Page 328 - 测绘新技术的理论与实践研究

测绘新技术的理论与实践研究

（二）多台激光跟踪仪时间同步触发器的设计

由于 GNSS 系统时钟有较好的长期稳定性，没有累计误差，但是短期稳定性
由于各种因素的影响而欠佳，而恒温晶振（OCXO）有较好的短期稳定性，长期
稳定性不够，且存在累计误差。同步触发器利用这两者相结合的设计思路来设计
稳定的时间系统，以此时间系统为基准产生较为稳定而准确的同步触发脉冲。整

个系统由高稳定度恒温晶体振荡器、GNSS 接收机、微处理器模块、信号调理模块、

串行通信模块、SNTP 模块以及触发脉冲生成模块等部分构成，并设计一款专用
控制软件（ARM），在其控制下协调工作。

1. 系统结构与工作原理
系统采用高性能的 ARM 处理器作为主控制器，采用恒温晶振作为本地守时

时钟源，利用北斗和 GPS 双模的授时接收模块作为卫星时间的采集模块，外加
信号调理电路构成本地的守时系统。GNSS 授时接收模块输出标准的 1PPS 信号

和实时时钟信息给处理器，处理器的时钟源为恒温晶振（频率为 10MHz），输

出频率信号通过内部 PLL（PhaseLockedLoop）倍频到 150MHz。因此，系统的
主控时钟为 150MHz，处理器利用内部的 32 位定时器对 150MHz 时钟源进行计
数，以此产生内部的 1PPS 信号，此 1PPS 信号与 GNSS 模块输出 IPPS 信号经卡
尔曼滤波后的信号进行鉴相比对，将其差值转换为对恒温晶振的频率控制信号，

通过处理器的 12 位数字模拟转换器（DAC）输出频率控制信号，经信号调理电
路后输出控制恒温晶振，以达到控制恒温晶振的输出频率往准确的 10MHz 频率
靠近，以此构成一个闭环的控制系统，在处理器内部能够形成一个被驯服了的稳

定的 1PPS 输出信号。
2. 触发器外观和接口设计
考虑到触发器的便携性和内部信号的稳定性，触发器采用铝合金金属外壳，
并设置有多个散热孔进行散热。由于需要与多台跟踪仪进行联机以完成组网，初

步设置可以同时连接 5 台仪器的端口，并合理设置接口。
触发器接口主要由电源接口，输入信号接口和输出信号接口组成。其中输入

信号接口主要是天线接口和 USB 接口，天线接口为 GNSS 模块的天线，采用双
频天线，能够同时接收北斗 B1 和 GPSLl 信号；USB 接口连接电脑的 USB 接口，
在触发器内部转换为串口信号，以通过计算机软件实现指令控制，获取时间参数。

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