Hvorfor har GPS-modtagere 1 PPS-output?

1 PPS-output har en meget lavere jitter end noget, en MCU kan gøre. I nogle mere krævende applikationer kan du bruge, at pulsen kan bruges til at time ting meget nøjagtigt. Med nogle GPSer af videnskabelig kvalitet kan denne 1 PPS-output være nøjagtig til bedre end 1 nS.

Kommentarer

• +1, og se min uddybning
• GPS-satellitter har atomure, hvorfor PPS-signalet er så nøjagtigt. Selvom output øjeblikkeligt er nøjagtigt til kun 1 ms, vil det aldrig akkumulere mere end 1 ms fejl i forhold til det faktiske antal sekunder, der er forløbet.
• Hvorfor forstyrres det meget nøjagtige 1PPS-signal ikke ‘, mens det bevæger sig på vej fra det ydre rum eller et andet kredsløb ‘ t forstyrrer det?
• @abdullahkahraman output på 1 ppm kommer ikke ‘ t direkte fra en satellit. Det kommer fra modtagerens eget interne ur. Det ur er synkroniseret med satellitterne. 1 pps output går ikke ‘, hvis modtageren mister modtagelse (det bliver bare mindre nøjagtigt).
• @dfc Ok, Mr. Pedantic: Jeg Hvis du ønsker, at en GPS skal have en høj nøjagtighed, skal den have et internt nøjagtigt ur. Denne ting har et meget højt nøjagtigt internt ur! Det bruger dette ur plus den interne GPS-satellitmodtager til at udsende en meget nøjagtig puls, der er synkroniseret med UTC-tid. Det fungerer nøjagtigt som mange andre GPS-modtagere med en 1pps (eller andre pps) output. Det sker bare for at være enormt, ikke særlig bærbart og koster mere end dit hus. Det passer perfekt til udtrykket ” GPS-videnskabelig karakter “.

Langsigtet er 1 Hz signalet sandsynligvis den mest nøjagtige tid, og så også frekvens, reference, som du nogensinde vil støde på.

Du er effektivt at få noget i retning af en cæsiumur-tidsreference for prisen på et GPS-modul. En god handel. Du kan købe kommerciel ” disciplineret oscillator ” enheder og designs til DIY-enheder er tilgængelige. En DO er ikke frekvenslåst i sig selv, men sparkes forsigtigt i lås af fejlsignaler mellem et 1 H-signal genereret af lokale og GPS-ure.

Disciplinerede oscillatorer

Standardtid hvor som helst De siger –

• Ovniserede kvartskrystaloscillatorer Når en enkelt (OCXO) eller dobbelt (DOCXO) temperaturstyrende ovn vikles rundt om krystal og dets oscillerende kredsløb, kan frekvensstabiliteten forbedres to til fire størrelsesordener i forhold til TCXOs. Sådanne oscillatorer anvendes i laboratorie- og kommunikationskvalitetsapplikationer og har ofte midlerne til at justere deres udgangsfrekvens via elektronisk frekvensstyring. På denne måde kan de være ” disciplineret ” for at matche frekvensen af en GPS- eller Loran-C-referencemodtager.

GPS-disciplinerede DOCXOer er stratum I primære referencekilder (PRS) for mange af verdens kabelforbundne telekommunikationssystemer. De er også bredt anvendt som GPS-tids- og frekvensreferencer for de basestationer, der fungerer under IS -95 standard for CDMA-mobiltelefonsystemer (Code Division Multiple Access) med oprindelse fra Qualcomm. Den store mængde af disse basestationsapplikationer har dybt påvirket OCXO-markedet ved at sænke priserne ned og konsolidere leverandørerne.

Super simpelt DIY DO

Brooks Shera DO

Find ud af, hvor godt du har gjort det

Kommercielt modul – 0,1 dele pr. Milliard pr. Dag.

Kommerciel med grafer

UTC-tracker

@DavidKessners svar er i tråd med hvad jeg vil sige, men jeg ville uddybe det, og det er lidt mere end en kommentar.

Denne udgang kan bruges til at sige at vække MCUen (fra en dyb dvaletilstand) en gang pr. sekund (til inden for et par nano-sekunder) i et program, hvor du var interesseret i, at MCUen gjorde noget på et bestemt sekund med stor nøjagtighed.

En MCU kunne også bruge dette signal til at beregne dets egen timingnøjagtighed og kompensere for det i software. Så MCU kunne “måle “pulsvarigheden, og antag at det er et” perfekt “1s interval. Dermed kan det effektivt bestemme den tid, der strækker sig eller klemmer, det oplever, f.eks. på grund af temperatureffekter på dets krystal eller hvad som helst, og anvende denne tidsfaktor til eventuelle målinger, den foretager.

