Proč mají přijímače GPS výstup 1 PPS?

Výstup 1 PPS má mnohem menší chvění než všechno, co dokáže MCU. V některých náročnějších aplikacích můžete tento pulz použít k přesnému načasování věcí. U některých vědeckých systémů GPS může být tento výstup 1 PPS přesný na lepší než 1 nS.

Komentáře

• +1 a podívejte se na mé zpracování
• satelity GPS mají atomové hodiny, a proto je signál PPS tak přesný. I když je výstup okamžitě přesný pouze na 1 ms, nikdy neshromadí více než 1 ms chyby ve srovnání se skutečným počtem kolik sekund již uplynulo.
• Jak to, že velmi přesný signál 1PPS není ‚ rušen, když cestuje z vesmíru nebo z jiných obvodů? ‚ Neruší to?
• @abdullahkahraman Výstup 1 ppm nepochází ‚ přímo ze satelitu. pochází z vlastních interních hodin přijímače. Tyto hodiny jsou synchronizovány se satelity. Výstup 1 pps ‚ nezmizí, pokud přijímač ztratí příjem (bude méně přesný).
• @dfc Dobře, pane Pedantiku: Já Pokud chcete, aby GPS měl vysoce přesný výstup, musí mít vysoce přesné vnitřní hodiny. Ta věc má velmi přesné vnitřní hodiny! Využívá tyto hodiny a interní satelitní přijímač GPS k výstupu velmi přesného pulzu, který je synchronizován s časem UTC. Funguje přesně jako mnoho jiných přijímačů GPS s výstupem 1 pps (nebo jiných pps). Prostě se stane obrovským, nepříliš přenosným a stojí víc než váš dům. Dokonale zapadá do termínu “ vědecké třídy GPS „.

Z dlouhodobého hlediska je signál 1 Hz pravděpodobně nejpřesnější čas, a tedy i frekvence, reference, se kterou se kdy setkáte.

Jste efektivní získání něčeho jako časového odkazu na cesiové hodiny za cenu modulu GPS. Smlouva. Můžete si koupit komerční “ disciplinované oscilátory “ a k dispozici jsou návrhy pro kutily. DO není kmitočet uzamčen sám o sobě, ale je jemně kopl do zámku chybovými signály mezi 1 H signálem generovaným místními a GPS hodinami.

Disciplinované oscilátory

Standardní čas kdekoli Říká se –

• oscilátory s křemenným krystalem, když je kolem trouby ovinuta jedna (OCXO) nebo dvojitá (DOCXO) pec na regulaci teploty Díky krystalu a jeho oscilačním obvodům může být frekvenční stabilita vylepšena o dva až čtyři řády ve srovnání s TCXO. Takové oscilátory se používají v laboratorních a komunikačních aplikacích a často mají prostředky k nastavení jejich výstupní frekvence pomocí elektronického řízení frekvence. Tímto způsobem mohou být “ disciplinovaní “ tak, aby odpovídali frekvenci přijímače referencí GPS nebo Loran-C.

DOCXO s disciplínou GPS jsou primární referenční zdroje Stratum I (PRS) pro mnoho světových kabelových telekomunikačních systémů. Jsou také široce používány jako GPS časové a frekvenční reference pro základnové stanice pracující pod IS Standard -95 pro systémy celulárních mobilních telefonů Code Division Multiple Access (CDMA) vytvořený společností Qualcomm. Samotný objem těchto aplikací základnových stanic výrazně ovlivnil trh OCXO tím, že snižoval ceny a konsolidoval dodavatele.

Super jednoduché kutilství DO

Brooks Shera DO

Zjištění, jak dobře jste se vydali

Komerční modul – 0,1 částice na miliardu denně.

Komerční s grafy

UTC tracker

@DavidKessnerova odpověď je v souladu s tím, co se chystám říct, ale chtěl jsem to rozvinout, a to je trochu víc než komentář.

Tento výstup lze použít například k probuzení MCU (z režimu hlubokého spánku) jednou za sekundu (do několika nanosekund) v aplikaci, kde vám záleželo na tom, aby MCU něco dělalo konkrétní sekundu, s velkou přesností.

MCU může také použít tento signál k výpočtu vlastní přesnosti načasování a kompenzovat ji v softwaru. MCU tedy mohla měřit „trvání pulzu a předpokládejme, že se jedná o„ dokonalý “interval 1 s. Tímto způsobem by bylo možné efektivně určit časový roztah nebo stlačení, které prožívá, řekněme kvůli teplotním vlivům na jeho krystal nebo cokoli jiného, a použít tento časovací faktor na jakákoli měření, která provádí.

Navrhnutí robustního OCXO pro drsná raketová prostředí a sledování plovoucích meteorologických stanic před GPS .. ve skutečnosti po spuštění pouze 1. GPS (GOES 1) přináší vzpomínky.

