基于GPS与恒温晶振的瞬变电磁同步时钟系统

针对恒温晶振长期稳定性差和GPS易受干扰、短期稳定性差等问题,设计了基于GPS与恒温晶振的瞬变电磁同步时钟系统。该系统采用"ARM+CPLD"的模式作为核心处理单元,以GPS的秒脉冲信号为基准,采用频率偏差测量模块在2个相邻的秒脉冲之间对高频信号的晶振频率进行检测,并采用自适应PID控制器实现对恒温晶振输出频率的调节,有效地解决了因单个频率偏差过大而影响恒温晶振控制电压精度的问题,提高了系统的稳定性;以秒脉冲信号为计时器,定时对分频器进行复位操作,实现了恒温晶振累积误差的自动消除,保证了输出信号相位的同步。测试结果表明,该系统实现了瞬变电磁发射机和接收机的高精度同步,在GPS信号正常的情况下,同步精度约为270ns;在GPS信号丢失的情况下,同步精度约为350ns。目前该系统已成功应用到瞬变电磁探测系统中,大量应用结果表明,该系统稳定性好,同步精度高。     

基于GPS和短波的高精度时钟系统研究与设计

介绍了全球定位系统GPS、短波授时技术;在对高稳恒温晶振及其频率特性进行分析的基础上,设计了一种基于GPS卫星、短波无线电授时的高精度时钟系统;系统通过利用GPS接收处理模块、短波授时接收模块得到的秒脉冲信号、时间信息,经过信号检测,时延修正处理、性能优选,脉冲数量统计、脉冲滤波与卡尔曼算法处理、PWM脉冲调压控制,实现对高稳恒温晶振频率的校准,获得一个短期及长期频率准确度都比较优良的时间频率标准,同时利用校频后恒温晶振分频出的1pps信号对RTC时间芯片进行校准,对外输出高精度时间信息;对恒温晶振校频系统的基本工作原理及关键技术进行了详细说明,试验结果表明,在时间不长于1h内,频率准确度优于0.9*10-9;该系统实用方便,达到了将恒温晶振校准到较高指标的目的。     

基于GPS与北斗双模授时的压控晶振校频系统的研究与设计

介绍了北斗与GPS双模授时技术,在对高稳压控晶振及其频率特性进行测试分析的基础上,设计了一种基于卫星双模授时的压控晶振校频系统;该系统通过利用GPS和北斗接收机得到的秒脉冲信号,经过性能选优得到标准秒脉冲信号,实现对晶体振荡器频率的校准,获得一个短期及长期稳定度都比较优良的时间频率标准;对压控晶振校频系统的基本工作原理及部分模块电路图进行了说明,实验结果表明,在时间不长于1h内,频率准确度一般优于5×10~(12),该系统采用实用方便的方法达到了将晶体振荡器校准到较高指标的目的.     

基于FPGA和单片机的守时系统设计

介绍守时系统的重要作用及其发展现状,分析了守时系统发展过程中遇到的一些问题,设计了一个以GPS/北斗信号作为时标的守时系统。采用双恒温槽的恒温晶振MV180作为系统的输入时钟,使用单片机控制DAC7512对其频率进行调整。首先,系统对调整后的本地时钟信号进行分频处理,再与GPS/北斗接收到的标准秒信号进行比较,通过FPGA和单片机对分频后的信号进行相位的调整,最终输出标准秒脉冲信号,从而快速获得高精度的时间基准,并能在GPS/北斗失锁后对该信号进行保持,实现时间同步。     

基于数字锁相环的晶振频率同步模块设计

为满足现代通信技术、雷达技术、电子测量以及光电应用领域对高稳定度高准确度时钟的要求,设计了一种基于数字锁相环的晶振同步系统.系统以基于FPGA数字延迟线的高分辨率鉴频鉴相器以及在MicroBlaze核中实现的卡尔曼数字环路滤波器为核心,通过16 bit DAC微调本地晶振振荡频率,使其同步于GPS秒脉冲,从而获得了高准...     

飞机刹车半实物仿真机轮速度信号模拟装置的设计

受器件老化、随机噪声等因素影响,晶振频率变化较复杂。以GPS秒脉冲作为测量标准,构建了晶振频率随时间变化的测量系统,通过对测量数据进行一元回归统计处理,分离出了晶振实际频率与其标称频率的相对偏差及晶振的各种随机误差,并分析了这两种误差对晶振准确度及稳定度的影响。该方法可为频率源误差测量分析提供借鉴作用。     

