魯維德

    通過GPS（全球定位系統(tǒng)）接收機(jī)技術(shù)與應(yīng)用的介紹，對數(shù)控溫補(bǔ)晶體振蕩器DS4000在GPS接收機(jī)中開拓出同步和定時的精確性應(yīng)用方案作分析說明。

    接收機(jī)是GPS（全球定位系統(tǒng)）中重要組成部份，要開發(fā)DS4000溫補(bǔ)晶體振蕩器在GPS接收機(jī)中多用性的應(yīng)用，那末應(yīng)該對GPS（全球定位系統(tǒng)）的接收機(jī)技術(shù)應(yīng)用與應(yīng)用作一分析，為此有必要先對屬全球定位系統(tǒng)(GPS)中衛(wèi)星與接收機(jī)有關(guān)技術(shù)及應(yīng)用作一介紹。

    衛(wèi)星與接收機(jī)

    目前衛(wèi)星（多達(dá)27顆）網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于非同步、近地軌道并覆蓋全球，保證了定位系統(tǒng)的運(yùn)行。而GPS接收機(jī)至少需要鎖定4顆星，才能提供定位信息。這些衛(wèi)星廣播或發(fā)送的長系列碼（或數(shù)字組合）稱偽隨機(jī)碼。GPS接收機(jī)可通過已知的衛(wèi)星偽隨機(jī)碼、光速以及保持衛(wèi)星位置的查詢表等參數(shù)，就能夠計(jì)算出衛(wèi)星的傳輸時間，再將傳輸時間轉(zhuǎn)為距離。在多個衛(wèi)星(大于4)的條件下，通過求解三角方程就可以算出GPS接收機(jī)的位置，也提供了用戶的位置。

    GPS接收機(jī)的應(yīng)用范圍

    GPS接收機(jī)可應(yīng)用于個人定位和定向的通用手持設(shè)備。即從航海、航空、勘探以及電信網(wǎng)絡(luò)中的定時同步等應(yīng)用范圍。而每種應(yīng)用要求有不同特性的接收機(jī)。例如，在通用手持設(shè)備應(yīng)用中，接收機(jī)將利用4顆或更多的衛(wèi)星接收信號，并將其轉(zhuǎn)換為位置信息，該信息能夠連接至地圖數(shù)據(jù)庫，指示出陸地位置； 而在航海和航空應(yīng)用中，接收機(jī)同樣將利用4顆或更多的衛(wèi)星接收信號中獲取的動態(tài)位置數(shù)據(jù)并將其導(dǎo)入船上或機(jī)上的導(dǎo)航系統(tǒng)，用于實(shí)時定位和定向。

    同步和定時是GPS接收機(jī)的重要特性

    GPS的另一個重要特性和應(yīng)用是提供相當(dāng)精確的時間基準(zhǔn):如電信網(wǎng)絡(luò)中的同步；測試和測量設(shè)備的校準(zhǔn)；航天觀測和氣象臺的同步；地震監(jiān)測以及用于公用電網(wǎng)的故障記錄儀等方面的應(yīng)用。尤其對于同步和定時應(yīng)用，衛(wèi)星信號的相位比信號承載的數(shù)據(jù)更為重要。

    在那些優(yōu)先考慮時間同步的應(yīng)用中，傳輸信號的相位差是最重要的。在電信網(wǎng)絡(luò)中，GPS同步引擎提供這類網(wǎng)絡(luò)的端到端定時。在為語音、視頻或時間要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，最為重要的是服務(wù)質(zhì)量的要求。

    而對于同步和定時要求來說，一個精密的頻率參考是至關(guān)重要的。最精確的時間和頻率的定義是基于銫原子，由銫光束標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生精確的頻率。

    那末是什么使GPS衛(wèi)星系統(tǒng)足夠滿足網(wǎng)絡(luò)同步要求的呢？每個GPS衛(wèi)星都有一個基于銫原子的時鐘源。這些非常精確的時鐘保證時間精確到每年之3ns內(nèi)，精密時間再通過微波傳輸?shù)紾PS接收機(jī)。

    GPS的接收機(jī)與溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO)及其作用

    GPS接收機(jī)組成

    一個典型的GPS接收機(jī)包含如圖1所示的功能塊，它包括：射頻(RF)部分、GPS信號處理器和主處理器。其中RF部分包括：GPS天線、RF濾波器和GPS RF前端。RF部分接收衛(wèi)星信號，從載波頻率中分離出偽隨機(jī)碼，并將其送至GPS信號處理器，在多數(shù)現(xiàn)有的接收機(jī)中，RF前端部分加上GPS信號處理器能夠同時處理4至12顆衛(wèi)星信號。這種并行處理的能力提供了更高的定位精度，縮短了輸出數(shù)據(jù)的時間。主處理器向用戶提供數(shù)據(jù)，即可以通過一個GUI(圖象用戶接口)、顯示屏，或者其它操作系統(tǒng)途徑向用戶提供數(shù)據(jù)(見圖3左側(cè)所示)，至于何種途徑這取決于實(shí)際應(yīng)用的要求。

    在圖1的框圖中，存在2個振蕩源，包括REF(基準(zhǔn))晶體(或振蕩器)和RTC(實(shí)時時鐘)晶體。REF晶體或振蕩器可以相當(dāng)精確或不精確，取決所使用的接收機(jī)。對振器器頻率的要求依賴于GPS前端所采用的專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(ASSP)。  典型范圍介于13MHz至30MHz之間，取決于生產(chǎn)廠家。在那些采用GPS接收機(jī)作為精密時間基準(zhǔn)的應(yīng)用中，REF振蕩器可以是銣源、OCXO、甚至TCXO。在這種情況下，主處理器將修正衛(wèi)星和接收機(jī)之間的任何定時滑動。

    RTC晶體為GPS接收機(jī)捕獲信號過程提供實(shí)時時鐘信息，以在27顆衛(wèi)星群中捕獲不同的衛(wèi)星。通過關(guān)于衛(wèi)星位置信息的查詢表，RTC有助于提供一個鎖定所有可見衛(wèi)星的起始點(diǎn)。

    GPS接收機(jī)中的溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO)的的作用