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AEROSPACE & DEFENSE
机载侦察与地面传感
从精准时脉开始
产品应用专文

从机载无人机到反无人机雷达:泰艺精密时脉解决方案

微弱信号、平台振动、有限电力与授时中断,让 UAV 与 C-UAS 的时脉选型面临不同挑战。泰艺以低相位噪声、低加速度灵敏度、小尺寸与低功耗选项,以及守时方案,支持从机载载荷到地面传感的设计需求。

▶ 影片:UAV & C-UAS: Why Precision Timing Matters
阅读时间:约 7 分钟

应用重点

从您的平台开始

选择您的应用平台,即可看到建议评估的型号,以及需要特别注意的设计条件。实际选型仍需依安装位置与操作环境验证。

多旋翼无人机

旋翼振动、有限板面积与电池续航,需要兼顾抗振与小尺寸。

优先评估型号
相关设计需求

固定翼/长航时无人机

长时间飞行、GNSS 可能受干扰,需要稳定参考与守时备援。

优先评估型号
相关设计需求

车载/机动 C-UAS

行进与桅杆振动下,仍要维持雷达参考源质量。

优先评估型号
相关设计需求

固定站反无人机雷达

在地面与植被杂波中辨识小型目标,重视参考源噪声。

优先评估型号
相关设计需求

分布式传感节点

外部授时中断时,维持各节点的时间对齐。

优先评估型号
相关设计需求

01从实际部署看时脉设计挑战

无人机(UAV)的导航、通信与图像传感共用有限的机载空间与电力;地面反无人机(C-UAS)系统则必须在复杂环境中取得可用的传感数据。当设备从静态测试走向飞行、车载或户外部署,时脉参考也必须应对振动、温度变化,以及外部授时可能中断的工作条件。

这使选型重点从「所需的输出频率」,延伸到「参考源在实际环境下能维持什么表现」。设计团队需要先找出子系统最敏感的限制,再决定相位噪声、加速度灵敏度、尺寸、功耗与守时能力的优先顺序。

02四项应用需求与对应时脉方案

杂波中的微弱信号,需要低噪声参考源

反无人机雷达需要从地面、植被等强烈杂波背景中辨识小型目标。若参考源的相位噪声过高,邻近的微弱频谱特征可能更难分辨。因此,选择本振参考时,须关注系统所需偏移频率范围内的相位噪声,为微多普勒与杂波分析保留较纯净的参考信号。

泰艺 NA-100M-6800 与 NA-100M-6900 恒温晶振(OCXO)分别对应不同偏移频率的需求。在 100 MHz 载波下,6800 于 1 kHz 偏移提供 -170 dBc/Hz 相位噪声,适合重视近端噪声的参考链路;6900 于 100 kHz 偏移提供 -185 dBc/Hz,适合对远端噪声基底有更高要求的设计。

图 1|6800 与 6900 系列相位噪声曲线;载波频率为 100 MHz,横轴为偏移频率。
图 1|6800 与 6900 系列相位噪声曲线;载波频率为 100 MHz,横轴为偏移频率。

车载与旋翼振动,需要低加速度灵敏度

静态测试下的低噪声表现,仍需在移动平台上接受验证。路面冲击与旋翼振动会将机械扰动传入石英振荡器,造成频率偏移或调制边带。对车载雷达与机载参考源而言,低加速度灵敏度(G-sensitivity)有助于减少这类频率扰动。

NA-100M-6700 恒温晶振提供各单轴 <0.05 ppb/g 的加速度灵敏度,X、Y、Z 轴分别适用此规格。设计团队可依下方各轴在 10 Hz 至 1 kHz 振动频率下的响应,评估元件与平台振动环境的适配性,再于实际安装条件下验证参考质量。

图 2|6700 系列在 100 MHz 下的 X、Y、Z 各单轴加速度灵敏度曲线;振动频率范围为 10 Hz 至 1 kHz。
图 2|6700 系列在 100 MHz 下的 X、Y、Z 各单轴加速度灵敏度曲线;振动频率范围为 10 Hz 至 1 kHz。

