GPS导航定位系统是一种高端先进的科技产品，应用的范围较广，大致可以分为军用、商业、民用三大领域。用到的电子元器件有非常多种，其中恒温晶体振荡器是比较主要的，GPS系统应用OCXO恒温晶振时有一些必须注意的事项，以下是CEOB2B晶振平台提供的GPS恒温晶振应用要点方案。

1.对GPS信号实施实时监控,判断GPS信号是否正常,提高系统的可靠性。

2.数字逻辑部分

  系统中的数字逻辑部分由CPLD和FPGA的组合来实现,主要功能有:

  (1)对OCXO输出进行分频,并提供10MHz信号和1Hz秒信号输出;

  (2)时序控制

  在FPGA中,采用计数器来对OCXO晶振的输出进行分频,使得分频后频率标称值为Hz,这样才可以用时间间隔测量仪对PPS信号和OCXO0MHz)之间的相位差进行测量。这里分频所得的秒信号一方面作为填充脉冲,用于时间间隔测量,另方面对外输出。而压控晶振输出的10MHz信号,经FPGA后直接作为对外输出的10MHz信号。其中各个部分之间的时序逻辑关系通过FPGA和单片机之间的配合控制来实现.

3.数据处理和系统控制部分

  数据处理和系统控制部分由单片机来实现。使用单片机中的滤波算法对接收到的时间间隔测量值进行必要的处理,以消除GPS接收机输出lPS中的随机跳变引入的影响。由于是单片机程序,所以存储的数据量很有限。这里采用 Kalman滤波器,可以大大减少数据的存储量。同时为了消除系统的静差,采用了经典的PID控制算法,从而使得最终的控制偏差趋于零。

4.GPS信号丢失后保持算法的研究

  当单片机判断GPS信号丢失时,接收到的IPPS信号就不能再用来锁定恒温晶振了,必须通过相关的算法预测石英晶体振荡器输出频率的变化趋势,来校正由于老化和温度等原因造成的频率偏移。下面简单介绍 Kalman滤波的保持算法中的应用。

  (1)由前面对老化率的分析可知,可以先通过数据拟合得到线性相对频率偏差或二次多项式(相位差),进而对GPS信号失效后的晶振输出频率值进行预测, 但是预测效果不是很好,不适合应用于对精度要求相对较高的场合。第二章还给辈出了晶振性能的对数模型,单一对数模型并不完全符合石英晶振的特性,而加权对数模型的计算非常复杂,不适合用单片机来处理。除了上述算法之外, Kalman滤波器也具有一定的线性和非线性函数模型预测功能,并且在建立了合理的预测模型之后,它可以在24小时内达到较好的预测效果,从而实现较高的驯服保持精度, 而且由于它属于迭代算法,存储量和计算量非常小,很适合于用单片机来处理, 因此, Kalman滤波器是很有优势的。

  (2)由于驯服的对象是OCXO,恒温作用导致其频率温度特性曲线在正常工作温度范围内近似于线性,因而对于温度导致的频率偏移的预测,也可以采用Kalman滤波器来实现,而由于这两者是同时影响有源晶振的输出频率的,因此要采用必要的算法将它们的影响分离开来,才能同时运行两个 Kalman预测器,分别对它们各自造成的影响进行建模,最后再将这两种影响叠加起来就可以得到实时的频,对频偏进行补偿,提高驯服保持的精.