本發(fā)明涉及時(shí)間校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度增益補(bǔ)償式時(shí)基源。

背景技術(shù)：

壓控晶體振蕩器vcxo是時(shí)基基準(zhǔn)的核心部件，在傳統(tǒng)的晶體振蕩體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，通常采用市面上現(xiàn)有的成熟的方塊晶體振蕩器來做為頻率源，并且此環(huán)節(jié)通常不是由設(shè)備整機(jī)電路環(huán)節(jié)的人員來設(shè)計(jì)的，而是根據(jù)一定的指標(biāo)、性能要求選用市面上成熟的振蕩器。然而，在進(jìn)入指標(biāo)化苛刻的今天，由于時(shí)基基準(zhǔn)整機(jī)結(jié)構(gòu)布局發(fā)生了改變，無論是小型化要求在狹窄的板面空間上安置數(shù)多的部件，還是指標(biāo)化要求對(duì)vcxo的各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)做進(jìn)一步改進(jìn)，都必然對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要十分清楚，壓控晶振也必須采用自主化設(shè)計(jì)，實(shí)際布局中可能要考慮自己設(shè)計(jì)壓控方式以及起振設(shè)計(jì)，尤其是晶振的保溫設(shè)計(jì)，因?yàn)闇囟鹊淖兓瘜?duì)晶振頻率的輸出影響是相當(dāng)大的，特別是在每次系統(tǒng)上電時(shí)，由于系統(tǒng)可能處于冷態(tài)或熱態(tài)，對(duì)于振蕩環(huán)路，由于所處的溫度每一次都不一致，有可能導(dǎo)致實(shí)際的頻率輸出不一樣，對(duì)于被動(dòng)型銣頻標(biāo)來說，由于整機(jī)電路設(shè)計(jì)（包括倍頻次數(shù)、綜合器頻率輸出等）是嚴(yán)格地按照理論上計(jì)算得到的，壓控晶振輸出頻率的大范圍改變，有可能導(dǎo)致伺服環(huán)節(jié)無法將晶振輸出頻率鎖定在原子基態(tài)0－0躍遷頻率上。

在上述設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，現(xiàn)有技術(shù)中都是通過vcxo來實(shí)現(xiàn)整機(jī)的頻率輸出，某種意義上它間接地反映了時(shí)基基準(zhǔn)內(nèi)部物理系統(tǒng)性能的指標(biāo)，然而由于實(shí)際時(shí)基基準(zhǔn)工作環(huán)境溫度的影響，vcxo自身漂移的影響等都會(huì)給vcxo的輸出帶來干擾?；诖耍緦＠岢鲆环N新的基于gps模塊的vcxo改進(jìn)控制的時(shí)基基準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案，來滿足時(shí)基基準(zhǔn)對(duì)vcxo的設(shè)計(jì)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高精度增益補(bǔ)償式時(shí)基源。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高精度增益補(bǔ)償式時(shí)基源，包括相互信號(hào)連通的接收機(jī)、鐘差比對(duì)、微處理器、壓控控制、溫度測(cè)量、溫度控制模塊和增益調(diào)節(jié)模塊，所述接收機(jī)用于接收空間衛(wèi)星的gps授時(shí)信號(hào)，所述鐘差比對(duì)將接收機(jī)的gps信號(hào)與時(shí)基基準(zhǔn)的vcxo輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，獲得時(shí)差信號(hào)傳遞給微處理器，所述壓控控制內(nèi)包含電壓轉(zhuǎn)換，受微處理器控制，輸出變化的直流電壓信號(hào)，所述溫度測(cè)量獲得貼地時(shí)基基準(zhǔn)整機(jī)機(jī)殼內(nèi)壁上的熱敏電阻值，來反映時(shí)基基準(zhǔn)的實(shí)際工作環(huán)境溫度，所述溫控模塊用于對(duì)初始時(shí)基源vcxo進(jìn)行控溫處理，所述增益調(diào)節(jié)模塊通過電路感知vcxo模塊中的溫差從而轉(zhuǎn)換為壓控電壓，所述微處理器獲得溫度測(cè)量模塊、鐘差比對(duì)模塊、量子鑒頻率的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理獲得最終的壓控1、壓控2、壓控3的綜合信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)vcxo的控制。