想进一步了解振动如何转为相位噪声、以及高动态平台如何评估加速度灵敏度,请参阅《严苛 SWaP-C 限制下的高精度时脉:Low G-sensitivity TCXO》。

机载空间与电力有限,需要合适的时脉架构

新增传感或通信功能,会与既有机载电子设备共用电路空间与电力。时脉元件的尺寸、供电需求及自发热,也必须纳入整体设计预算。对电池供电节点而言,选型需要同时符合频率质量与功耗限制。

需要小尺寸频率参考时,TP 温补晶振(TCXO)以 3.2 × 2.5 mm 封装提供 10–52 MHz 选项。若系统需要 100 MHz 正弦波与 OCXO 架构,NP-100M-7000则以 20.6 × 20.6 mm 尺寸提供 <145 mW 功耗选项。两者可依输出接口、相位噪声及温度稳定度需求评估,对应规格列于下表。

外部授时中断,需要本地守时能力

当 GNSS 或其他外部授时参考中断,传感节点的本地时间可能逐渐偏离共同基准,使不同来源数据的时间对齐更具挑战。这类应用需要在正常授时期间建立稳定的本地基准,并在参考中断期间以守时(holdover)限制时间漂移。

DTA-450 微型原子钟提供 10 MHz CMOS 输出及 1PPS 输入/输出,支持外部参考可用时的同步与驯服,以及中断期间的本地守时。其 1PPS 同步规格为 <50 ns,24 小时守时为 ±1.5 μs;守时表现依驯服、温度及操作条件而定,可依节点容许时间误差与预期中断时间规划评估。

若要深入了解 GNSS 中断期间的守时、重新驯服与 1PPS 恢复架构,请参阅《韧性 PNT 技术白皮书》。

03UAV 与 C-UAS 时脉产品规格

下表整理 13 款适用于 UAV 与 C-UAS 的产品,涵盖 RTC、数字接口、精密频率参考与同步节点。建议先从“主要应用”栏找出对应的子系统,再比较频率、输出、尺寸、相位噪声、功耗与工作温度。元件温度会随冷启动与设备自发热而变化,比较频率稳定度时,请一并确认该数值所对应的温度范围。

