论文题目：北斗导航授时终端模块的设计与实现
摘要：随着现代电子系统的发展,时间基准设备的精度要求越来越高。针对这种需求,结合北斗导航系统以及时间同步技术,本文设计了一款高精度授时终端模块。该北斗导航授时终端模块精度高、功能可靠,有很高的实用价值。模块采用北斗单向授时（RNSS）技术对本地时钟校准,实现本地时间与卫星导航系统时间的同步。除了卫星授时以外,授时模块还可通过外接10MHz频标和IRIG-B码信号进行同步校准以满足不同的应用需求。授时模块输出多种类型的时间和频率,可满足不同系统的不同需求。授时模块的总体设计综合考虑各项功能,合理布局;具体实现方案采用模块化设计。在模块的研究设计过程中,主要完成了以下工作:1.在卫星接收机单元的设计中,采用LEA-M8T卫星信号接收机作为模块核心,配置低噪放及声表滤波器增强模块信号接收能力,使卫星信号捕获跟踪能力较普通电路提升一倍以上,解决了模块信号接受不稳定的问题。2.在时码单元设计中,针对时码单元多项进程同时运行,电路功能复杂的特点,采用了FPGA一体化实现方案,解决了单元电路冗杂复杂的问题。在满足各项功能良好运转的情况下,使单元电路面积大大缩小,最终设计面积比分立电路缩小75%以上。3.在守时模块设计中,针对同步校准过程中微小相位差无法精确测量从而影响校准精度的问题,研究了时间幅度扩展法对微小时间间隔进行扩展测量,对校准过程中的测试误差进行了有效消除,使模块的同步校准精度提高了1～2个数量级。4.针对北斗信号中噪声干扰产生校准误差的问题,研究了使用Kalman滤波算法对校准数据进行去抖平滑,调整同步校准电平接近实际需求电平,使模块的校准误差缩减至50ps以下,达到国内领先水平。设计完成的授时终端模块在信号稳定度和同步精度方面较同类模块有明显提升。模块10MHz频标的频率稳定度优于1×10-9,秒稳小于4×10-13/S,B码同步精度小于25ns,1PPS同步精度小于3ns,NTP时间同步精度优于0.1ms。通过模块指标数据可知授时模块比同类模块信号稳定度指标高2～3倍,B码同步精度指标高4倍左右,1PPS及NTP同步精度均高一个数量级以上。
关键词：北斗导航;授时;同步校准;模块化设计
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 卫星导航授时技术的国内外研究历史与现状
1.2.1 卫星导航系统的发展现状
1.2.2 卫星授时技术的研究进展
1.2.3 卫星授时终端的发展
1.3 本文的主要贡献与创新
1.4 本论文的结构安排
第二章 北斗导航授时终端模块总体方案设计
2.1 授时模块性能指标概述
2.1.1 10MHz频标
2.1.2 1PPS秒脉冲信号
2.1.3 IRIG-B码信号
2.1.4 NTP网络时间
2.2 整体方案设计
2.3 硬件方案设计
2.3.1 卫星信号接收机单元
2.3.2 时码单元
2.3.3 守时模块
2.3.4 其它配置电路
2.4 软件方案设计
2.4.1 时码单元软件设计
2.4.2 守时模块软件设计
2.5 本章小结
第三章 北斗导航授时终端模块设计与实现
3.1 卫星信号接收机单元设计
3.1.1 卫星信号接收机时间产生
3.1.2 卫星信号接收机单元电路设计
3.1.3 卫星信号接收机单元性能测试
3.2 时码单元设计
3.2.1 B码的解码编码原理
3.2.2 时码单元实现
3.2.3 测试结果
3.3 守时模块设计
3.3.1 时间间隔测量方法
3.3.2 去抖滤波算法
3.3.3 守时模块软硬件设计
3.3.4 模块测试结果
3.4 其它配置电路
3.4.1 电源处理
3.4.2 输出配置
3.5 本章小结
第四章 模块测试与结果分析
4.1 模块测试
4.1.1 性能指标要求
4.1.2 测试环境
4.2 测试结果分析
4.2.1 10MHz频标信号
4.2.2 1PPS测试
4.2.3 B码测试结果
4.2.4 NTP网络时间
4.3 本章小结
第五章 全文总结及展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献