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LEO satellite clock analysis and prediction for positioning applications

Geo-Spatial Information Science 2022年第1期25卷 14-33页

作者： Kan Wang Ahmed El-Mowafy School of Earth and Planetary Sciences Curtin UniversityPerthAustralia

The positioning service aided by low Earth orbit(LEO)mega-constellations has become a hot topic in recent years.To achieve precise positioning,accuracy of the LEO clocks is important for single-receiver users.To bridge the gap between the applicable time of the clock products and the time of positioning,the precise LEO clocks need to be predicted over a certain period depending on the sampling interval of the clock products.This study discusses the prediction errors for periods from 10 s to 1 h for two typical LEO clock types,i.***.the ultra-stable oscillator(USO)and the oven-controlled crystal oscillator(ocxo).The prediction is based on GNSS-determined precise clock estimates,where the clock stability is related to the GNSS estimation errors,the behaviors of the oscillators themselves,the systematic effects related to the environment and the relativistic effects,and the stability of the time reference.Based on real data analysis,LEO clocks of the two different types are simulated under different conditions,and a prediction model considering the systematic effects is proposed.Compared to a simple polynomial fitting model usually applied,the proposed model can significantly reduce the prediction errors,i.***.by about 40%-70%in simulations and about 5%-30%for real data containing different miss-modeled effects.For both clock types,short-term prediction of 1 min would result in a root mean square error(RMSE)of a few centimeters when using a very stable time reference.The RMSE amounts to about 0.1 m,when a typical real-time time reference of the national center for space studies(CNES)real-time clocks was used.For long-term prediction of 1 h,the RMSE could range from below 1 m to a few meters for the USOs,depending on the complexity of the miss-modeled effects.For ocxos,the 1 h prediction could lead to larger errors with an RMSE of about 10 m.

关键词： LEO clock prediction USO ocxo relativistic effects

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An Accurate Frequency Control Method and Atomic Clock Based on Coherent Population Beating Phenomenon

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Chinese Physics Letters 2016年第4期33卷 10-13页

作者：庄煜昕石岱庭李大为王乙亘赵晓娜赵建业汪中 School of Electronics Engineering and Computer Science Peking University

An accurate frequency control method and atomic clock based on the coherent population beating （CPB） phe- nomenon is implemented. In this scheme, the frequency difference of an rf and an atomic transition frequency can be digitally obtained by measuring the CPB oscillation frequency. The frequency measurement resolution of several milli-hertz can be achieved by using a IO MHz oven controlled crystal oscillator as the reference. The expression of the Allan deviation of the CPB clock is theoretically deduced and it is revealed that the Allan deviation is inversely proportional to the signal-to-noise ratio and proportional to the line-width of coherent population trapping spectrum. We also approve that the CPB atomic clock has a large toleration of the drift of the local oscillator. In our CPB experimental system, a frequency instability of 3.0 × 10-12 at 1000s is ob- served. The important feature of high frequency measurement resolution of the CPB method may also be used in magnetometers, atomic spectroscopy, and other related research.

关键词： of CPB is in DDS ocxo been CPT that

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ocxo老化测试系统设计

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电子制作 2022年第22期30卷 80-82页

作者：赵斌河北远东通信系统工程有限公司河北石家庄050200

本文提出一种恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator,简称ocxo)老化测试系统,对系统的结构功能、软件实现与硬件设计进行阐述。老化测试系统现已落地并应用于ocxo的生产测试工作中,性能稳定,运行可靠,为ocxo的规模化生产... 详细信息

本文提出一种恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator,简称ocxo)老化测试系统,对系统的结构功能、软件实现与硬件设计进行阐述。老化测试系统现已落地并应用于ocxo的生产测试工作中,性能稳定,运行可靠,为ocxo的规模化生产与测试工作提供保障与支持。

关键词： ocxo 老化率 MCU 测试系统

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ocxo相噪测试系统的设计

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移动信息 2022年第10期 31-33页

作者：赵斌河北远东通信系统工程有限公司河北石家庄050200

恒温晶体振荡器(下称 ocxo)被广泛应用于精密仪器、测控通信、雷达侦测、电子对抗和定位导航等领域,相位噪声是 ocxo 性能的关键指标之一,对精密测距、高速目标跟踪及外层空间通信系统意义重大,因此需要对ocxo 进行相噪测试,以保证它的... 详细信息

恒温晶体振荡器(下称 ocxo)被广泛应用于精密仪器、测控通信、雷达侦测、电子对抗和定位导航等领域,相位噪声是 ocxo 性能的关键指标之一,对精密测距、高速目标跟踪及外层空间通信系统意义重大,因此需要对ocxo 进行相噪测试,以保证它的工作性能。由于 ocxo 上电稳定与相噪采样均需要一定的时间,且相噪测试具有严格的隔离度要求,相噪测试严重制约了 ocxo 大规模生产的生产效率。文章将阐述 ocxo 相噪测试系统框架与功能,提出 ocxo 相噪测试系统的具体设计,在该系统的支持下,生产测试人员只需对 ocxo 进行上下料操作,测试过程、数据处理与结果判定实现了自动化,在提高测试效率的同时,降低了生产测试人员的劳动强度。