UAV 与 C-UAS 时脉产品规格
主要应用型号/类别/尺寸频率/输出稳定度/公差相位噪声/抖动加速度灵敏度功耗/电流
飞行纪录与休眠模式 RTC↑ 小尺寸低功耗需求XDAEC-Q200
石英晶体
2.0 × 1.2 mm
32.768 kHz±20 ppm 公差———
MCU 与飞行传感器参考频率↑ 小尺寸低功耗需求XZAEC-Q200
石英晶体
2.05 × 1.65 mm
16–100 MHz±15 ppm @ -40 to +85 °C
±30 ppm @ -40 to +125 °C
———
摄像机 DSP、SoC 与 Gigabit 以太网络 PHY↑ 小尺寸低功耗需求O3
石英晶振
1.6 × 1.2 mm
3–60 MHz
CMOS
±20 ppm @ -40 to +85 °C
±50 ppm @ -40 to +105 °C
0.4 ps 抖动(典型值)——
常开传感中枢与待机↑ 小尺寸低功耗需求OZ-D
石英晶振
2.05 × 1.65 mm
32.768 kHz
CMOS
±25 ppm @ -40 to +105 °C——1.4 µA @ 1.5 / 1.8 V
GPS/GNSS 接收模组↑ 小尺寸低功耗需求TZ
温补/压控温补晶振
2.0 × 1.6 mm
10–52 MHz
削峰正弦波
±0.5 ppm @ -40 to +85 °C-135 dBc/Hz @ 1 kHz——
RTK-GNSS 与战术网状通信↑ 低加速度灵敏度需求TP
温补/压控温补晶振
3.2 × 2.5 mm
10–52 MHz
CMOS / 削峰正弦波
±0.1 ppm @ -40 to +85 °C-145 dBc/Hz @ 1 kHz0.3 ppb/g—
SDR、数据链与射频无人机传感↑ 低加速度灵敏度需求TT-L
温补/压控温补晶振
7.0 × 5.0 mm
10–52 MHz
CMOS / 削峰正弦波
±0.5 ppm @ -40 to +85 °C-149 dBc/Hz @ 1 kHz0.3 ppb/g—
数据转换器参考频率↑ 低噪声需求TK
温补/压控温补晶振
14.5 × 9.6 mm
40–150 MHz
CMOS / 正弦波
±0.28 ppm @ -40 to +85 °C-140 dBc/Hz @ 1 kHz——
电池供电 C-UAS 节点与无人机↑ 小尺寸低功耗需求NP-100M-7000
恒温晶振
20.6 × 20.6 mm
100 MHz
正弦波
±0.1 ppm @ -40 to +85 °C-150 dBc/Hz @ 1 kHz
-168 dBc/Hz @ 100 kHz
<0.5 ppb/g<145 mW
车载雷达、机动桅杆与机载系统↑ 低加速度灵敏度需求NA-100M-6700
恒温晶振
25.4 × 25.4 mm
100 MHz
正弦波
±0.1 ppm @ -40 to +85 °C-160 dBc/Hz @ 1 kHz<0.05 ppb/g—
AESA 雷达与信号情报(SIGINT)参考源↑ 低噪声需求NA-100M-6800
恒温晶振
25.4 × 25.4 mm
100 MHz
正弦波
±20 ppb @ -20 to +70 °C
±50 ppb @ -40 to +85 °C
-170 dBc/Hz @ 1 kHz
-180 dBc/Hz @ 100 kHz
<1 ppb/g—
长距离反无人机雷达参考源↑ 低噪声需求NA-100M-6900
恒温晶振
25.4 × 25.4 mm
100 MHz
正弦波
±50 ppb @ -40 to +85 °C-164 dBc/Hz @ 1 kHz
-185 dBc/Hz @ 100 kHz
<1 ppb/g—
分布式传感节点同步与守时↑ 本地守时需求DTA-450
微型原子钟
41 × 35 mm
10 MHz
CMOS + 1PPS 输入/输出
1PPS 同步 <50 ns
±1 ppb @ -10 to +70 °C-125 dBc/Hz @ 1 kHz—<130 mW

规格依产品型号与选项而异,实际供应组合及测试条件请参阅对应数据表或联系泰艺。

04UAV 与 C-UAS 应用选型 FAQ

我的应用是多旋翼无人机,适合采用低加速度灵敏度 TCXO 吗?

若 RTK-GNSS 接收模组或机载数据链需要在旋翼振动下维持稳定的频率参考,同时受限于板面积与电力预算,可优先评估低加速度灵敏度 TCXO。TP 温补晶振可作为小尺寸参考源的评估起点;SDR 与数据链则可进一步比较 TT-L。判断重点是振动对参考信号的影响,以及接口、温度与功耗是否符合机载设计需求。

反无人机雷达需要辨识微弱目标,该如何选择低相位噪声 OCXO?

先确认雷达参考链路最关注的偏移频率范围。若重点在近端微弱频谱特征,可评估 NA-100M-6800;若更重视远端噪声底,可比较 NA-100M-6900。两者应依相同载波与偏移频率条件比较,并放入实际雷达链路验证。低噪声参考源有助于保留微弱信号,但目标辨识能力仍取决于整体射频与信号处理设计。

车载 C-UAS 已采用低相位噪声 OCXO,为什么还要评估加速度灵敏度?

静态相位噪声与振动下的频率稳定性是两项不同的设计条件。车辆行进、机动桅杆或旋翼造成的振动,仍可能让参考源产生频率扰动与调制边带。这类移动平台可评估 NA-100M-6700,并将平台的振动频率、强度与安装方向对照各轴响应,确认低噪声表现能否在实际运作时维持。

电池供电的无人机或 C-UAS 节点,也能采用 OCXO 吗?

可以,前提是系统确实需要 OCXO 的参考特性,且电力与空间预算容许。需要 100 MHz 正弦波参考的设计,可评估低功耗 NP-100M-7000,并将预热与稳态功耗分别纳入预算。若小尺寸更重要,且 TCXO 的性能已能满足需求,则可从 TP 评估。取舍应以所需参考质量、接口、尺寸与任务供电条件为依据。

GNSS 授时中断时,如何维持无人机的通信同步与任务连续性?