進(jìn)一步地，所述溫度控制模塊：里面含有溫控芯片（控溫用）、以及熱敏電阻（測(cè)溫用）。受微處理器控制可以設(shè)定溫度值t，由于整個(gè)溫度控制模塊置于高穩(wěn)晶振vcxo(溫控模塊)中，所以微處理器可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的工作環(huán)境溫度、以及獲得實(shí)際的工作環(huán)境溫度信息。其原理如圖2所示；其中兩個(gè)r以及r1為具有相同溫度系數(shù)的電阻，其阻值應(yīng)該選擇與rk相當(dāng)。這里r1的值反映了實(shí)際工作環(huán)境溫度t。rk為一個(gè)熱敏電阻，它貼于溫控模塊的表面，用以感知實(shí)際的工作環(huán)境溫度t。故當(dāng)工作環(huán)境溫度t無變化時(shí)，圖2中電橋處于平衡，輸送至加熱線圈環(huán)路的溫度補(bǔ)償電壓值為0。一旦工作環(huán)境溫度t發(fā)生變化，則熱敏電阻rk的阻值將變?。囟壬撸┗蜃兇螅囟冉档停?，那么電橋兩端存在電壓差，經(jīng)運(yùn)算放大器a差分放大后變?yōu)闇囟妊a(bǔ)償電壓輸送至電壓源，同時(shí)輸出給傳統(tǒng)加熱絲線圈環(huán)路。整個(gè)電路的放大增益由運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻rw調(diào)節(jié)，rw為一數(shù)字電位計(jì)，通過調(diào)節(jié)rw的阻值以達(dá)到上述電路補(bǔ)償因子改變功能。

進(jìn)一步地，所述壓控模塊中的橋路測(cè)溫主要由兩個(gè)阻值相同的r，一個(gè)預(yù)設(shè)溫度值熱敏電阻傳感器ro（它決定了vcxo的工作環(huán)境溫度）及測(cè)溫?zé)崦綦娮鑢k組成。當(dāng)vcxo工作環(huán)境溫度恒定時(shí)，即熱敏電阻rk測(cè)量值與預(yù)設(shè)值ro相等，此時(shí)電阻橋路a、b端輸出電壓差將為0，整個(gè)壓控模塊輸出端uout輸出為0。當(dāng)vcxo工作環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，則橋路的a、b端形成一定的電壓差，通過電壓跟隨器a1及a2的傳遞送至a3進(jìn)行差分放大，考慮到放大后的電壓差能夠有效得采集，所以在差分放大a3的輸出端增加了一個(gè)增益線性調(diào)節(jié)電路a4。得到的壓控模塊電壓差uout與微處理器產(chǎn)生的壓控電壓求和后，送至vcxo模塊；其中壓控控制模塊的處理過程如圖3所示。

1、傳統(tǒng)壓控

微處理器獲得對(duì)應(yīng)的時(shí)基基準(zhǔn)量子鑒頻信號(hào)后，按照現(xiàn)有時(shí)基基準(zhǔn)鎖定技術(shù)，輸出“傳統(tǒng)壓控”模式的壓控1信號(hào)v1至綜合。

2、預(yù)判修正

微處理器存儲(chǔ)有時(shí)基基準(zhǔn)整機(jī)溫度系數(shù)（即環(huán)境工作溫度變化一度引起的時(shí)基基準(zhǔn)頻率變化）的數(shù)據(jù)w，在獲得了溫度測(cè)量模塊的溫差數(shù)據(jù)t后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。同時(shí)微處理器獲得鐘差比對(duì)模塊輸出的差頻（時(shí)基基準(zhǔn)與gps基準(zhǔn)的頻差）數(shù)據(jù)f。這里按照?qǐng)D2，微處理器將做一次差分處理：f=f-w*t。

由于鐘差比對(duì)模塊是按一定周期的時(shí)間間隔t對(duì)gps信號(hào)和時(shí)基基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行的比對(duì)，所以我們將獲得一系列的數(shù)據(jù)，這里數(shù)學(xué)模型表示：

