技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種穩(wěn)頻和相位糾正方法和裝置，尤其是涉及一種衛(wèi)星接收機秒脈沖信號的穩(wěn)頻和相位糾正裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，穩(wěn)頻和相位糾正是很多高精度時鐘信號的需求，頻率穩(wěn)定和相位糾正的可靠性和精度是現(xiàn)有技術(shù)方法的主要局限。尤其是衛(wèi)星接收信號秒脈沖存在不確定的幅度隨機漂移，而相位差量和秒脈沖信號不存在明確的映射關(guān)系，所以現(xiàn)有相關(guān)穩(wěn)頻和相位糾正技術(shù)均存在穩(wěn)定度不高，相位糾正不精確的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種可提高可靠性和精度的衛(wèi)星接收機秒脈沖信號的穩(wěn)頻和相位糾正裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一、一種衛(wèi)星接收機秒脈沖信號的穩(wěn)頻和相位糾正裝置，包括：

濾波器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、恒溫晶振、倍頻電路、數(shù)字頻率合成電路、比較器、接口轉(zhuǎn)換電路、相位微調(diào)電路、分頻電路和固定整數(shù)周期相位延遲修正電路；

濾波器、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、恒溫晶振、倍頻電路、數(shù)字頻率合成電路、比較器依次相連，比較器門限輸入比較器的另一輸入端；接口轉(zhuǎn)換電路、相位微調(diào)電路、數(shù)字頻率合成電路依次相連；比較器的輸出端、分頻電路、固定整數(shù)周期相位延遲修正電路依次相連。

上述濾波器為Kalman濾波器。

上述濾波器、倍頻電路、接口轉(zhuǎn)換電路、相位微調(diào)電路、分頻電路和固定整數(shù)周期相位延遲修正電路通過可重構(gòu)電路集成于芯片上。

上述數(shù)字頻率合成電路和比較器采用帶比較器的頻率合成器實現(xiàn)。

二、一種衛(wèi)星接收機秒脈沖信號的穩(wěn)頻和相位糾正方法，采用上述實現(xiàn)，包括：

衛(wèi)星接收機通過解算精密單點定位，解算出相位差，輸入到濾波器，經(jīng)濾波后該相位差通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓控制信號，電壓控制信號控制恒溫晶振進行穩(wěn)頻，穩(wěn)頻后信號分別輸至衛(wèi)星接收機和倍頻電路；同時，以衛(wèi)星接收機輸出的秒脈沖信號作為相位差的鎖定信號；

倍頻電路對輸入信號進行倍頻，倍頻信號輸入數(shù)字頻率合成電路，倍頻信號是數(shù)字頻率合成電路的參考系統(tǒng)時鐘；衛(wèi)星接收機輸出的鐘差編碼信息依次經(jīng)接口轉(zhuǎn)換電路、相位微調(diào)電路后也輸入數(shù)字頻率合成電路；數(shù)字頻率合成電路依據(jù)相位微調(diào)電路輸出的相位差對參考系統(tǒng)時鐘進行進一步相位糾正，并通過比較器輸出方波時鐘信號；相位微調(diào)電路采用時延方式來糾正小于360度但大于數(shù)字頻率合成電路5可調(diào)范圍的相位差；

方波時鐘信號依次輸入分頻電路、固定整數(shù)周期相位延遲修正電路，固定整數(shù)周期相位延遲修正電路采用寄存器鎖存和延遲的方法，對超過360度的整數(shù)周期相位差進行糾正，獲得目標秒脈沖信號。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

（1）將頻率的穩(wěn)定性分為短穩(wěn)和長穩(wěn)特性，利用外在恒溫晶振補償短期頻率漂移，引入了秒脈沖不具有的短穩(wěn)特性，從而提高頻率糾正穩(wěn)定性。

（2）將相位糾正和頻率穩(wěn)定過程分開，降低了相位糾正的硬件開銷，提高了相位糾正的可靠性和精度。

（3）引入額外的固有相位延遲修正，消除和裝置直接相關(guān)的相位差，進一步提高了相位糾正的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，1-濾波器，2-數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，3-10MHz恒溫晶振，4-倍頻電路，5-數(shù)字頻率合成電路，6-比較器，7-比較器門限，8-帶比較器的頻率合成器，9-接口轉(zhuǎn)換電路，10-分頻電路，11-固定整數(shù)周期相位延遲修正電，12-第一功能模塊，13-第二功能模塊，14-衛(wèi)星接收機，15-芯片，16-相位微調(diào)電路。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合圖1，對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步具體說明。

實施例

本實施例裝置包括濾波器1，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2，10MHz恒溫晶振3、倍頻電路4、數(shù)字頻率合成電路5、比較器6、接口轉(zhuǎn)換電路9、相位微調(diào)電路16、分頻電路10和固定整數(shù)周期相位延遲修正電路11。 其中，濾波器1、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2、10MHz恒溫晶振3、倍頻電路4、數(shù)字頻率合成電路5、比較器6依次相連；比較器門限7輸入比較器6的另一輸入端，比較器門限7通過外部通用接口設(shè)定或默認為0值；接口轉(zhuǎn)換電路9、相位微調(diào)電路16、數(shù)字頻率合成電路5依次相連；比較器6的輸出端、分頻電路10、固定整數(shù)周期相位延遲修正電路11依次相連。具體實施時，濾波器1、倍頻電路4、接口轉(zhuǎn)換電路9、分頻電路10、固定整數(shù)周期相位延遲修正電路11和相位微調(diào)電路16通過可重構(gòu)電路集成于芯片15上，芯片15采用可重構(gòu)邏輯陣列FPGA，例如XC3S200a。數(shù)字頻率合成電路5、和比較器6可選用帶比較器的頻率合成器8實現(xiàn)，例如AD9954。

