简易晶振驯服模块的研发与应用

燕鸣; 张圣男; 魏天舒; 杨鸣; 李诺

doi:10.3969/j.issn.2096-9015.2021.04.06

简易晶振驯服模块的研发与应用

doi: 10.3969/j.issn.2096-9015.2021.04.06

辽宁省计量科学研究院，沈阳 110004

基金项目: 国家质量基础的共性技术研究与应用专项（2017YFF0212001）；辽宁省科学事业公益研究基金项目（2016001003）；辽宁省自然基金指导计划（2019-ZD-0846）；原国家质量监督检验检疫总局科技计划项目（2016QK078）

详细信息

作者简介:
燕鸣（1989-），辽宁省计量科学研究院工程师，研究方向：时间频率计量仪器开发，邮箱：13190080310@163.com

通讯作者:
李诺（1982-），辽宁省计量科学研究院高级工程师，研究方向：电学计量仪器开发，邮箱：nuoli@tju.edu.cn

计量
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出版历程
- 网络出版日期: 2021-04-15
- 刊出日期: 2021-04-15

Development and Application of Simple GNSS Disciplined Module

Liaoning Institute of Measurement, Shenyang 110004, China

摘要

摘要: 介绍了一种利用高精度时间测量技术、Kalman滤波算法以及PID反馈控制原理，研制的一种简易恒温晶体振荡器（OCXO）驯服模块。该模块在不使用FPGA和复杂算法的前提下，可以将10⁻⁷量级的OCXO驯服到10⁻¹⁰级别，适用于初涉时频计量领域的研究人员进行装置研制和成果转化。课题组已经将该模块应用于机场送站车辆计时系统的校准中，鉴于其体积较小，也可应用于时间检定仪、时间合成器等允许外部频标输入的标准器中，以进一步提高设备的时频指标。
- 晶振驯服 /
- 全球卫星导航系统 /
- Kalman 滤波器 /
- PID控制 /
- 计时系统 /
- 时间频率
Abstract: This paper introduces a simple oven-controlled crystal oscillator (OCXO) disciplined module developed by using high precision time measurement technology, Kalman filtering algorithm, and PID feedback control principle. This module can discipline OCXO of frequency accuracy 10⁻⁷ to 10⁻¹⁰ without using FPGA and complex algorithms and is suitable for device development and achievement transformation of researchers who are new to the field of time and frequency measurement. The research group has applied this module in the calibration of the vehicle timing system at the airport drop-off station. Given its small size, it can also be used in the time calibrator, time synthesizer, and other standard instruments that allow the input of external frequency standard, to further improve the time and frequency parameter of the equipment.
- disciplined crystal oscillator /
- GNSS /
- Kalman filter /
- PID controller /
- timing system /
- time frequency

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图 1 1pps信号驯服OCXO部分的原理结构图

图中的接收机并不在研发的驯服装置内部，需要独立配置

Figure 1. Principle structure diagram of 1pps signal taming OCXO part

The receiver in the figure is not in the disciplined device developed and needs to be configured independently

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图 2 基于MS1022P的时间间隔测量原理图

Figure 2. Schematic diagram of time interval measurement based on MS1022p

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图 3 Kalman滤波器的运行流程图

Figure 3. Operation flow chart of Kalman filter

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图 4 Kalman滤波效果比较

Figure 4. Comparison of Kalman filtering effect

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图 5 PID控制算法流程图

Figure 5. Flow chart of PID control algorithm

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图 6 驯服系统能力测试原理图

Figure 6. Schematic diagram of taming system capability test

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图 7 驯服系统能力测试图

Figure 7. Taming system capability test chart

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图 8 机场送站车辆计时系统校准装置的结构简图

Figure 8. Structure diagram of calibration device for airport vehicle timing system

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