HT5501A使用说明书.docx
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HT5501A使用说明书
版本号
V2。
0
HT5501A型
GPS驯服铷原子频率标准
使
用
说
明
书
二〇一三年
GPS驯服铷原子频率标准
使用说明书
一、使用之前
尊敬的顾客：
感谢您使用本公司产品。
在您初次使用该仪器前，请您详细地阅读本使用说明书，将可帮助您熟练地使用本仪器.
我公司的宗旨是不断地改进和完善公司的产品,因此您所使用的仪器可能与使用说明书有少许的差别。
如果有改动的话,我们会用附页方式告知,敬请谅解！
您有不清楚之处，请与公司售后服务部联络，我们定会满足您的要求.
由于输入输出端子、测试柱等均有可能带电压，您在插拔测试线、电源插座时，会产生电火花，小心电击，避免触电危险,注意人身安全。
慎重保证
本公司生产的产品，在发货之日起三个月内，如产品出现非人为故障，实行产品包换。
一年（包括一年）内如产品出现非人为故障，实行产品免费维修.一年以上如产品出现故障，实行产品有偿终身维修.如有合同约定的除外。
安全要求
请阅读下列安全注意事项,避免人身伤害，并防止本产品或与其相连接的任何其它产品受到损坏。
为了避免可能发生的危险，本产品只可在规定的范围内使用。
注意：
只有合格的技术人员才可执行维修.
1.防止火灾或人身伤害
●使用适当的电源线!
只可使用本产品专用并且符合本产品规格的电源线.
●产品接地！
本产品除通过电源线接地导线接地外，产品外壳的接地柱必须接地。
为了防止电击,接地导体必须与地面相连。
在与本产品输入或输出终端连接前，应确保本产品已正确接地。
●注意所有终端的额定值！
为了防止火灾或电击危险，请注意本产品的所有额定值和标记。
在对本产品进行连接之前,请阅读本产品使用说明书,以便进一步了解有关额定值的信息。
●在有可疑的故障时，请勿操作!
如怀疑本产品有损坏，请致电本公司维修人员，切勿继续操作.
●请勿在潮湿环境下操作！
●请勿在易爆环境中操作！
●保持产品表面清洁和干燥!
2.安全注意事项
产品制造商在设计本产品时已保证了在正确使用条件下的完全安全性。
●请仔细留意本手册中的有关安全指导条文，以免使用者人身受到伤害或仪器受损。
●请务必按照本手册的说明进行操作和使用.
●本仪器及其附件只能作为设计用途使用，不可挪作他用。
●本仪器不含有害物质。
●仪器的维修必须由本公司售后服务部门来进行.
二、概述
HT5501A型GPS驯服铷原子频率标准是一款高精度的频标设备；设备内置铷原子振荡器，利用GPS接收机定时信号或外标准秒锁定该振荡器,实现本机输出频率、时间与参考源保持同步。
当内部锁相环工作正常后，本产品能自动学习锁相过程，在参考信号丢失后自动复现这个过程，可以在断开外部参考一定长的时间内使铷原子频标保持很高的准确度.
当外标准秒和GPS信号都正常的情况下，设备优先选择外标准秒作为驯服内部铷原子振荡器的参考标准。
该设备接收1路外标准秒输入、1路GPS接收天线输入；可输出6路10MHz频标信号、2路1PPS时标信号、1路GPS秒信号、1路状态信息输出;同时配置1路COM口与上位机通讯，对设备进行监控。
三、前后面板使用说明
3.1前面板
设备的前面板显示系统时间及工作状态。
如图1所示：
图1前面板示意图
HT5501A型GPS驯服铷原子频率标准的前面板布局有：
1个LCD液晶屏、12个标志不同功能的LED指示灯和一个电源开关；各个部分的具体功能如下所示：
●LCD液晶屏：
显示当前UTC时间及系统状态，详细说明见4.4章节液晶显示说明.