关键词： ocxo 相噪测试系统 MCU

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ocxo时钟修正机制在电法勘探采集中的应用研究

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地球物理学进展 2015年第4期30卷 1870-1881页

作者：淳少恒陈儒军向毕文卢祥弘中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中兴通讯西安研究所西安710065

为解决GPS易受外界环境影响,同步授时易失锁这一问题,设计出一种基于FPGA的保证GPS与ocxo协同工作的高精度同步授时解决方案.采用在FPGA内部构造延迟线的方法来对时间间隔进行测量,使时间测量精度可达到71ps和10ps,从而确保了时间间隔... 详细信息

为解决GPS易受外界环境影响,同步授时易失锁这一问题,设计出一种基于FPGA的保证GPS与ocxo协同工作的高精度同步授时解决方案.采用在FPGA内部构造延迟线的方法来对时间间隔进行测量,使时间测量精度可达到71ps和10ps,从而确保了时间间隔测量的高准确性.以GPS提供的秒脉冲1PPS作为标准信号对ocxo的频率进行校准,再在FPGA中采用均值滤波算法对1PPS信号引入的随机噪声进行压制,实际验证表明,该设计具有很好的频率校准效果.FPGA每完成一次校准就对同步修正一次,保证了GPS在任何时候失锁时,本地秒脉冲都与1PPS具有很高的初始同步精度.当完成频率校准后,GPS分别失锁150min,6h,12h,24h,同步精度仍可达到410ns,1.6us,2us和33us.这优于V5-2000的同步精度.长期实测表明,该方案可以很好地结合GPS授时和ocxo授时的优点,解决了GPS同步授时存在的问题.这不仅满足所有电法勘探的分布式采集系统对同步授时的精度要求,而且适用其它需要高精度同步授时的工业领域.该方案的设计只在一片FPGA中完成,这最大限度地减少了外围器件的消耗和外围电路的复杂程度,降低了功耗.

关键词： GPS授时 ocxo 校频同步 FPGA 电法勘探

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恒温晶振(ocxo)精密恒温箱温度控制电路分析

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仪表技术与传感器 2005年第8期 41-43页

作者：徐维涛郝晓弘杨新华兰州理工大学电气与信息工程学院甘肃兰州730050

设计高稳定的晶体振荡器,必须有性能良好的恒温箱来保证其频率稳定,恒温箱中选择一个性能良好的温度控制电路对稳定频率有重要作用,高性能的控制电路能改善ocxo整体性能,进而选择合适的控制策略来优化控制电路。通过对恒温箱的多种温度... 详细信息

设计高稳定的晶体振荡器,必须有性能良好的恒温箱来保证其频率稳定,恒温箱中选择一个性能良好的温度控制电路对稳定频率有重要作用,高性能的控制电路能改善ocxo整体性能,进而选择合适的控制策略来优化控制电路。通过对恒温箱的多种温度控制电路分析及各种电路的工作原理的研究,说明各个参数之间的关系以及其对恒温箱整体性能的影响,提出了选择和改进温度控制电路的方法,对设计高稳定的ocxo提供了很好的依据。

关键词：恒温箱缩减因数控制电路 ocxo 热敏电阻

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恒温晶振(ocxo)计算机辅助调试和自动测试系统

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仪器仪表学报 2002年第6期23卷 642-644页

作者：赵曙光杨万海陈丽萍高建宁西安电子科技大学西安710071

介绍恒温晶振 (ocxo)调试和测试的基本原理 ,讨论 ocxo计算机辅助调试和自动测试系统的设计要点和关键技术 ,包括系统功能与结构 ,软、硬件设计要点等。该系统已投入实际使用。

关键词：自动测试系统计算机辅助测试计算机辅助调试恒温晶振 ocxo

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海底可控源电磁采集站的低时漂技术研究

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现代地质 2012年第6期26卷 1312-1316页

作者：陈凯邓明伍忠良景建恩罗贤虎王猛地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室(中国地质大学北京)北京100083 中国地质大学地球物理与信息技术学院北京100083 国土资源部广州海洋地质调查局广东广州510760

海洋可控源电磁方法要求位于海底的多台可控源电磁采集站对微弱的电磁信号进行长期同步连续观测,对各台采集站的时间一致性严格要求。为解决海底无法进行GPS授时这一技术难题,提出了以高稳ocxo(恒温晶体振荡器)与精确授时GPS结合为硬件... 详细信息