（1）

其中a，b是未知常數(shù)，是隨機(jī)誤差，它表示許多沒有考慮的因素的綜合影響，可以認(rèn)為。

對(duì)每一個(gè)觀察點(diǎn)（ti，fi），根據(jù)（1）式應(yīng)滿足

（2）

我們可以隨手做出很多條直線來表示兩個(gè)變量之間的線性關(guān)系，從而來確定a，b。但是這樣做的準(zhǔn)確性較差，而且也沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)是我們所需求的估計(jì)，則我們總希望每個(gè)觀察點(diǎn)（fi，ti）與線f=a+bt之間的偏差盡可能的小。在t=ti處，（ti，fi）與直線f=a+bt之間的偏差是：

（3）

這里有n個(gè)觀察點(diǎn)的偏差值，應(yīng)該綜合考慮，顯然我們不能用代數(shù)和來表示，因?yàn)槠钣姓胸?fù)，它們的代數(shù)和會(huì)出現(xiàn)正負(fù)相抵消而不能代表真正的總偏差。若取絕對(duì)值后再求和，顯然可以避免這一缺點(diǎn)，但卻不便于作數(shù)學(xué)運(yùn)算，所以采用偏差平方和來表示總偏差：

（4）

使達(dá)到極小值，作為a，b的估計(jì)。由于是a，b的非負(fù)二次函數(shù)，這種極小值一定存在。由微積分知道，使達(dá)到極小的a，b應(yīng)滿足下列議程組：

（5）

整理后，得

（6）

若記

得

（7）

（8）

這里求得的，就是我們所需要預(yù)判量（它反映的是頻率值）。由于供應(yīng)廠商提供的具體vcxo的壓控斜率值（即vcxo輸出頻率與其受到的直流電壓的比值）可以被存儲(chǔ)在微處理器中，所以上述獲得的（頻率）可以轉(zhuǎn)化為電壓值v3（電壓）至綜合。

3、補(bǔ)償

相應(yīng)供應(yīng)廠商提供的具體vcxo老化漂移的數(shù)據(jù)如圖4所示：

圖4中廠商提供的數(shù)據(jù)橫坐標(biāo)通?？梢跃_到“天”，這些數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在圖1中的微處理器中。在本專利方案中，選擇老化漂移率較小的vcx。結(jié)合選用的vcxo老化漂移數(shù)據(jù)，微處理器按照鐘差比對(duì)模塊中設(shè)置的采樣時(shí)間間隔t對(duì)vcxo輸出的頻率值進(jìn)行相應(yīng)的主動(dòng)調(diào)整。例如t=1小時(shí)即以圖3所示的標(biāo)準(zhǔn)（‘天’）以線性處理的方式除以24即可獲得相應(yīng)的‘小時(shí)’漂移數(shù)據(jù)f小時(shí)，按照存儲(chǔ)在微處理器中的vcxo壓控斜率值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的直流電壓值v2至綜合。這樣可以補(bǔ)償vcxo因?yàn)槔匣埔鸬念l率變化影響，最終使vcxo輸出的頻率理論上不變。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過新的基于gps模塊的vcxo改進(jìn)控制的時(shí)基基準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案，來滿足時(shí)基基準(zhǔn)對(duì)vcxo的設(shè)計(jì)要求，很好的克服通過vcxo來實(shí)現(xiàn)整機(jī)的頻率輸出，某種意義上它間接地反映了時(shí)基基準(zhǔn)內(nèi)部物理系統(tǒng)性能的指標(biāo)，然而由于實(shí)際時(shí)基基準(zhǔn)工作環(huán)境溫度的影響，vcxo自身漂移的影響等都會(huì)給vcxo的輸出帶來干擾的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作原理圖；

圖2為本發(fā)明溫度控制模塊原理圖；

圖3為本發(fā)明壓力控制模塊原理圖；

圖4為本發(fā)明中相應(yīng)供應(yīng)廠商提供的具體vcxo老化漂移的數(shù)據(jù)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參閱圖1-4，圖1為本發(fā)明的工作原理圖，圖2為本發(fā)明溫度控制模塊原理圖，圖3為本發(fā)明壓力控制模塊原理圖，圖4為本發(fā)明中相應(yīng)供應(yīng)廠商提供的具體vcxo老化漂移的數(shù)據(jù)圖。