本發(fā)明裝置中，衛(wèi)星接收機14分別給濾波器1和接口轉(zhuǎn)換電路9提供秒脈沖信號源和串口鐘差量。濾波器1采用Kalman濾波器，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2用來將濾波器1輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號并輸入10MHz恒溫晶振3，倍頻電路4可采用FPGA內(nèi)部專用時鐘單元。接口轉(zhuǎn)換電路9依衛(wèi)星接收機14輸出鐘差信號的串口協(xié)議，鎖存鐘差數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成并行信號輸出到相差微調(diào)電路16。分頻電路10采用FPGA中的專用時鐘邏輯或者定制邏輯實現(xiàn)。

采用上述衛(wèi)星接收機秒脈沖信號的穩(wěn)頻和相位糾正裝置的方法，包括部分1、部分2和部分3，其中，部分1通過第一功能模塊12實現(xiàn)，部分2和3通過第二功能模塊13實現(xiàn)。

部分1，由濾波器1、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2和10MHz恒溫晶振3實現(xiàn)。具體而言，衛(wèi)星接收機14通過解算精密單點定位，解算出相位差，并輸入到濾波器1，經(jīng)濾波后該相位差通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換成電壓控制信號，電壓控制信號控制10MHz恒溫晶振3進行穩(wěn)頻，并輸出頻率穩(wěn)定的10MHz基帶時鐘信號。10MHz恒溫晶振3一方面將10MHz基帶時鐘信號輸出到衛(wèi)星接收機14，另外還輸出給部分2中的倍頻電路4。同時，衛(wèi)星接收機14輸出的秒脈沖信號（PPS）作為該相位差的鎖定信號，保證調(diào)節(jié)時間的一致性，進一步提高穩(wěn)頻的精度。

部分1利用了恒溫晶振的頻率短期穩(wěn)定特性，采用壓控模式，將長期而言穩(wěn)定的秒脈沖信號的頻率進行穩(wěn)定度控制，這一控制過程中，同時引入相位差的時間信息，使穩(wěn)定度得到控制。

部分2，由倍頻電路4、數(shù)字頻率合成電路5、比較器6、接口轉(zhuǎn)換電路9和相位微調(diào)電路16實現(xiàn)。部分2對部分1輸入的信號進行倍頻得倍頻信號，倍頻信號輸入數(shù)字頻率合成電路5，該倍頻信號是數(shù)字頻率合成電路5的參考系統(tǒng)時鐘，有待于使用鐘差來糾正相位。衛(wèi)星接收機14輸出的鐘差編碼信息依次經(jīng)接口轉(zhuǎn)換電路9、相位微調(diào)電路16后也輸入數(shù)字頻率合成電路5，相位微調(diào)電路16采用時延方式，采用FPGA內(nèi)部寄存器或邏輯單元的時延來糾正小于360度但大于數(shù)字頻率合成電路5可調(diào)范圍的相位差，隨后將糾正后相位差輸入數(shù)字頻率合成電路5。數(shù)字頻率合成電路5進一步依據(jù)輸入的小于360度的相位差對參考系統(tǒng)時鐘進行相位糾正后，通過比較器6形成方波時鐘信號輸出至部分3。

部分2中，一方面通過相位微調(diào)電路，補償因頻率合成后頻率信號在方波化過程中產(chǎn)生的相位延遲；另一方面，采用頻率合成方式，將串口輸入的相位差量引入，糾正秒脈沖信號的相位。

部分3，由于分頻電路10和固定整數(shù)周期相位延遲修正電路11實現(xiàn)。部分2中只糾正小于360度的相位差，對于PPS信號超過360度的相位差，采用固定整數(shù)周期相位延遲修正電路11對其中的整數(shù)周期部分進行糾正，采用寄存器鎖存和延遲的方法實現(xiàn)。分頻電路10對比較器6輸出信號進行分頻獲得1Hz信號，固定整數(shù)周期相位延遲修正電路11對該1Hz信號進行與處理過程有關(guān)的固定整數(shù)周期相位延遲修正，獲得目標秒脈沖信號。

部分3中，采用固定整數(shù)周期相位延遲修正電路，將裝置引入的固有整數(shù)周期相位延遲消除，從根本上解決相位糾正問題。

本文所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管本文較多地使用了濾波器1，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器2，10MHz恒溫晶振3、倍頻電路4、數(shù)字頻率合成電路5、比較器6、比較器門限7、接口轉(zhuǎn)換電路9、分頻電路10和固定相位延遲修正電路11、可重構(gòu)電路、頻率合成器等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。