●LED指示灯：
设备的前面板布局有12个标志不同功能的LED指示灯，每个LED指示灯所代表的含义如下表1所示：
表1前面板LED指示灯定义表
LED标识
描述
备注
标准秒
黄色:
无标准秒信号输入或标准秒信号输入不正常;
绿色：
外标准秒信号输入正常;
φ5（黄绿双色）
GPS
黄色：
GPS信号无效;
绿色：
GPS信号有效；
φ5（黄绿双色）
锁定
黄色：
铷钟未锁定或失锁；
绿色：
铷钟状态锁定；
φ5（黄绿双色）
铷钟一般在开机后5min左右锁定,若超过10min铷钟未锁定，则表明铷钟存在问题；需立即断电并联系技术支持；
同步
黄色：
设备内部锁相环未锁定或同步精度超出500ns;
绿色：
设备内部锁相环状态锁定并且同步精度在500ns以内；
黄绿闪烁：
表示当前处于手动校频模式
φ5（黄绿双色）
标识设备内部数字锁相环的锁定状态;一般在铷钟锁定并且参考源有效后,设备锁相环会在40min内锁定；
10MHz×6
红色：
对应后面板的6路10MHz信号无输出或输出不正常;
绿色：
对应后面板的6路10MHz信号输出正常；
φ5（红绿双色）
1PPS×2
红色：
对应后面板的2路1PPS信号无输出或输出不正常;
绿色：
对应后面板的2路1PPS信号输出正常；
φ5（红绿双色）
●电源开关:
控制设备电源的接通和断开。
3.2后面板
设备的后面板如图2所示：
图2后面板示意图
设备的后面板从左到右布局有：
1路GPS天线接口、1路标准秒输入接口、1路GPS秒输出接口、2个RS232串行接口（1个COM口、一个状态信息输出口）、6路10MHz信号输出接头、2路1PPS输出接头、1个接地柱和一个AC220V交流电源插座。
●“天线”接口:
GPS天线输入接口，BNC接头；
●“标准输入（TTL）”接口：
外部标准秒输入接口,用于驯服设备内部的铷原子频标,TTL电平输入,BNC接头；
●“GPS秒输出”接口：
GPS秒信号输出接口，测试使用；BNC接头；
●“COM”口：
设备的监控接口；DB9—F接头;
●“状态信息输出"口：
固定协议的状态信息输出接口;DB9-F接头；
●“10MHz输出”接口：
10MHz频标输出接口，共6路10MHz频标信号输出；BNC接头;
●“1PPS输出”接口：
1PPS时标输出接口,共2路1PPS时标信号输出；BNC接头;
●“GND”接口：
接地柱，用于设备和大地连接；
●“220VAC”接口：
AC220V交流电源插座,为设备提供220V交流电源。
四、操作说明
4.1通电前准备
a）将仪器从包装箱中取出,平放于操作台或机柜。
b）将本机的接地柱与电源系统大地紧密连接。
c）将电源线与本机电源输入紧密连接，打开本机的电源开关，用万用表测量电源插头火线与零线之间的静态电阻，不短路和断路即为正常。
再用万用表测量电源插头的火线与地线之间、零线与地线之间的静态电阻，断路状态即为正常。
关闭本机的电源开关。
d）连接GPS接收天线：
天线说明见4。
2章。
4.2天线的安装
1。
安装程序
a．将天线头的BNC接口与电缆馈线的BNC型插座连接.