Har designet robust Robot OCXO til barske raketmiljøer og sporing af flydende vejrstationer før GPS .. faktisk efter at kun 1. GPS (GOES 1) blev lanceret, bringer den gode minder tilbage.

Vigtigheden af stabilitet afhænger af afbrydelser og hvor meget fejl du har kan tåle under afbrydelse eller LOS (tab af signal) samt optagelsestid. Når du multiplicerer f med N med PLL-dividerer, multiplicerer du også fasefejl. Så det er vigtigt at sørge for at minimere drift og fasestøj.

I min OCXO valgte jeg 10MHz til OCXO, 100KHz til raketens FM-underbære-telemetri og 10KHz til mixerens jordstation for at spore raketten “s position. Området for køretøjets rejse er simpelthen faseforskellen ved hjælp af forskelfrekvensen og fasen for telemetri-underbæreren og jordstationen ved den valgte f med Δλ = c / f med Δposition = Δλ + cyklustællinger. Frekvensfejlen repræsenterer hastighed som i radarhastighed. Så med 1 PPS (1Hz) ur kan du understøtte et stort interval og tidsinterval uden cyklus springer over eller tæller på præcis faseforskel. Bemærk, at en cyklus spring i fase fejl kan være N cyklusser, hvilket betyder tvetydighed af akkumuleret fejl .. forudsat at LOS fejl er vigtig.

Redundans er nøglen til pålidelighed, hvis du har valg og rangordning af kilder fra stratum 1, 2, & 3 ure i tilfælde af afbrydelse. Telekommunikationssynkrone højhastighedsnetværk afhænger af præcise ure, ligesom licenserede radioer gør. Netværk bruger intelligent fejllogning til rangering af referencer til Stratum-urkilder.

Det kræver selvfølgelig uber-flid i designet af din DO. Volumener af bøger om standarder definerer disse regler.

Jeg tror, du skal læse om den enhed, du har (som nogle er forskellige), men jeg vil gætte, at det skal bruges som en tidssynkronisering. Dvs. du får en besked, der siger, at næste puls kommer på tidspunktet INUTC.

“GPSClock 200 har en RS-232-udgang, der giver NMEA-tidskoder og et PPS-udgangssignal. Cirka et halvt sekund før udsender den tidspunktet for den næste PPS-puls i enten GPRMC- eller GPZDA-format. Inden for en mikrosekund fra begyndelsen af UTC-sekundet bringer det PPS-output højt i ca. 500 ms. “

Mens en GPS-modtager kan sende en komplet tidsstempel opstrøms (via NMEA osv.), vil den tid det tager for tidsstemplet at komme over til værten ville gøre tidsstemplet unøjagtigt. Et 1PPS-signal er GPS-modtageren ækvivalent med “med tiden vil tiden være tolvtredive og 35 sekunder … [bip]”. Antagelsen her er, at værtsuret kan forblive nøjagtigt i 1 sek, og hvert sekund får det en korrektion via 1PPS.

Jeg kan godt lide svaret fra “PV Subramanian” som at være til det punkt. Dette er netop det typiske formål med 1 PPS. Giv en præcis 1-sekunders kant til at udvide en fuld “tid på dagen” -informationsblok modtaget med nogle mindre nøjagtige måder (asynkroniseret seriel linje, typisk).

Når vi taler om oscillatorer, ser det ud til, at i handlen af “tidsstandarder” og GPS er 10 MHz et meget populært valg. Og lokale oscillatorer i GPS-modtagere kan groft opdeles i to kategorier: dem, der resulterer i nøjagtigt 1: 10000000 forhold mellem 10MHz output og PPS (fasesynkron) og dem, hvor PPS output viser trinvise justeringer (springer / indsætter kryds af 10 MHz tidsbase). De “synkrone” krystaloscillatorer er mere præcise og kræves til nogle formål. De kræver også “ovnkontrol” (OCXO), som bruger lidt ekstra strøm. Intet godt til batteridrevne enheder, fremragende til stationær tidtagning. De “springende” oscillatorer er gode nok til grundlæggende positioneringsbrug og er billigere, så det er hvad du får i de billigste GPS-modtagermoduler. Da de typisk mangler ovnkontrol, falder de generelt ind under TCXO-kategorien.

Til PLL-kontrol af en eller anden ekstern krystaloscillator er kanterne på 1 PPS måske anbragt temmelig langt fra hinanden, du har brug for en temmelig lang integrationstid i PLL-servosløjfen. En 10 MHz signalkilde af god kvalitet giver dig mulighed for at opnå god lås meget hurtigere. Men fangsten er – “god kvalitet”. Se ovenfor. Bortset fra det er 1PPS bestemt meget god nok til at disciplinere systemets tidsbase for noget OS eller NTPd, der kører på pc-hardware.

