首頁(yè)晶振行業(yè)動(dòng)態(tài) 淺談GPS導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部晶振的設(shè)計(jì)
淺談GPS導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部晶振的設(shè)計(jì)
來(lái)源：http://eitherspanlaw.com 作者：yijindz 2013年03月13
全球定位系統(tǒng)GPS時(shí)鐘穩(wěn)定性是靠晶振來(lái)校準(zhǔn)英文名詞Global PositioningSystem的縮寫。簡(jiǎn)單的說(shuō)是衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，很多產(chǎn)品利用它來(lái)做定位和導(dǎo)航信息，因?yàn)樗哂芯雀?速度快,全天侯,距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)使得大地測(cè)量的作用大大向外擴(kuò)展延伸.覆蓋全球因此地市,礦山,海洋等各類都設(shè)有控制網(wǎng),不需要人工造標(biāo)觀測(cè).它的靈活性方便又廉價(jià)給整個(gè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)帶來(lái)很大的幫助.
GPS的工作原理，簡(jiǎn)單地說(shuō)來(lái)，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(zhǔn)確測(cè)定我們所在地點(diǎn)A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點(diǎn)一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測(cè)得距離為半徑的圓球上。進(jìn)一步，我們又測(cè)得點(diǎn)A至另一衛(wèi)星的距離，則A點(diǎn)一定處在前后兩個(gè)圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測(cè)得與第三個(gè)衛(wèi)星的距離，就可以確定A點(diǎn)只能是在三個(gè)圓球相交的兩個(gè)點(diǎn)上。根據(jù)一些地理知識(shí)，可以很容易排除其中一個(gè)不合理的位置。當(dāng)然也可以再測(cè)量A點(diǎn)至另一個(gè)衛(wèi)星的距離，也能精確進(jìn)行定位。
GPS在設(shè)計(jì)中要求高穩(wěn)定度恒溫晶振提供工作時(shí)鐘
由于恒溫晶振精密控溫，使晶體工作在零溫度系數(shù)點(diǎn)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(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差，精度引起的偏差會(huì)給測(cè)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(jí)間隔內(nèi)的瞬時(shí)穩(wěn)定度，即由晶振“相位噪聲”引起的頻率隨機(jī)變化，瞬時(shí)穩(wěn)定度通常會(huì)給測(cè)量系統(tǒng)引入隨機(jī)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(dá)到10- 8量級(jí)，頻率穩(wěn)定度達(dá)到10- 11量級(jí)。頻率調(diào)整范圍是電壓調(diào)整（0~5V）為- 9 ×10 - 7/8 ×10- 7 ,這種可調(diào)特性使得此恒溫晶振通過(guò)GPS的校準(zhǔn)輸出頻率精度可以達(dá)到10- 9.
在設(shè)計(jì)GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)還需注意幾個(gè)方面:
1.消除GPS偽秒脈沖，由于GPS秒脈沖在傳遞過(guò)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(yīng)予屏蔽。2.使用高穩(wěn)定度晶振，以獲取高精度的時(shí)鐘。3.選用合理的算法，用GPS時(shí)鐘的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（即沒(méi)有累計(jì)誤差）來(lái)校準(zhǔn)晶振時(shí)鐘，并及時(shí)對(duì)晶振進(jìn)行調(diào)整使時(shí)鐘更準(zhǔn)確.每顆衛(wèi)星上裝置有十分精密的原子鐘，并由監(jiān)測(cè)站經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn)。衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航信息，同時(shí)也發(fā)送精確時(shí)間信息。GPS接收機(jī)接收此信息與自身的時(shí)鐘同步，就可獲得準(zhǔn)確的時(shí)間。因此GPS接收機(jī)除了能準(zhǔn)確定位之外，還可產(chǎn)生精確的時(shí)間信息。
GPS的工作原理，簡(jiǎn)單地說(shuō)來(lái)，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(zhǔn)確測(cè)定我們所在地點(diǎn)A至衛(wèi)星之間的距離，那么A點(diǎn)一定是位于以衛(wèi)星為中心、所測(cè)得距離為半徑的圓球上。進(jìn)一步，我們又測(cè)得點(diǎn)A至另一衛(wèi)星的距離，則A點(diǎn)一定處在前后兩個(gè)圓球相交的圓環(huán)上。我們還可測(cè)得與第三個(gè)衛(wèi)星的距離，就可以確定A點(diǎn)只能是在三個(gè)圓球相交的兩個(gè)點(diǎn)上。根據(jù)一些地理知識(shí)，可以很容易排除其中一個(gè)不合理的位置。當(dāng)然也可以再測(cè)量A點(diǎn)至另一個(gè)衛(wèi)星的距離，也能精確進(jìn)行定位。
GPS在設(shè)計(jì)中要求高穩(wěn)定度恒溫晶振提供工作時(shí)鐘
由于恒溫晶振精密控溫，使晶體工作在零溫度系數(shù)點(diǎn)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(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差，精度引起的偏差會(huì)給測(cè)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(jí)間隔內(nèi)的瞬時(shí)穩(wěn)定度，即由晶振“相位噪聲”引起的頻率隨機(jī)變化，瞬時(shí)穩(wěn)定度通常會(huì)給測(cè)量系統(tǒng)引入隨機(jī)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(dá)到10- 8量級(jí)，頻率穩(wěn)定度達(dá)到10- 11量級(jí)。頻率調(diào)整范圍是電壓調(diào)整（0~5V）為- 9 ×10 - 7/8 ×10- 7 ,這種可調(diào)特性使得此恒溫晶振通過(guò)GPS的校準(zhǔn)輸出頻率精度可以達(dá)到10- 9.
在設(shè)計(jì)GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘時(shí)還需注意幾個(gè)方面:
1.消除GPS偽秒脈沖，由于GPS秒脈沖在傳遞過(guò)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(yīng)予屏蔽。2.使用高穩(wěn)定度晶振，以獲取高精度的時(shí)鐘。3.選用合理的算法，用GPS時(shí)鐘的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（即沒(méi)有累計(jì)誤差）來(lái)校準(zhǔn)晶振時(shí)鐘，并及時(shí)對(duì)晶振進(jìn)行調(diào)整使時(shí)鐘更準(zhǔn)確.每顆衛(wèi)星上裝置有十分精密的原子鐘，并由監(jiān)測(cè)站經(jīng)常進(jìn)行校準(zhǔn)。衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航信息，同時(shí)也發(fā)送精確時(shí)間信息。GPS接收機(jī)接收此信息與自身的時(shí)鐘同步，就可獲得準(zhǔn)確的時(shí)間。因此GPS接收機(jī)除了能準(zhǔn)確定位之外，還可產(chǎn)生精確的時(shí)間信息。
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