b．将天线头与防水管通过螺纹进行连接。
c．用安装夹将天线头固定在安装夹的小端，将垂直于安装水平面的支撑杆（用户自配）固定在安装夹的大端。
由于天线电缆较粗，请用固定线扎将电缆固定在支撑杆上，防止电缆摆动。
可选择一根铸铁水管（长度为1～1。
5米），将天线置于铸铁管的一端，铸铁管的另一端电焊在加重的金属底座上，然后置于房顶。
如图3所示:
图3GPS/BD2接收天线安装示意图
2.天线的安装位置
为了获得稳定可靠的卫星定时信号，天线需安装在四周空旷无高大障碍物的位置。
天线视场不应有地平高度大于12°的成片障碍物，以免阻挡卫星信号的接收，天线所需的电源由本机通过天线馈线（同轴电缆）提供，扩展天线馈线长度时,在1。
5GHz频率上不超过5dB衰减的电缆可以使用,电缆阻抗50Ω和75Ω均可。
特别提示：
当天线架设在房屋顶时，天线的高度必须低于房屋顶避雷天线的高度。
时钟设备使用3。
3V/5V有源天线，禁止带电插拔天线！
4.3通电工作
a）将电源线紧密连在电源插座，打开本机电源开关，观察前面板的电源指示灯是否正常。
开机设备进行初始化，LED指示灯进行交替闪烁；初始化完成后，若设备工作正常，则相应的LED指示灯的状态为：
●标准秒：
若有外标准秒输入，亮绿灯；否则亮黄灯；
●GPS:
亮黄灯，表示GPS接收机工作状态无效；
●锁定：
亮黄灯,表示铷钟未锁定；
●同步:
若为手动校频状态，则进行黄绿交替闪烁；若为自动校频状态，则亮黄灯，表示未同步；
●10MHz—1～10MHz-6：
亮绿灯，表示后面板10MHz信号输出正常；
●1PPS—1～1PPS-2：
若1PPS输出电平为3.3V，则LED指示灯进行红绿交替闪烁；若1PPS输出电平为5V，则LED指示灯亮绿灯；
b）各个LED指示灯所代表的具体含义及状态变化请参考表1。
4.4液晶显示说明
LCD液晶显示屏显示设备当前的UTC时间信息、GPS接收机的状态信息（经度、纬度、高度以及收星颗数）、数字锁相环的同步精度以及频率准确度信息和设备当前的参考信息。
刚开机，液晶显示屏显示初始化界面，界面显示软件的版本号，如图4所示：
图4液晶显示屏初始化界面
界面初始化时间大约10秒钟，初始化完成后液晶屏进入主界面，主界面显示系统当前的UTC时间和系统状态，如图5所示：
图5主界面
开机后系统内部原子钟需要进行预热,大概需要10分钟时间，10分钟之内锁相环不进行锁相，10分钟后开始锁相。
若锁相环未锁定，则同步精度和频率准确度显示‘—-—--————’，若锁相环已经锁定，则显示同步精度的数值和频率准确度数值；在参考源有效的情况下,锁相环会在40min内锁定；如下图6所示：
图6锁相环锁定后示意图
当中途GPS无效时，液晶显示如图7所示：
图7GPS无效时示意图
LCD液晶显示屏显示的内容所代表的含义如下图8所示:
图8LCD液晶显示释义图
附：
同步精度表示时钟的时间相对于参考秒（UTC）的时间差T，以参考秒为标准，时钟的1pps信号相位滞后,时差为正，反之为负。
T=+00001ns表示本机输出秒脉冲与参考秒的时间差为1ns，“+"表示本机输出秒脉冲滞后参考秒。
时间差值正负符号含义说明如图9所示:
图9时差符号的约定
4.5COM、状态信息输出串口协议
COM、状态信息输出接口是两个彼此独立的RS232接口，接头类型为DB9—F;管脚定义如下表2所示:
表2BD9-F接头管脚定义
针脚号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
定义
空
TXD
RXD
空
GND
空
空
空
空
描述
发送
接收
地
速率9600bps，8位数据位,1位起始位，1位停止位，无校验位。
4.5.1状态信息输出串口通讯协议
状态信息输出是用来显示系统当前的工作状态的.此串口可以显示系统当前工作状态:
机器的编号、铷钟的锁定情况、10MHz信号的输出情况、秒脉冲的输出状态和秒脉冲的电平值等。
输出格式如下表3所示：
表3状态信息输出串口通讯协议
字段
内容
字节数
字头
AA
2
类型
1（工作状态信息输出）
1
设备编号
00～99
2
锁定状态
0为未锁定，1为锁定
1
6路频标状态
每路一个字节，输出状态标志,0为输出异常，1为输出正常
6
2路秒脉冲状态
每路一个字节，输出状态标志,0为输出异常,1为输出5V,2为输出3。
3V
2
同步状态
0为未同步，1为同步，2为手动校频
1
校验
从字头后到校验前，字节累加和
1
结束符
CC
2
出厂默认为每10秒发送1次，设备异常时，连续输出三次（每秒一次）。
示例:
当铷钟锁定后，设备处于未同步状态,设备输出的各路信号正常；若设备编号为00,则计算机接收到的字符为：
4141313031313131313131313232317E4343（十六进制）。
4.5.2COM口串口通讯协议
COM口是用来显示系统当前的时间信息、GPS接收机的状态信息及系统当前的工作状态信息，并通过COM口对设备的当前工作状态等进行设置。
发送数据帧以字符‘＄’开始，以来结束，也就是ASCII字符“回车”（十六进制的0D）和“换行”（十六进制的0A）;数据帧结束前应该有校验码：
“＊HH"，用于做按位异或校验的数据。
在通常使用时,校验码并不是必须的；但是当周围环境中有较强的电磁干扰时，则推荐使用校验码.