DTA-450 微型原子钟可在 GNSS 授时中断后,持续提供本地时间与频率基准。其 24 小时守时能力为 ±1.5 µs,对飞行时间短于 24 小时的无人机任务,可提供涵盖任务期间的守时支持,降低时脉漂移导致通信失同步与任务中断的风险。搭配 10 MHz 与 1PPS 输出,可支持机载通信设备及传感数据的时间同步;实际守时表现依驯服、温度与操作条件而定。

如何确认选定时脉能适应实际无人机或车载平台的振动?

先确认平台的振动频段、加速度(g RMS)与安装条件,再选择对应的低加速度灵敏度时脉。以多旋翼无人机为例,0.5–1.8 g RMS 可作为初步参考,MIL-STD-810 试验条件仍应依平台实测结果与适用类别裁剪。泰艺的加速度灵敏度实测影片展示测试方法与结果判读,让您了解振动对频率稳定度的影响。提供您的振动需求后,泰艺可协助比对各轴测试数据,规划适合平台的选型与验证。
观看加速度灵敏度实测影片 →

现有供应商料件停产,能否找到 pin-to-pin 替代料?

可以。泰艺将既有料件的延续供应视为工程服务中心的核心任务之一:其他供应商停止出货时,您的项目不应因此停摆。请提供原料号、封装、引脚定义与关键规格,泰艺工程团队会进行交叉比对,提出兼容的替代方案。若封装相同、但内部电路需要小幅调整,应用工程师可进行小批量定制开发,通常不需要重新设计电路板。→ 发送停产料件信息给泰艺

05泰艺如何协助客户缩短产品验证与上市时间

无人机与 C-UAS 的任务载荷、通信架构及安装条件各不相同,时脉规格需要配合平台设计。若到整机测试才发现频率、接口或振动表现不符需求,就可能需要重新选型或调整电路。泰艺通过工程协作、定制频率合成及验证资源,协助设计团队在开发前期确认这些条件,减少反复修改与测试。

时脉问题在哪个阶段被发现,决定了要返工多少
后期才发现
选型→电路设计→整机测试:频率、接口或振动不符↺ 重新选型、改电路、重测
开发前期确认
选型 + 泰艺工程协作→电路设计→整机测试 ✓
  1. STEP 01

    共同确认规格,减少选型往返

    泰艺工程团队可依机载通信、雷达参考源或同步节点的需求,协助确认目标频率、输出接口、功耗、尺寸与工作温度,并将振动或守时需求纳入选型。及早厘清必要规格与验证条件,有助于缩小候选范围,减少样品反复替换及重复测试。

    可提供规格确认清单候选型号范围验证条件
  2. STEP 02

    定制频率合成,配合平台设计

    当标准频率无法满足平台需求时,泰艺可提供定制频率合成,并协助确认产品可供应的规格组合。将频率、输出及供电条件与系统架构一并评估,让团队在电路设计确定前掌握可行的时脉配置,降低后期调整设计的风险。

    可提供可行频率配置输出与供电组合确认
  3. STEP 03

    实测报告,加快验证准备

    泰艺可依项目需求提供振动相位噪声验证报告,协助客户及早展开时脉评估。工程团队可协助比对平台振动条件、各轴响应与相位噪声需求,让客户在整机验证前取得具体的评估依据,优先确认可能影响通信或传感质量的时脉问题,减少后续改版与重测。

    可提供振动相位噪声验证报告

欢迎提供目标频率、输出接口、功耗与尺寸限制,以及平台振动条件或守时需求,与泰艺工程团队讨论合适的产品、定制选项及评估方式,推进您的产品验证与上市计划。

使用需求清单发信给泰艺工程团队 →

产品经理

Alex Lin
产品经理
泰艺电子 Taitien Electronics
无人机反无人机温补晶振恒温晶振低相位噪声低加速度灵敏度尺寸重量功耗GNSS 守时

开始您的时脉选型与评估