专利名称：Gps组合时间频率仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于高精度的时间频率标准技术，具体涉及一种GPS组合时间频率仪。
背景技术：
高精度的频率标准有石英频率标准、铷原子振荡器和铯/氢原子频率标准三种，其中，铯原子频率标准(或氢原子频率标准)，具有优秀的频率准确度，约(1E-12)，能极大地满足大多数用户的需求，但这类频标价格昂贵，使用环境要求高，设备体积大，在我国目前还没有能力生产这类产品。因此，常用的频率标准是，石英频率标准和铷原子振荡器。
石英频率标准简称晶体振荡器，是使用最多的频率标准。它是利用晶体的压电效应特性而工作的。由于体积小，价格便宜，已经普遍应用在各个领域，用户可根据自己的需要选择不同的产品。它的缺点是频率老化率大，受温度变化的影响也大，使它在高端应用受到了一定的限制。铷原子振荡器是利用铷原子在特定的条件下发生跃迁而产生频率比较准确和稳定的电磁波的机理而制成的原子振荡器称铷原子振荡器。它因频率准确度较好，稳定度高，体积小，价格便宜深得用户的青睐。但也由于它的频率漂移和温度特性影响了它的频率准确度， 一般频率准确度只在(1E-10)左右，为了不影响使用，用户必须配置频率校准设备对其产生的频率经常进行校准，方可保持较高的频率准确度。
综上所述，随着科学技术的发展，对频率标准的精度要求越来越高，常用的石英频率标准和铷原子振荡器已无法满足用户的需求。
实用新型内容
本实用新型克服现有技术的不足，提供了一种高精度的GPS组合时间频率仪。
本实用新型的技术方案是
一种GPS组合时间频率仪，其特征在于，包括一GPS接收机、 一被锁频标和一锁相电路，所述GPS接收机用于获得GPS卫星的数据信息，同时，所述GPS接收机可输出秒脉冲信号，所述被锁频标可提供稳定的频率信号，将GPS接收机的秒脉冲信号和被锁频标的分频秒信号(本机秒信号)同步发送到所述锁相电路，该锁相电路通过计算多个GPS秒信号和被锁频标分频秒信号的时差，得出被锁频标的分频秒信号与GPS接收机的秒脉冲信号的时差曲线，所述锁相电路将上述时差曲线转换成慢变化的直流信号并反馈到被锁频标，被锁频标接收上述直流信号，控制其产生接近于GPS标频的频率信号。
所述锁相电路包括时差测量单元、数学模型用微处理器和D/A转换模块，所述时差测
量单元用于测量多个GPS秒信号和本机秒信号的时差；所述数学模型用微处理器用于接收
时差测量单元的数据，并进行计算，得到被锁频标的频率与GPS接收机的秒脉冲信号的时 差曲线，所述D/A转换模块将该时差曲线转换变成慢变化直流信号。
进一步还包括一分频时码电路，用于将上述GPS接收机的秒脉冲信号和被锁频标的频
率信号同步。
所述被锁频标连接一放大器，该放大器用于区分、放大被锁频标输出的频率信号。
被锁频标为一晶体振荡器。
被锁频标为一铷原子振荡器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是
GPS信号具有全球覆盖、全天候工作的特点。GPS卫星上装有几台高精度原子频标，昼 夜连续为为全球用户提供准确的位置和时间信息，它提供的时间同步精度可达到ns量级， 频率准确度可优于10—12量级。本实用新型利用GPS接收机输出的标准UTC时间码信号和秒 脉冲信号，作为被锁频标的定时和同步信号，从而确保被锁频标可输出标准UTC时间码信 号，其输出的秒信号与UTC秒同步精度可达到ns量级。
经测试，本实用新型24小时的平均频率准确度为1E-12;比被锁频标高1-2个量级， 准确度相当于价格昂贵的铯原子频标。
图l为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述
参考图1，本实用新型GPS组合时间频率仪由被锁频标、锁相电路、分频时码电路、 放大器和GPS接收机组成。
本实用新型被锁频标(即被锁定的频率标准)为铷原子频标或高稳晶体振荡器，它可 提供高稳定度的频率信号。但是，本系统要求频率源的准确度较高；时间同步精度也很高; 不加锁定的铷原子频标和晶体振荡器，其输出信号的频率随着时间的变化而漂移的，若铷振荡器，在连续加电一个月后漂移率为5X10—"/月；如晶体振荡器，在连续加电一个月后的老化率为3X10—'V曰。
众所周知，GPS信号具有关全球覆盖、全天候工作、昼夜连续为为全球用户提供多种信息，它提供的时间同步精度可达到ns量级，频率准确度可优于10—12量级。但是GPS卫星是在远离地球20多公里的轨道上运行，它们发出的信号要经过电离层、对流层的传播,使信号中增加了一些干扰，经测试，在GPS的C/A码信号中，在无SA(美国施加的干扰)信号情况下，其输出的lppsGPS的抖动约为10ns/秒，相当于1E-8。
