[實用新型]一種基于TDC-GP2芯片的GPS頻標鎖定時間間隔測量系統

有效

• 申請號: 201120311541.8
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN202257088U
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 霍學義;宣宗強;陳瑞;梁建國
• 申請（專利權）人: 西安立人科技股份有限公司
• 主分類號: G04F10/00
• 分類號: G04F10/00;G04F10/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 商宇科

技術領域

本實用新型涉及一種GPS頻標鎖定時間間隔測量系統，尤其涉及一種基于TDC-GP2芯片的GPS頻標鎖定時間間隔測量系統。

背景技術

分辨率優于納秒的時間間隔測量技術，不僅在地球動力學研究、相對論研究、脈沖星周期研究和人造衛星動力學測地等基礎研究領域有重要的作用，而且在諸如航空航天、深空通訊、衛星發射及監控、地質測繪、導航通信、電力傳輸和科學計量等應用研究、國防和國民經濟建設中也有普遍的應用，已經深入到人們社會生活的方方面面。

傳統的時間間隔測量方法有長度游標法、模擬內插法、TVC時間幅度轉化法等。長度游標法雖然測量精度很高，但是優于測量范圍窄，使其應用受到了限制；模擬內插法時間分辨率低于0.1納秒，模擬電路比較復雜，調試和校準都比較困難。TVC時間幅度轉換法，同樣模擬電路比較復雜，調試較困難，時間分辨低于400PS。

實用新型內容

本實用新型涉及一種基于TDC-GP2芯片的GPS頻標鎖定時間間隔測量系統，在不另外增加硬件電路的情況下，能使測量范圍擴展到-3.25ms～+3.25ms，時間分辨率達到65PS。

本實用新型的技術解決方案是：一種基于TDC-GP2芯片的GPS頻標鎖定時間間隔測量系統，其特殊之處在于：所述測量系統包括GPS接收單元、TDC-GP2芯片單元、FPGA分頻器以及單片機；所述GPS接收單元與FPGA分頻器分別連接于TDC-GP2芯片單元；所述單片機與TDC-GP2芯片單元連接。

上述系統還包括10M高穩晶振，所述10M高穩晶振分別與TDC-GP2芯片單元以及FPGA分頻器連接。

上述FPGA分頻器輸出兩路秒信號，其中一路秒信號超前另一路秒信號。

上述TDC-GP2芯片單元的時間分辨率是65PS。

上述單片機是MSP430。

本實用新型提出基于TDC-GP2芯片的GPS頻標鎖定時間間隔測量系統，1)電路簡單，價格低廉，時間分辨率可達65PS；2)增加一路分頻輸出1PPS2，巧妙的解決了時間間隔測量的量程和相位問題，量程范圍可達-3.25毫秒～+3.25毫秒。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2、圖3是本實用新型的具體實施方式示意圖；

具體實施方式

參見圖1，本實用新型的基于TDC-GP2芯片的GPS頻標鎖定時間間隔測量系統，包括GPS接收單元1、TDC-GP2芯片單元2、FPGA分頻器3、10M高穩晶振4和MSP430單片機5；GPS接收單元1與FPGA分頻器3和10M高穩晶振4分別連接于TDC-GP2芯片單元2；10M高穩晶振4輸出一路信號連接到TDC_GP2作為高速時鐘；FPGA分頻器3輸出兩路秒信號1PPS1和1PPS2。

當TDC-GP2預分頻設定為4，10Mhz經過4分頻為2.5Mhz作為內部高速時鐘。測量范圍一為2.0ns-1.8us；測量范圍二為800ns-6.553ms；時間分辨率為65PS。兩個測量范圍都帶有自動校準功能，使用非常靈活。由于GPS頻標鎖定技術中，要求時間間隔測量的范圍越寬越好，顯然TDC-GP2測量范圍一2.0ns-1.8us不能滿足使用要求。測量范圍二為800ns-6.553ms，時間測量范圍上限能滿足要求，但不能測量小于800ns的時間間隔。在GPS頻標鎖定時間間隔測量中，時間偏差主要集中在0-800ns范圍。因此要使用TDC_GP2必須擴展測量范圍。

本實用新型的測量系統工作原理參見圖1、圖2，圖中1PPS為GPS接收單元1輸出的秒信號，1PPS1為本地晶振10Mhz分頻輸出的秒脈沖；1PPS2為超前1PPS13.25mS的輔助測量信號。通過測量1PPS2與1PPS的時間間隔，可以間接求出1PPS與1PPS1的相位時差。圖1中可以看出1PPS1是不參與測量的，虛線標到圖2中，表明時序關系。由于TDC-GP2內部高速時鐘為2.5Mhz，因此對應2.5Mhz頻率1PPS2超前1PPS1為8125個時鐘周期。在測量范圍2中，測量結果是高速時鐘周期的倍數。例如，TDC-GP2芯片單元2測出開始START(1PPS2)與STOP(1PPS)之間的時間間隔為8125個時鐘周期，減去1PPS2超前1PPS1的8125個時鐘周期正好等于0，如圖2所示虛線表示的1PPS1與1PPS相位正好是對準的。