海洋可控源电磁方法要求位于海底的多台可控源电磁采集站对微弱的电磁信号进行长期同步连续观测,对各台采集站的时间一致性严格要求。为解决海底无法进行GPS授时这一技术难题,提出了以高稳ocxo(恒温晶体振荡器)与精确授时GPS结合为硬件基础,形成通过下水前对钟、出水后对钟以及时漂补偿等组成的低时漂技术。通过室内及海洋试验,实现了多台海底可控源电磁采集站同步观测,显著降低数据同步误差。

关键词：海洋可控源电磁法低时漂 ocxo

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基于双向单程伪距测量的时间驯服技术研究

基于双向单程伪距测量的时间驯服技术研究

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作者：侯鸿杰中国科学院国家空间科学中心

学位级别：硕士

科技的发展使得人们对时间频率的要求不断提高,经过驯服的高精度晶振频率源以其低成本,高稳定度的优势得到了广泛的应用。然而,已有的驯服产品无法满足某些特殊的应用。本文基于某项目中编队卫星的时间同步及星间测距需求,采用GPS驯服... 详细信息

科技的发展使得人们对时间频率的要求不断提高,经过驯服的高精度晶振频率源以其低成本,高稳定度的优势得到了广泛的应用。然而,已有的驯服产品无法满足某些特殊的应用。本文基于某项目中编队卫星的时间同步及星间测距需求,采用GPS驯服晶振加双向单程伪距测量(Dual One-Way Ranging,DOWR)技术实现了卫星编队的时间同步与星间测距一体化。本文首先对晶振频率稳定度数学模型进行了研究,在其基础上设计实现了编队卫星系统时间同步的方案。系统包括主从两部分,主系统频率源为ocxo,由GPS驯服,从系统为TCXO,由主系统驯服。通过FPGA实现的高精度时间间隔测量模块对GPS和ocxo分频脉冲的相位差进行测量,时间间隔测量方案采用了直接计数加进位链的方法。采用Kalman滤波器对测量的相位差数据进行处理,消除了相位差噪声。使用PI控制技术将相位差转换为电压以调整晶振。通过DOWR技术得出主从系统之间的相位差,实现对TCXO晶振的时间驯服。通过对设计的实现方案进行建模仿真分析,得出驯服系统最佳参数。最终实现了系统原理样机,并对其驯服性能进行了测量。测试结果表明,晶振经过驯服后维持了自身短期稳定度,长期稳定度得到了明显的改善。

关键词： DOWR 时间驯服 ocxo 时间测量

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GPS同步频率可编程发射机控制器设计

GPS同步频率可编程发射机控制器设计

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作者：沈佳华中科技大学

学位级别：硕士

论文来源于实验室和某军工所合作的发射机项目，由于军工保密性要求，发射机的应用背景和主要用途尚不清楚。发射机由控制器和大功率脉冲电源组成,项目要求设计一款GPS同步的频率可编程的发射机控制器，用于控制大功率脉冲电源。控制器... 详细信息

论文来源于实验室和某军工所合作的发射机项目，由于军工保密性要求，发射机的应用背景和主要用途尚不清楚。发射机由控制器和大功率脉冲电源组成,项目要求设计一款GPS同步的频率可编程的发射机控制器，用于控制大功率脉冲电源。控制器时间同步误差小于0.2μs，频率输出范围为0.1Hz0kHz,输出频率值包含一系列如41704.74Hz、744.727Hz。46.5455Hz的特殊频率点。特殊频率点的误差不得超过0.01Hz。通过分析发射机控制器要实现的功能和要达到的性能指标，提出采用GPS驯服的恒温晶振作为系统频标源，使用PLL(锁相环)两级变频技术产生逻辑芯片基准输入频率，利用ARM芯片提供频率规划表，最后通过CPLD逻辑芯片实现可编程频率的输出。通过分析特殊频率点的特征，选用TI公司的PLL时钟合成器CDCE913，使用两级锁相环变频技术来产生满足特殊频率点误差要求的84.672512MHz基准输入频率。为了实现频率的可编程性，在PC机上使用VC6.0设计频率规划软件，通过RS232串口线和U盘将生成的频率规划表导入到ARM芯片的FLASH中。最后通过分析产生0.1Hz0kHz范围的频率所需要的逻辑资源，采用XILINX公司的XC2C256逻辑芯片，通过Verilog逻辑语言来实现可编程频率的输出。对发射机控制器的功能和性能指标进行测试，选用symmetricom的带有GPS驯服的10MHz恒温晶振作为频标源，经过计量测试中心测定系统的GPS秒脉冲时间同步误差最大为180ns，满足同步误差小于0.2μs的要求;通过MATLAB数学工具分析和实际测试，在规定输出的一系列特殊频率点中，频率值为1489.45Hz时产生最大频率误差，误差值为0.0045Hz,满足特定频率点误差小于0.01Hz的要求。

关键词： GPS ocxo PLL 频率合成 CDCE913

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