基于模糊控制的高精度时钟同步系统

电网输配线故障定位对电网故障排除及供电保障有至关重要的作用。位于输配电线路两端的行波故障定位设备的同步误差决定了故障定位的基本精度。沿用GPS作为时钟同步基准，以FPGA+VCO替代传统方法的MCU+固定频率晶振构建高精度时钟同步系统，提高了系统同步精度并消除了晶振老化、器件温漂等带来的长期稳定性问题；通过模糊控制提高了系统同步速度。构建的系统同步精度优于±25 ns，同步速度（系统从接收到同步源（GPS秒脉冲）至系统时钟调整锁相完成所需时间）少于90 s。     

分布式无线地震数据采集同步技术研究

针对目前分布式无线地震数据采集中由于采集节点增多、无线传输延时等因素导致的各采集节点间数据采集同步精度不高的问题,研究并设计了一种针对分布式无线数据同步采集中各个节点同步授时以及对采集数据包进行精确时间标记的方案。采用GPS(Global Positioning System)授时技术对各个采集节点时钟进行授时,同时利用GPS精准的秒脉冲对本地压控晶振器频率误差进行实时修正。采用在地震采集数据包中加入精确的时间戳信息的方法,保证了各个节点间同步误差限制在0.1ms以内。即使在GPS失效的情况下,压控晶振器和计数器联合作用仍可保证各节点同步采集稳定工作6小时。     

量子密钥分发光源时序校准系统设计

针对量子密钥分发终端设备中八路量子态光信号在设备出口处存在固有时间偏差的问题,设计了一套以TDC-GPX为核心的量子密钥分发光源时序校准系统。系统对量子态光信号进行光电转换、信号调理,使用高精度时间间隔测量芯片TDC-GPX分时对调理后的脉冲电信号进行采集,并通过FPGA进行数据处理,调整八路光信号的发光时间,使其满足在时间上的不可分辨性。测试结果表明,系统测量精度小于80 ps,用于实际量子密钥分发待校准设备中的校准性能良好,满足校准要求。     

分布式槽波地震数据同步采集系统设计

为实现槽波地震数据采集系统中各个采集终端之间及同一采集终端2个通道之间的同步,设计了一种分布式的双通道槽波地震数据同步采集系统。该系统采用弱信号调理电路提高地震信号的信噪比,采用八通道同步采样芯片实现了同一采集终端上2个通道的同步采样,构建了由GPS接收机、数字锁相环及STM32主控制器组成的时钟同步系统,并采用自适应恒温晶振模型驯服算法对恒温晶振的温漂特性和老化特性进行预测和校准,使得各采集终端在矿井中仍可保持长期的时钟同步和时间同步。测试结果表明,该系统实现了分布式多通道地震信号的同步采集,在井下连续工作8h,各个数据采集终端之间的同步精度优于10μs。     

GPS软件接收机信号捕获频率分辨率的研究

为了提高GPS软件接收机信号捕获的载波频率分辨率,在频域并行频率空间搜索捕获方法中,利用加大分析数据长度可以提高频率分辨率的优点,结合频域并行码空间搜索捕获方法,构成了一种混合搜索方法。仿真结果表明本方法在略微增加捕获时间的基础上提高了载波频率分辨率,保证了后续信号频率跟踪环节的准确性和快速性。     

基于 NI CompactRIO 的多通道磁场采集系统的设计与实现

针对磁法勘探、地磁导航等不同技术领域的地磁测量需求,提出了一种多传感器模块化采集方案,构建了基于NI CompactRIO的多通道磁场采集系统.系统整合了光泵磁力仪,磁通门磁力仪,惯性导航模块以及GPS模块,可满足不同情况下的实验需求.为了解决多传感器组件同时采集时数据无法同步的问题,提出了基于GPS的同步授时技术以保证数据的有效性.利用插值计数器实现了数字倒数插值测频法,在铯光泵磁力仪有效输出范围内,磁测分辨率优于0.006 nT.在吉林大学电磁屏蔽室中,对系统噪声水平进行了评估,评估结果表明采集系统的PSD为7 pT/Hz@1 Hz,符合设计要求.最后在长春南湖和内蒙古桃合木苏木两个实验场地应用采集系统,验证了系统在野外恶劣环境下能够稳定工作,并高效地完成采集任务.     

OCXO高精度时间维持的自适应修正算法

针对广泛使用的低功耗、低成本、小体积恒温晶体振荡器(OCXO)在没有外部高精度时钟源校正的情况下难以长时间维持高精度授时的问题,分析了OCXO驯服系统的噪声特性以及晶体振荡器的老化特性和温度特性;建立OCXO驯服系统的自适应控制模型并采用增广最小二乘算法,解决了OCXO长时间在没有参考时钟的情况下频率精度降低的问题.在考虑参考时钟失锁条件下,对模型和算法进行仿真验证,结果表明:与常用的OCXO驯服保持模型相比,提出的模型具有最佳的逼近性能.     