本实用新型的锁相电路功能有时差测量、获得时差曲线和形成频率控制信号。锁相电路中置一时差测量电路(测量精度根据需要采用为lns或10ns)。它测量被锁频标的分频秒信号(即本机秒信号)与GPS接收机的秒脉冲信号之间的时差，GPS接收机送出的lppsGPS标准时间信号是被锁频标的参考标准，被锁频标产生的lpps分频信号(由被锁频标经分频产生)，是被测信号，时差测量电路将它们进行多次时差测量，具体的测量次数根据需要而定，每个设备各不相同，短的不少于100秒，长的可到几小时，甚至l天以上。
锁相电路内置一数学模型用微处理器和一 D/A转换模块。时差测量电路测得的大量数据经过平滑、滤波、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，将这个信号发送至被锁频标，用这个信号对被锁频标进行频率控制，也称驯服。数据量越多，控制精度就越高，被锁频标的输出频率的准确度就越接近GPS星上的频标。
设计中，驯服较低精度的晶体振荡器选用的锁相电路时间常数较短，而驯服高稳晶振或原子频标所需的时间就较长。
经GPS信号驯服的被锁频标输出的10MHz标准频率信号，再经过放大器后，即可送给各个用户使用；根据所需不同码型的UTC时码信号，由分频时码电路用GPS时码信号和秒信号作同步信号来产生；如所需的lpps信号由被锁频标输出的lOMHz信号用lppsGPS信号作同步的同步分频器产生的lpps (同步)信号，该信号在GPS接收机有lppsGPS输出信号时，二者的起点基本一致，而当GPS信号失锁时lpps (同步)信号也仍有保持输出。
以上通过详细实施例描述了本实用新型所提供的GPS组合时间频率仪，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明创造实质的范围内，可以对本实用新型做一定的变形或修改。
权利要求1、一种GPS组合时间频率仪，其特征在于，包括一GPS接收机、一被锁频标和一锁相电路，所述GPS接收机用于获得GPS卫星的数据信息，同时，所述GPS接收机可输出秒脉冲信号，所述被锁频标可提供稳定的频率信号，将GPS接收机的秒脉冲信号和被锁频标的分频秒信号同步发送到所述锁相电路，该锁相电路通过计算多个GPS秒信号和被锁频标分频秒信号的时差，得出被锁频标的分频秒信号与GPS接收机的秒脉冲信号的时差曲线，所述锁相电路将上述时差曲线转换成慢变化的直流信号并反馈到被锁频标，被锁频标接收上述直流信号，控制其产生接近于GPS标频的频率信号。
2、 如权利要求1所述的时间频率仪，其特征在于，所述锁相电路包括时差测量单元、数学模型用微处理器和D/A转换模块，所述时差测量单元用于测量多个GPS秒信号和本机秒信号的时差；所述数学模型用微处理器用于接收时差测量单元的数据，并进行计算，得到被锁频标的频率与GPS接收机的秒脉冲信号的时差曲线，所述D/A转换模块将该时差曲线转换变成慢变化直流信号。
3、 如权利要求1或2所述的时间频率仪，其特征在于，还包括一分频时码电路，用于将上述GPS接收机的秒脉冲信号和被锁频标的频率信号同步。
4、 如权利要求1或2所述的时间频率仪，其特征在于，所述被锁频标连接一放大器，该放大器用于区分、放大被锁频标输出的频率信号。
5、 如权利要求l所述的时间频率仪，其特征在于，被锁频标为一晶体振荡器。
6、 如权利要求l所述的时间频率仪，其特征在于，被锁频标为一铷原子振荡器。
专利摘要本实用新型公开了一种GPS组合时间频率仪，该GPS组合时间频率仪包括一GPS接收机、一被锁频标和一锁相电路，GPS接收机用于获得GPS卫星的数据信息，同时，GPS接收机可输出秒脉冲信号，被锁频标可提供稳定的频率信号，将GPS接收机的秒脉冲信号和被锁频标的分频秒信号同步发送到所述锁相电路，该锁相电路通过计算多个GPS秒信号和被锁频标分频秒信号的时差，得出被锁频标的分频秒信号与GPS接收机的秒脉冲信号的时差曲线，锁相电路将上述时差曲线转换成慢变化的直流信号并反馈到被锁频标，被锁频标接收直流信号，控制其产生接近于GPS标频的频率信号。本实用新型可使被锁频标输出的秒信号与UTC秒同步精度达到ns量级。
文档编号H03L7/06GK201266923SQ20082011034
公开日2009年7月1日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者楠 姜, 孙传娥, 马立崇 申请人:北京七维航测科技发展有限公司