HH代表了“＄”和“*"之间所有字符的按位异或值（不包括这两个字符）。
4.5.2.1COM口输出数据协议
●版本信息:
＄V，<1〉，〈2>*HH<1>：
设备编号，占用两个字节
<2>：
固件程序版本,占用两个字节
如：
＄V,01，20＊55表示设备编号为01号，固件程序版本为V2.0
●数据信息:
＄D,〈1〉，〈2〉，<3>,〈4〉,〈5〉，<6〉，<7>，〈8〉，〈9〉＊HH〈LF>
<1〉：
UTC时间信息（YYYY-MM—DDhh:
mm:
ss），占用19字节；
如2013-08—1209：
15：
32表示2013年8月12日9点15分32秒
〈2〉:
GPS经度（Eddd。
mm），占用7字节；如E108.86表示东经108。
86°；
〈3>:
GPS纬度（Ndd.mm），占用6字节；如N34.18表示北纬34。
18°;
<4>：
GPS高度（Mnnnn。
n），占用7字节;如M0402。
5表示402.5m；
〈5>：
设备当前状态（4字节用HEX表示）
状态字节1字节格式：
bit7:
2路1PPS信号状态（1表示输出正常，0表示输出不正常）
bit6:
1路1PPS信号状态（1表示输出正常，0表示输出不正常）
bit5:
6路10M信号状态（1表示输出正常,0表示输出不正常）
bit4：
5路10M信号状态（1表示输出正常,0表示输出不正常）
bit3:
4路10M信号状态（1表示输出正常，0表示输出不正常）
bit2:
3路10M信号状态（1表示输出正常，0表示输出不正常）
bit1：
2路10M信号状态（1表示输出正常,0表示输出不正常）
bit0:
1路10M信号状态（1表示输出正常,0表示输出不正常）
状态字节2字节格式：
bit7:
保留
bit6：
1PPS输出电平（0为5V，1为3.3V）
bit5：
当前参考（0为GPS，1为外秒）
bit4:
工作模式（0为自动校频，1为手动校频）
bit3:
同步状态（0为未同步，1为已同步）
bit2：
铷钟锁定标志（1表示铷钟锁定，0表示铷钟未锁定或失锁）
bit1:
GPS接收机有效标志（1表示GPS接收机状态正常，0表示GPS接收机收星不正常）
bit0：
外秒输入状态（1表示外秒输入正常，0表示无输入或不正常）
状态字节3字节格式：
保留；固定发0x00；
状态字节4字节格式：
保留；固定发0x00；
〈6>：
GPS收星颗数（xx），占用2字节；如08表示GPS收星为8颗星；
<7〉:
频率准确度（±n.nE—nn），占用8字节；如+1。
2E—11表示频率准确度为+1.2E-11;设备刚开机或数字锁相环未锁定的情况下输出为“—--—-——-”；
<8>：
同步精度（±xxxxns），占用7字节；如+0052ns表示同步精度为+52ns；设备刚开机或数字锁相环未锁定的情况下为“------—";
〈9〉：
当前DA值（xxxxxxxx），占用8字节；表示设备内部当前的DA值。
4.5.2.2COM口输入指令数据协议
（注：
输入指令有两种输入方式：
ASCII码输入和16进制输入,为了便于计算校验位，建议用户以16进制方式输入）
通过COM口输入指令可以对设备当前的工作状态进行设置；
1）设备编号设置:
表4设备编号设置数据格式
字段
内容
字节数
字头
AA
2
类型
设备编号设置:
2
1
设备编号
新设备编号:
00~99
2
校验
从字头后到校验前，字节累加和
1
结束符
CC
2
注：
出厂默认的设备编号与铷钟的出厂编号的后两位相同；
2）工作状态信息输出周期设定：
表5工作状态输出周期设定数据格式
字段
内容
字节数