光电测试系统的性能分析

文章从理论上分析、计算由近红外光电传感器、前置放大电路和采集卡组成的光电测试系统的精度指标.结果表明,系统的绝对误差为6.68 mV;温度和噪声等引起的相对误差为3.26 mV;此外,采集卡的A/D转换宽度也影响着整个系统的精度.文章分析的方法为类似测试系统的性能分析提供了一般方法.     

基于LXI总线的热电偶采集系统设计与应用验证

针对复杂装备测试时多通道热电偶传感器的高精度高稳定性温度测试需求,设计了一种基于LXI总线的热电偶采集系统,单台设备具有48个测量通道,通过LXI总线可以实现多设备间同步测量,大幅提高了测量效率与测量精度。本系统采用高精度24位模数信号采集与调理技术,电压采集分辨率最小可达到0.032uV、温度采集分辨率达到0.04℃,电压测量精度达到0.05%；设计了一种高精度快速冷端温度补偿模块,可以有效补偿环境温度变化所带来的测量误差,T型热电偶温度测量精度达到0.25℃；集成了多种热电偶传感器电压-温度信号转换与补偿算法,支持J、K、T、E、S、R、B、N型8种热电偶；为有效解决数百通道温度采集面临的多设备同步采集问题,采用了LXI总线架构,多设备间均通过LAN进行数据通讯。为进一步验证所设计系统的性能,通过某计量实验室进行了温度准确度与电压准确度测试,R型热电偶温度测量误差在0.45℃内、S型热电偶温度测量误差在0.6℃内；最后,在某发动机综合测试试验台上进行了K型热电偶实测验证,并通过与NI公司的PXIe-4353模块进行对比测试,验证了所设计的热电偶采集系统具备较高的测量精度,K型热电偶准确度达到了0.5℃。     

基于FPGA的光栅地震检波器信号处理研究

光栅地震检波器是基于光栅检测技术设计的一种新型数字传感器,基于单片机的光栅地震检波器信号处理速度较慢,现场可编程门阵列FPGA时钟频率高,内部延时小,硬件资源丰富,在控制数据采集、转换等方面有着单片机和DSP所无法比拟的优势。为了提高光栅地震检波器的测量精度和分辨力,该文进行了基于FPGA的光栅地震检波器信号处理研究,并将软件细分原则应用于信号处理系统中。该系统基于硬件描述语言Verilog和PicoBlaze软核进行设计,在有效地减小电路板面积的同时,可实现数据的快速采集和高精度测量。     

基于μC/OS-II的嵌入式脉冲激光测距系统

激光测距系统中,时间间隔的分辨率是测距系统精确度的关键因素。采用ACAM的高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1,设计并实现了一种基于自触发脉冲激光飞行时间测量方法的脉冲激光测距系统,给出了测距系统功能原理和电路设计。使用实时操作系统μC/OS-II作为系统控制核心,以确保测量精度。     

基于TDC的激光测距传感器飞行时间测量研究

激光测距传感器是通过测量传感器与目标之间激光脉冲往返飞行时间来获取待测距离值的,因此激光飞行时间的测量精度是衡量传感器性能的根本指标.采用一种专用的时间数字转换芯片TDC-GP2设计了高精度时间间隔测量模块,介绍了TDC-GP2的测时原理,给出了软硬件的实现方法.实验结果表明:该模块测量频率快,单脉冲测量精度可达100...     

直流共模抑制比的精确测量与校准研究

针对数据采集系统的共模抑制比测量精度不高的问题,以波形分析方式研究了直流共模干扰的表现形式,揭示了其同时含有直流偏移叠加交流波动和本底噪声的典型特征。比较了4种不同的直流共模抑制比计算方式的特点,提出以波形幅度绝对值的平均值进行干扰强度表征,并进行直流共模抑制比的定量表述,同时,使用平均值叠加模型对系统本底噪声的影响予以剔除,提高了直流共模抑制比的测量精度。基于该方法与流程,讨论了其主要的不确定度来源——信号源误差、数据采集系统增益误差、幅度测量误差、幅度分辨力误差、测量重复性等。进行了测量不确定度分析和评价;结合一个实例,给出了通道直流共模抑制比的不确定度评价结果,验证了所述方法的实用性与可行性。     

GPS软件接收机的模块设计与信号处理

采用Zarlink公司的GP2015对GPS射频前端进行下变频处理,将得到的中频模拟信号转换成数字信号,结合DSP开发技术对中频数字信号进行捕获、跟踪与定位解算,用软件无线电的方法实现GPS软件接收机的模块设计与信号处理。实验结果表明,软件无线电思想能实现算法与软件的高度灵活性,可有效提高GPS接收机的信号处理能力与系统性能。