一種高精度增益補(bǔ)償式時(shí)基源，包括相互信號(hào)連通的接收機(jī)、鐘差比對(duì)、微處理器、壓控控制、溫度測(cè)量、溫度控制模塊和增益調(diào)節(jié)模塊，所述接收機(jī)用于接收空間衛(wèi)星的gps授時(shí)信號(hào)，所述鐘差比對(duì)將接收機(jī)的gps信號(hào)與時(shí)基基準(zhǔn)的vcxo輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，獲得時(shí)差信號(hào)傳遞給微處理器，所述壓控控制內(nèi)包含電壓轉(zhuǎn)換，受微處理器控制，輸出變化的直流電壓信號(hào)，所述溫度測(cè)量獲得貼地時(shí)基基準(zhǔn)整機(jī)機(jī)殼內(nèi)壁上的熱敏電阻值，來反映時(shí)基基準(zhǔn)的實(shí)際工作環(huán)境溫度，所述溫控模塊用于對(duì)初始時(shí)基源vcxo進(jìn)行控溫處理，所述增益調(diào)節(jié)模塊通過電路感知vcxo模塊中的溫差從而轉(zhuǎn)換為壓控電壓，所述微處理器獲得溫度測(cè)量模塊、鐘差比對(duì)模塊、量子鑒頻率的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理獲得最終的壓控1、壓控2、壓控3的綜合信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)vcxo的控制。

進(jìn)一步地，所述溫度控制模塊：里面含有溫控芯片（控溫用）、以及熱敏電阻（測(cè)溫用）。受微處理器控制可以設(shè)定溫度值t，由于整個(gè)溫度控制模塊置于高穩(wěn)晶振vcxo(溫控模塊)中，所以微處理器可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的工作環(huán)境溫度、以及獲得實(shí)際的工作環(huán)境溫度信息。其原理如圖2所示；其中兩個(gè)r以及r1為具有相同溫度系數(shù)的電阻，其阻值應(yīng)該選擇與rk相當(dāng)。這里r1的值反映了實(shí)際工作環(huán)境溫度t。rk為一個(gè)熱敏電阻，它貼于溫控模塊的表面，用以感知實(shí)際的工作環(huán)境溫度t。故當(dāng)工作環(huán)境溫度t無變化時(shí)，圖2中電橋處于平衡，輸送至加熱線圈環(huán)路的溫度補(bǔ)償電壓值為0。一旦工作環(huán)境溫度t發(fā)生變化，則熱敏電阻rk的阻值將變?。囟壬撸┗蜃兇螅囟冉档停?，那么電橋兩端存在電壓差，經(jīng)運(yùn)算放大器a差分放大后變?yōu)闇囟妊a(bǔ)償電壓輸送至電壓源，同時(shí)輸出給傳統(tǒng)加熱絲線圈環(huán)路。整個(gè)電路的放大增益由運(yùn)算放大器的負(fù)反饋電阻rw調(diào)節(jié)，rw為一數(shù)字電位計(jì)，通過調(diào)節(jié)rw的阻值以達(dá)到上述電路補(bǔ)償因子改變功能。

進(jìn)一步地，壓控模塊中的橋路測(cè)溫主要由兩個(gè)阻值相同的r，一個(gè)預(yù)設(shè)溫度值熱敏電阻傳感器ro（它決定了vcxo的工作環(huán)境溫度）及測(cè)溫?zé)崦綦娮鑢k組成。當(dāng)vcxo工作環(huán)境溫度恒定時(shí)，即熱敏電阻rk測(cè)量值與預(yù)設(shè)值ro相等，此時(shí)電阻橋路a、b端輸出電壓差將為0，整個(gè)壓控模塊輸出端uout輸出為0。當(dāng)vcxo工作環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，則橋路的a、b端形成一定的電壓差，通過電壓跟隨器a1及a2的傳遞送至a3進(jìn)行差分放大，考慮到放大后的電壓差能夠有效得采集，所以在差分放大a3的輸出端增加了一個(gè)增益線性調(diào)節(jié)電路a4。得到的壓控模塊電壓差uout與微處理器產(chǎn)生的壓控電壓求和后，送至vcxo模塊；其中壓控控制模塊的處理過程如圖3所示。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。