Důležitost stability závisí na výpadcích a na množství chyb může tolerovat během výpadku nebo LOS (ztráta signálu) i doby snímání. Když vynásobíte f pomocí N děličem PLL, znásobíte také fázovou chybu. Proto je nezbytná péče o minimalizaci driftu a fázového šumu.

V mém OCXO jsem zvolil 10MHz pro OCXO, 100KHz pro telemetrii FM sub-nosné rakety a 10KHz pro pozemní stanici mixéru pro sledování rakety pozice. Rozsah pro jízdu vozidla je jednoduše fázový rozdíl pomocí rozdílové frekvence a fáze telemetrického pomocného nosiče a pozemní stanice ve zvoleném f s Δλ = c / f s Δpozicí = Δλ + počty cyklů. Frekvenční chyba představuje rychlost jako v rychlosti radaru. Takže s hodinami 1 PPS (1 Hz) můžete podporovat velký rozsah a časový interval bez vynechání cyklu nebo počítání s přesným fázovým rozdílem. Všimněte si, že přeskočení cyklu ve fázové chybě může být N cyklů, což znamená nejednoznačnost akumulované chyby .. za předpokladu, že je důležitá chyba LOS.

Redundance je klíčem ke spolehlivosti, pokud máte na výběr a pořadí zdrojů ze stratumu 1, 2, & 3 hodiny pro případ výpadku. Telekomunikační synchronní vysokorychlostní sítě závisí na přesných hodinách stejně jako licencovaná rádia. Sítě používají inteligentní protokolování chyb pro hodnocení odkazů na zdroje hodin Stratum.

Při návrhu vašeho DO to samozřejmě vyžaduje pečlivou péči. Objem knih o normách definuje tato pravidla.

Myslím, že si musíte přečíst jednotku, kterou máte (jako některé jsou různé), ale domnívám se, že to má být použito jako synchronizace času. Tj. Dostanete zprávu, že příští puls přijde v timeInUTC.

„GPSClock 200 má výstup RS-232, který poskytuje časové kódy NMEA a výstupní signál PPS. Asi půl vteřiny před výstupem čas dalšího PPS pulzu ve formátu GPRMC nebo GPZDA. Během jedné mikrosekundy od začátku sekundy UTC sekundy zvýší výstup PPS na přibližně 500 ms. “

Zatímco přijímač GPS může odeslat kompletní časovou značku proti proudu (prostřednictvím NMEA atd.), doba, kterou časová známka potřebuje, aby se dostala k hostiteli, by potřebovala vykreslení časové značky nepřesné. Signál 1PPS je přijímač GPS ekvivalentní „u tónu bude čas dvanáct třicet tři a 35 sekund … [pípnutí]“. Předpokladem je, že hodiny hostitele mohou zůstat přesné pro 1 s a každou sekundu dostane korekci prostřednictvím 1PPS.

Líbí se mi odpověď od „PV Subramanian“ jako věc k věci. To je přesně typický účel 1 PPS. Poskytněte přesnou 1sekundovou hranu, abyste rozšířili celý informační blok „denní doby“ přijímaný méně přesnými prostředky (obvykle asynchronní sériová linka).

Když už mluvíme o oscilátorech, zdá se, že v obchodě „časových standardů“ a GPS je velmi oblíbenou volbou 10 MHz. Lokální oscilátory v přijímačích GPS lze zhruba rozdělit do dvou kategorií: ty, jejichž výsledkem je poměr přesně 1: 10 000 000 mezi výstupem 10 MHz a PPS (fázově synchronní) a ty, kde výstup PPS vykazuje postupné úpravy (přeskakování / vkládání klíšťata časové základny 10 MHz). „Synchronní“ krystalové oscilátory jsou přesnější a pro některé účely jsou potřebné. Vyžadují také „ovládání trouby“ (OCXO), které spotřebovává trochu energie navíc. Není dobré pro zařízení napájená z baterie, vynikající pro stacionární použití časomíry. „Přeskakující“ oscilátory jsou pro základní použití polohování dost dobré a jsou levnější, takže to získáte v nejlevnějších modulech GPS přijímače. Protože obvykle nemají kontrolu nad troubou, obvykle spadají do kategorie TCXO.

Pro ovládání PLL u některého externího krystalového oscilátoru jsou okraje 1 PPS možná rozmístěny dost daleko od sebe, budete potřebovat docela dlouhou dobu integrace do PLL servo smyčky. Kvalitní zdroj signálu 10 MHz vám umožní dosáhnout dobrého zámku mnohem rychleji. Ale háček je – „kvalitní“. Viz výše. Kromě toho je 1PPS určitě dost dobrý na to, aby disciplinoval časovou základnu systému některých OS nebo NTPd spuštěných na hardwaru počítače.

