一種輻射源監(jiān)測定位的gps時鐘同步系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種輻射源監(jiān)測定位的GPS時鐘同步系統。
【背景技術】
[0002]目前，隨著無線電通信事業(yè)的飛速發(fā)展，我國建設了大量的通信設施，有限的頻率 資源十分緊張，各種通信系統間的干擾時有發(fā)生，因此需要對電磁環(huán)境進行監(jiān)測，及時了解 重點區(qū)域的電磁環(huán)境狀況，發(fā)現并消除干擾，保證通信系統暢通。
[0003] 要及時發(fā)現干擾源必須要對其進行精確的定位，目前常用的時差定位（TDOA)技 術，將多個室外型監(jiān)測接收機進行聯網，對同一輻射源進行同步掃描，獲得帶有時標的時域 數據，將時域數據匯聚到計算中心后利用時差定位技術估計輻射源的位置。而定位精度的 高低與時標的準確度和各聯網監(jiān)測接收機之間的同步程度有著密切的關系，因此要得到精 確的定位結果必須要保證各聯網監(jiān)測接收機之間高度的同步。
[0004] 各聯網監(jiān)測接收機間要實現同步即對各監(jiān)測接收機進行統一的授時使之與國際 標準時間達到精確同步。通常的授時系統可用原子鐘、銫鐘等來保證儀器的時間與國際標 準時間達到精確同步，但是它們的價格昂貴且搬運不方便，不適合在監(jiān)測網中使用。目前， 許多正在應用的微機監(jiān)控系統、數據采集系統、大型網絡設備、移動通信網絡系統大都采用 了GPS標準時鐘，以確保整個系統的時間具有高度的一致性，以免系統發(fā)生由于時間的不 一致而導致的不可預測性錯誤。尤其在一些數據采集系統領域，為了在不同的地理區(qū)域采 集到同一時刻的不同數據，進而將數據進行分析得出正確的結論，這就要求每個采集系統 在時間上保持高度的一致性，否則得到的將是不正確的結論。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型在于通過外部時間（GPS)基準，對本地晶振的頻率和分頻產生的秒脈 沖進行測量和校正，獲得和國際標準時間一致的秒脈沖信號和時間信息從而利用這些信 息對輻射源進行精準的定位。
[0006] 本實用新型解決上述技術問題所采取的技術方案如下：
[0007] 一種輻射源監(jiān)測定位的GPS時鐘同步系統，包括：可編程門陣列FPGA電路板和與 其連接的數字信號處理器DSP，其中，FPGA電路板連接有GPS接收機和壓控恒溫晶體振蕩器 VCOCXO,其中，所述FPGA電路板上設有：解碼模塊、時間數據整合模塊、顯示/輸出模塊、時 間間隔測量模塊、分頻器、D/A轉化器，且所述GPS接收機接收GPS傳來的信號，并以1PPS的 方式傳遞給時間間隔測量模塊，所述GPS接收機將串行時間信息傳遞給解碼模塊，所述解 碼模塊將時刻信息傳遞給時間數據整合模塊，所述時間數據模塊將時刻輸出給顯示/輸出 豐旲塊。
[0008] 進一步地，優(yōu)選的是，所述數字信號處理器DSP內設時差處理模塊和秒信號時差 校準模塊，且所述時間數據整合模塊連接所述時差處理模塊，所述時差處理模塊連接所述 秒信號時差校準模塊，所述秒信號時差校準模塊連接到所述D/A轉化器。
[0009] 進一步地，優(yōu)選的是，所述D/A轉化器連接所述壓控恒溫晶體振蕩器VCOCXO,所述 壓控恒溫晶體振蕩器VC0CX0連接到所述分頻器，所述分頻器的輸出一端連接顯示/輸出模 塊，一端連接到時間間隔測量模塊。
[0010] 本專利應用于監(jiān)測接收機網絡中對干擾源的定位，為干擾源的定位提供精確的標 準時間信息。同時，可將以本專利為基礎的系統應用于為航天測控系統和戰(zhàn)略導彈、常規(guī)武 器試驗時的測控系統提供標準時間信號和標準頻率信號。
[0011] 本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書 中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過 在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0012] 下面結合附圖對本實用新型進行詳細的描述，以使得本實用新型的上述優(yōu)點更加 明確。
[0013] 圖1是本實用新型輻射源監(jiān)測定位的GPS時鐘同步系統的授時校頻系統框圖；
[0014]圖2本實用新型輻射源監(jiān)測定位的GPS時鐘同步系統的時間同步模塊；
[0015] 圖3本實用新型輻射源監(jiān)測定位的GPS時鐘同步系統的調頻過程流程圖；
[0016] 圖4本實用新型輻射源監(jiān)測定位的GPS時鐘同步系統的秒脈沖校準框圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合具體實施例對本實用新型進行詳細地說明。
