频率稳定度。
文档编号G01S19/29GK201828667SQ20102054659
公开日2011年5月11日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者宋跃, 张升康, 王宏博 申请人:中国航天科工集团第二研究院二○三所