字头
AA
2
类型
3（周期设定）
1
设备编号
00~99
2
输出周期
001～180（步进10s）
3
校验
从字头后到校验前，字节累加和
1
结束符
CC
2
注：
出厂默认的工作状态信息输出周期设定为10s；
3）1PPS输出电平控制：
表61PPS输出电平控制数据格式
字段
内容
字节数
字头
AA
2
类型
4（1PPS输出电平控制）
1
设备编号
00～99
2
1PPS输出电平控制
0为5V，1为3.3V
1
校验
从字头后到校验前，字节累加和
1
结束符
CC
2
注：
出厂默认1PPS输出电平为3.3V;
4）锁相模式控制:
表7锁相模式控制数据格式
字段
内容
字节数
字头
AA
2
类型
5（锁相模式设置）
1
设备编号
00～99
2
锁相模式
0为自动，1为手动
1
校验
从字头后到校验前，字节累加和
1
结束符
CC
2
注：
出厂默认自动锁相模式
5）手动校频：
表8手动校频数据格式
字段
内容
字节数
字头
AA
2
类型
6（手动调频模式）
1
设备编号
00~99
2
手动调整量
±0001~±9999（一个单位代表E-12）
5
校验
从字头后到校验前，字节累加和
1
结束符
CC
2
五、主要技术指标
1）10MHz正弦输出：
●输出波形：
正弦波
●输出路数:
6路
●输出阻抗：
50Ω
●输出电平:
11dBm±2dBm
●传输距离：
满足50m
●频率准确度：
≤±5E—11（出厂时设置）
●频率准确度随温度的变化：
±1E-10（—20℃～＋60℃）
●频率稳定度:
≤1.5E—11/1s；
≤5E-12/10s；
≤2E-12/100s
●日老化率：
≤±2E—12/日
●相位噪声：
≤—90dBc/Hz（1Hz）；
≤—130dBc/Hz（10Hz）;
≤—140dBc/Hz（100Hz）;
≤—150dBc/Hz（1kHz）；
≤—155dBc/Hz（10kHz）；
●二次谐波：
≤—50dBc
●三次谐波:
≤—60dBc
●输出物理连接器：
BNC
2）1PPS秒输出：
●输出波形：
脉冲
●输出路数:
2路
●脉冲宽度：
10μs±1μs
●上升沿宽度:
≤10ns
●上升沿抖晃：
≤1ns（Allan方差）
●极性:
正极性，前沿为正
●输出阻抗：
50Ω
●输出电平：
输出电平可调,4.0V±0.5V或3。
0V±0.5V两种电平
●传输距离：
满足20m
●物理连接器：
BNC
3）同步功能（外同步输入）:
●输入信号：
1PPS
●输入波形：
脉冲
●输入阻抗：
1KΩ
●信号电平：
4V±1.5V
●同步1pps信号脉冲宽度要求：
≥10μs
●上升沿宽度：
≤10ns
●上升沿抖晃：
≤0。
5ns（Allan方差）
●频率精度（频率准确度）：
≤±1E-11
4）供电电源：
●AC：
220（1±10%）V
●50（1±2%）Hz
●开机:
≤80W（15分钟内，温度25度）
●稳定：
≤40W（温度25度）
5）结构尺寸：
●19英寸×2U标准机箱
6）室内工作环境：
●湿度：
10％~75％
●温度:
—20℃~+60℃
7）设备运输和储存环境：
●外冲击：
≤9g/s
●振动：
≤0。
1g/（20Hz～100Hz）
●湿度：
≤98%
●温度：
-40℃~+80℃
六、附件说明
●交流电源线1根
●串口线1根
●BNC等长测试电缆2根
●30米GPS天线1根
●天线安装套件1套
●产品测试报告1份
●使用说明书1本
●软件安装光盘1张
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