[0018] 本實用新型介紹的GPS同步系統是基于外部時間基準校準本地晶振輸出頻率的 授時校頻系統。主要是通過外部時間（GPS)基準，對本地晶振的頻率和分頻產生的秒脈沖 進行測量和校正，獲得和國際標準時間一致的秒脈沖信號和準確的100MHz頻率輸出，來替 代本地晶振的輸出提供準確的時間標準和頻率標準，其中，PPS:pulsepersecond的簡寫 所以lpps= 1Hz= 1次/秒。
[0019] 本實用新型所使用的技術方案主要包括以下三大部分。
[0020] 時間間隔測量：通過FPGA對GPS接收機輸出的秒脈沖和本地晶振分頻產生的秒脈 沖進行鑒相處理，得到時間差。
[0021] 將GPS接收機接收到的秒脈沖信號GPS_lpps作為起始信號，本地晶振分頻后產生 的秒信號l〇cal_ls作為終止信號，將這兩路脈沖信號輸入FPGA進行比較，用頻率為100MHz 的計數器實現接收機秒脈沖和本地晶振秒脈沖的時間間隔計量。
[0022] 當GPS接收機秒脈沖上升沿到來時計數器開始計數，本地晶振秒脈沖上升沿到來 時計數停止，兩個上升沿的時間間隔就是本地振蕩器對GPS接收機秒脈沖的時間差。最終 的測量結果最大誤差為l〇ns。
[0023] 時差處理：
[0024] 由于GPS的秒脈沖上升沿相對準確的GPS系統時刻有一定的隨機抖動，因此不能 直接使用測得的時間間隔即時差進行時間同步，為了消除這個隨機誤差的影響，必須對測 得的時間間隔數據加以處理。這里采用改進的最小二乘直線擬合算法對數據進行濾波處 理。
[0025] 在對這些數據做最小二乘擬合之前，我們先對鑒相數據做一些初步的處理，剔除 野值，這樣可以使得到估計值更加精確。
[0026] 假設鑒相數組如下分布，數組長度b，數組數量a，鑒相初值S，相差y(每秒同方向 跑y)，
[0027]數組第一個元素array_phaseO[0]:
[0028]每秒鑒相值：S;S+y;S+2y;? ? ? ;S+(b_l)y?-共b個，
[0029] 相力P，并去除最大最小兩個值，累計和〃array_phase0[0]〃 = (b-2) S+bby/2~3by/2+y.
[0030]數組第二個元素array_phaseO[1]:
[0031]每秒鑒相值：S+by;S+by+y;S+by+2y;? ? ? ;S+by+(b_l)y?-共b個，
[0032] 相加，并去除最大最小兩個值，累計和〃array_phaseO[l]〃 = (b-2) (S+by)+bby/2~3by/2+y.
[0033]數組第三個元素array_phaseO[2]:
[0034]每秒鑒相值：S+2by;S+2by+y;S+2by+2y;? ? ? ;S+2by+(b_l)y. -共b個，
[0035] 相加，并去除最大最小兩個值，累計和〃array_phase0[2]〃 = (b-2) (S+2by)+bby/2~3by/2+y.
[0036]數組最后一個元素array_phaseO[a_l]:
[0037]每秒鑒相值：S+(a_l)by;S+(a_l)by+y;S+(a_l)by+2y;…；S+(a_l)by+(b_l) y. -共b個，
[0038] 相加，并去除最大最小兩個值，累計和〃array_phaseO[a-l]〃 = (b-2) (S+(a_l) by)++bby/2~3by/2+y.
[0039] 數組全部累計和，不再額外去除數組的最大最小值，得到以下的算式和= (aabb/2-aab-ab/2+a)y+(ab~2a)S
[0040] 將這些處理后的數據保存以備后用。
[0041] 最小二乘直線擬合的算法思想：
[0042] 對符合y'=Kx+B的一組數據，通過測量的實際點與直線上點的偏差的平方和最 小來得到最佳的K和B。其中B為初始相差，K是相位差的變化速率，可以通過對K與B的 估計值，得到GPS秒脈沖與本地鐘秒信號之間相位差的估計值。
[0043] 針對關系式中相位差的估計值_v =h+ /b推導如下：
[0046]
[0047] 其中上式中x是時間序列，y'是實際的相位差序列；均為已知序列，代入公式 可得K與B的估計值&與& 〇將&和6對應到上面的數據處理推導中，可以得到&和6分 別對應 >
。&和6已由最小二乘擬合公式得 到，因此可以得到擬合后的鑒相數組的一秒相差的變化量即頻差.v=A//f>-2)鑒相初值 ，
[0048] 此估計值已經減小了相位差中的隨機抖動，獲得了相對比較真實的相位差。
[0049] 秒信號時差校準。秒信號時差校準由頻率校準和秒脈沖同步校準兩部分組成。
[0050] 頻率校準部分。
[0051] 在頻率校準階段，高穩(wěn)晶振的分頻秒脈沖開始跟蹤外部時間基準的1PPS。此時由 于存在一定相位差，并且高穩(wěn)晶振的電壓控制端電壓尚未建立，高穩(wěn)晶振的頻率還存在一 定的偏差，該階段主