Som andre har sagt, er 1PPS-output fra en GPS-modtager afledt af en lokal krystal oscillator, krydsende inde i modtageren. Dette plejede typisk at være en 10 MHz krystal. Denne lokale krystaloscillator er virkelig en VCO, der giver mulighed for små justeringer i dens faktiske urhastighed. Denne VCO-indgang bruges til lukket kredsløbskontrol (negativ feedback-stil), hvor GPS-signalet fra en håndfuld satellitter (kombineret) fungerer som en reference. Funktionsblokken i en GPS-modtager, der udfører afkodningen af den “krypterede spaghetti” af pseudo-tilfældige bitstrømme på en delt bærer med varierede signalniveauer og doppler-skift, denne blok kaldes en “korrelator”. Den bruger noget tungt antal knasende for at finde en optimal “løsning” til positions- og tidsproblemet, baseret på de modtagne radiosignaler, sammenligner dem med den lokale tidsbase – og evaluerer løbende en lille fejl / afvigelse mellem radiomodtagelsen og lokal krystal, som den føder tilbage til krystalets VCO-input … dermed lukket kredsløbskontrol. Fra timingperspektiv er GPS-modtagerens korrelator bare en ekstremt kompleks PLL-komparator ting 🙂

Andre har nævnt Symmetricom og TimeTools … Meinberg Funkuhren har en god tabel over oscillatorerne, de tilbyder, og som indeholder alle tænkelige præcisionsparametre: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Bemærk, at de citerede præcisioner sandsynligvis stadig er konservative / pessimistiske estimater.

Alle eksisterende svar taler om præcisionstiming applikationer; Jeg vil bare påpege, at 1 pps signalet også er vigtigt for navigation — især når modtageren bevæger sig.

Det tager lidt tid for modtageren at beregne hver navigationsløsning og yderligere tid til at formatere løsningen i en eller flere meddelelser og transmittere dem over en eller anden form for kommunikationslink (normalt serielt). Dette betyder, at når resten af systemet kan gøre brug af informationen, er den allerede “forældet” med måske flere hundrede millisekunder.

De fleste lavpræcisions-hobbyapplikationer ignorerer denne detalje, men i en præcisionsapplikation, der muligvis kører på 30 til 100 meter / sekund, introducerer dette mange meter fejl, hvilket gør det til den dominerende kilde til total fejl.

Formålet med output på 1 pps er at indikere nøjagtigt når den position, der er angivet i navigationsmeddelelsen (e) var gyldig, hvilket gør det muligt for applikationssoftwaren at kompensere for kommunikationsforsinkelsen. Dette er især vigtigt i hybrid GPS-inertielle systemer, hvor MEMS-sensorer bruges til at levere interpolerede navigationsløsninger ved høje samplingshastigheder (hundreder af Hertz).

Kommentarer

• Tænkte aldrig på det, men hvis kurset! Efter konvention er matchningen typisk matchende med den stigende eller faldende kant af pps ud?
• @bigjosh: Forskellen mellem stigende og faldende afhænger af polaritet og er derfor vilkårlig. Du skal tale om en forreste og bageste kant af pulsen. Som kan defineres ved hjælp af polaritet (som kan forhandles) eller ved at angive en pulslængde eller en driftscyklus, helst anden end 50% 😉 Jeg ‘ har kodet noget omkring Intel i210 GPIO brugt som PPS-input, og den kaster en begivenhed på hver kant, stiger eller falder, og der er ‘ ingen måde at finde ud af polaritet i SW. Jeg var nødt til at udlede forskellen fra timing ved at kende min PPS-kildes arbejdscyklus …

Vi bruger 1PPS-output genereret af GPS-modtagere til at give meget nøjagtig tid til stratum 1 NTP Network Time Servers. 1PPS genereres i starten af hvert sekund, og i tilfælde af mange modtagere er det nøjagtigt inden for få nanosekunder af UTC-tid. Nogle GPS-modtagere er ikke så gode til at give tid, da den tilknyttede serielle tidsudgang kan “vandre” på hver side af den tilsigtede pulsudgang. Dette genererer effektivt periodisk et sekunders forskydning.

1PPS-udgangen kan også bruges til at disciplinere OCXO- eller TCXO-baserede oscillatorer til at give holdover i tilfælde af tab af GPS-signaler. Nedenstående link giver nogle flere oplysninger om brugen af GPS i tidsreferencer:

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

1 PPM-signal bruges til synkroniseringsformål.Antag at du har to enheder placeret langt væk, og at du vil generere urimpulser i begge enheder, der starter nøjagtigt på samme tid, hvad kan du gøre? Det er her dette 1 PPM signal bruges. GPS-modul giver impulser med en nøjagtighed på 1 ns over hele verden.

Kommentarer

• Hvad er 1 PPM-signal?