Jak již řekli jiní, výstup 1PPS z přijímače GPS je odvozen z místního krystalu oscilátor, tikající uvnitř přijímače. Obvykle to byl krystal 10 MHz. Tento lokální krystalový oscilátor je ve skutečnosti VCO, což umožňuje malé úpravy jeho skutečné frekvence hodin. Tento vstup VCO se používá pro řízení v uzavřené smyčce (styl negativní zpětné vazby), kde slouží jako reference signál GPS z několika satelitů (kombinovaný). Funkční blok v přijímači GPS, který provádí dekódování „míchaných špaget“ pseudonáhodných bitových toků na sdílené nosné, s různými úrovněmi signálu a dopplerovskými posuny, se tomuto bloku říká „korelátor“. Využívá velké zhroucení čísel k nalezení optimálního „řešení“ polohového a časového „problému“ na základě přijatých rádiových signálů a jejich porovnání s místní časovou základnou – a nepřetržitě vyhodnocuje malou chybu / odchylku mezi rádiovým příjmem a lokální krystal, který se vrací zpět do vstupu VCO krystalu … tedy ovládání v uzavřené smyčce. Z pohledu načasování je korelátor přijímače GPS jen extrémně složitou věcí PLL komparátoru 🙂

Jiní zmínili Symmetricom a TimeTools … Meinberg Funkuhren má pěknou tabulku oscilátorů, které nabízejí, obsahující všechny myslitelné parametry přesnosti: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Upozorňujeme, že uvedené přesnosti jsou pravděpodobně stále konzervativní / pesimistické odhady.

Všechny stávající odpovědi hovoří o aplikacích přesného načasování; Chtěl bych jen poukázat na to, že signál 1 pps je důležitý i pro navigaci — zvláště když se přijímač pohybuje.

Přijímač nějakou dobu trvá vypočítat každé navigační řešení a další čas na naformátování tohoto řešení do jedné nebo více zpráv a jejich přenos přes jakýsi komunikační spoj (obvykle sériově). To znamená, že v době, kdy zbytek systému může tyto informace využít, je již „zastaralý“ asi o několik stovek milisekund.

Většina aplikací s nízkou přesností pro fandy tento detail ignoruje, ale v přesné aplikaci, která může cestovat rychlostí 30 až 100 metrů za sekundu, to zavádí mnoho metrů chyby, což z ní činí dominantní zdroj celkové chyby.

Účelem výstupu s 1 pps je přesně označit když poloha uvedená v navigačních zprávách byla platná, což umožňuje aplikačnímu softwaru kompenzovat zpoždění komunikace. To je zvláště důležité v hybridních inerciálních systémech GPS, ve kterých se senzory MEMS používají k poskytování interpolovaných navigačních řešení při vysokých vzorkovacích frekvencích (stovky Hertzů).

Komentáře

• To mě nikdy nenapadlo, ale pokud samozřejmě! Podle konvence se oprava obvykle shoduje se vzestupnou nebo sestupnou hranou pps out?
• @bigjosh: Rozdíl mezi stoupáním a klesáním závisí na polaritě, a je tedy libovolný. Měli byste mluvit o přední a zadní hraně pulzu. Což lze definovat polaritou (která je obchodovatelná) nebo zadáním délky pulzu nebo pracovního cyklu, pokud možno jiné než 50% 😉 Něco kolem jsem kódoval ‚ Intel i210 GPIO použitý jako vstup PPS a vrhá událost na každou hranu, stoupá nebo klesá, a ‚ neexistuje způsob, jak zjistit polaritu v SW. Musel jsem odvodit rozdíl od načasování, protože jsem znal pracovní cyklus mého zdroje PPS …

Používáme výstup 1PPS generovaný přijímači GPS k zajištění velmi přesného času pro síťové časové servery NTP stratum 1. 1PPS je generován na začátku každé sekundy a v případě mnoha přijímačů je přesný během několika nanosekund času UTC. Některé GPS přijímače nejsou tak dobré v poskytování času, protože přidružený sériový časový výstup může „bloudit“ zamýšleným pulzním výstupem každé jeho strany. To efektivně periodicky generuje offset jedné sekundy.

Výstup 1PPS lze také použít k ukáznění oscilátorů založených na OCXO nebo TCXO k zajištění pozdržení v případě ztráty signálů GPS. Níže uvedený odkaz poskytuje další informace týkající se použití GPS v časových referencích:

http://www.timetools.co.uk/2013/07/23/timetools-gps-ntp-servers/

1 PPM signál se používá pro účely synchronizace.Předpokládejme, že máte dvě zařízení umístěná ve vzdálené vzdálenosti a chcete v obou zařízeních generovat hodinové impulsy, které začínají přesně ve stejnou dobu, co můžete dělat? Zde se používá tento 1 PPM signál. GPS modul dává pulsy s přesností na 1ns po celém světě.

Komentáře

• Co je 1 signál PPM?