首頁晶振行業(yè)動態(tài) 淺談GPS導航系統(tǒng)內部晶振的設計
淺談GPS導航系統(tǒng)內部晶振的設計
來源：http://m.review-result.com 作者：yijindz 2013年03月13
全球定位系統(tǒng)GPS時鐘穩(wěn)定性是靠晶振來校準英文名詞Global PositioningSystem的縮寫。簡單的說是衛(wèi)星無線電導航系統(tǒng)，很多產品利用它來做定位和導航信息，因為它具有精度高,速度快,全天侯,距離遠的特點使得大地測量的作用大大向外擴展延伸.覆蓋全球因此地市,礦山,海洋等各類都設有控制網,不需要人工造標觀測.它的靈活性方便又廉價給整個經濟建設和國防建設帶來很大的幫助.
GPS的工作原理，簡單地說來，是利用我們熟知的幾何與物理上一些基本原理。首先我們假定衛(wèi)星的位置為已知，而我們又能準確測定我們所在地點A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測得距離為半徑的圓球上。進一步，我們又測得點A至另一衛(wèi)星的距離，則A點一定處在前后兩個圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測得與第三個衛(wèi)星的距離，就可以確定A點只能是在三個圓球相交的兩個點上。根據(jù)一些地理知識，可以很容易排除其中一個不合理的位置。當然也可以再測量A點至另一個衛(wèi)星的距離，也能精確進行定位。
GPS在設計中要求高穩(wěn)定度恒溫晶振提供工作時鐘
由于恒溫晶振精密控溫，使晶體工作在零溫度系數(shù)點的溫度上，具有很高的頻率精度和穩(wěn)定度，是目前石英晶振器件中頻率穩(wěn)定度最高的一種。晶振的頻率精度是指晶振的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差，精度引起的偏差會給測量系統(tǒng)引入累積誤差。不管是貼片晶振還是插件晶振頻率穩(wěn)定度都是指秒級間隔內的瞬時穩(wěn)定度，即由晶振“相位噪聲”引起的頻率隨機變化，瞬時穩(wěn)定度通常會給測量系統(tǒng)引入隨機誤差。本裝置采用新型的高穩(wěn)定度恒溫晶振OD02 - 5T型晶振，它的頻率精度達到10- 8量級，頻率穩(wěn)定度達到10- 11量級。頻率調整范圍是電壓調整（0~5V）為- 9 ×10 - 7/8 ×10- 7 ,這種可調特性使得此恒溫晶振通過GPS的校準輸出頻率精度可以達到10- 9.
在設計GPS標準時鐘時還需注意幾個方面:
1.消除GPS偽秒脈沖，由于GPS秒脈沖在傳遞過程中可能受外部電磁干擾而夾雜著偽脈沖，為避免處理器誤判斷，應予屏蔽。2.使用高穩(wěn)定度晶振，以獲取高精度的時鐘。3.選用合理的算法，用GPS時鐘的長期穩(wěn)定性（即沒有累計誤差）來校準晶振時鐘，并及時對晶振進行調整使時鐘更準確.每顆衛(wèi)星上裝置有十分精密的原子鐘，并由監(jiān)測站經常進行校準。衛(wèi)星發(fā)送導航信息，同時也發(fā)送精確時間信息。GPS接收機接收此信息與自身的時鐘同步，就可獲得準確的時間。因此GPS接收機除了能準確定位之外，還可產生精確的時間信息。
GPS的工作原理，簡單地說來，是利用我們熟知的幾何與物理上一些基本原理。首先我們假定衛(wèi)星的位置為已知，而我們又能準確測定我們所在地點A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測得距離為半徑的圓球上。進一步，我們又測得點A至另一衛(wèi)星的距離，則A點一定處在前后兩個圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測得與第三個衛(wèi)星的距離，就可以確定A點只能是在三個圓球相交的兩個點上。根據(jù)一些地理知識，可以很容易排除其中一個不合理的位置。當然也可以再測量A點至另一個衛(wèi)星的距離，也能精確進行定位。
GPS在設計中要求高穩(wěn)定度恒溫晶振提供工作時鐘
由于恒溫晶振精密控溫，使晶體工作在零溫度系數(shù)點的溫度上，具有很高的頻率精度和穩(wěn)定度，是目前石英晶振器件中頻率穩(wěn)定度最高的一種。晶振的頻率精度是指晶振的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差，精度引起的偏差會給測量系統(tǒng)引入累積誤差。不管是貼片晶振還是插件晶振頻率穩(wěn)定度都是指秒級間隔內的瞬時穩(wěn)定度，即由晶振“相位噪聲”引起的頻率隨機變化，瞬時穩(wěn)定度通常會給測量系統(tǒng)引入隨機誤差。本裝置采用新型的高穩(wěn)定度恒溫晶振OD02 - 5T型晶振，它的頻率精度達到10- 8量級，頻率穩(wěn)定度達到10- 11量級。頻率調整范圍是電壓調整（0~5V）為- 9 ×10 - 7/8 ×10- 7 ,這種可調特性使得此恒溫晶振通過GPS的校準輸出頻率精度可以達到10- 9.
在設計GPS標準時鐘時還需注意幾個方面:
1.消除GPS偽秒脈沖，由于GPS秒脈沖在傳遞過程中可能受外部電磁干擾而夾雜著偽脈沖，為避免處理器誤判斷，應予屏蔽。2.使用高穩(wěn)定度晶振，以獲取高精度的時鐘。3.選用合理的算法，用GPS時鐘的長期穩(wěn)定性（即沒有累計誤差）來校準晶振時鐘，并及時對晶振進行調整使時鐘更準確.每顆衛(wèi)星上裝置有十分精密的原子鐘，并由監(jiān)測站經常進行校準。衛(wèi)星發(fā)送導航信息，同時也發(fā)送精確時間信息。GPS接收機接收此信息與自身的時鐘同步，就可獲得準確的時間。因此GPS接收機除了能準確定位之外，還可產生精確的時間信息。
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