Miksi GPS-vastaanottimilla on 1 PPS-lähtö?

1 PPS -ulostulossa on paljon pienempi värinä kuin mitä MCU voi tehdä. Joissakin vaativissa sovelluksissa voit käyttää sitä, että pulssi voidaan käyttää ajankohtaan hyvin tarkasti. Joillakin tieteellisillä GPS-tasoilla tämä 1 PPS-lähtö voi olla tarkempi kuin 1 nS.

Kommentit

• +1, ja katso yksityiskohtiani
• GPS-satelliiteissa on atomikelloja, minkä vuoksi PPS-signaali on niin tarkka. Vaikka lähtö olisi hetkellisen tarkka vain 1 ms: iin asti, se ei koskaan kerää enempää kuin 1 ms virhettä todelliseen lukuun nähden sekuntia, jotka ovat kuluneet.
• Miksi tämä erittäin tarkka 1PPS-signaali ei ’ häiritse, kun se kulkee matkalla ulkoavaruudesta tai jokin muu piiri ei ’ häiritse sitä?
• @abdullahkahraman 1 ppm: n lähtö ’ ei tule suoraan satelliitista. Se tulee vastaanottimen omasta sisäisestä kellosta. Kello on synkronoitu satelliittien kanssa. 1 pps: n lähtö ’ ei katoa, jos vastaanotin menettää vastaanoton (se vain muuttuu epätarkemmaksi).
• @dfc Ok, herra Pedantic: Minä Jos haluat, että GPS: n lähtö on erittäin tarkka, sen sisäisen kellon on oltava erittäin tarkka. Siinä on erittäin tarkka sisäinen kello! Se käyttää tätä kelloa sekä sisäistä GPS-satelliittivastaanotinta erittäin tarkan pulssin tuottamiseen, joka on synkronoitu UTC-ajan kanssa. Se toimii täsmälleen kuten monet muut GPS-vastaanottimet, joiden lähtö on 1pps (tai muita pps). Se sattuu olemaan valtava, ei kovin kannettava, ja maksaa enemmän kuin talosi. Se sopii täydellisesti termiin ” tieteellinen GPS-taso ”.

Pitkällä aikavälillä 1 Hz: n signaali on todennäköisesti tarkin aika ja siten myös taajuusviite, jonka kohtaat koskaan.

Olet tehokkaasti GPS-moduulin kustannusten kaltaisen cesium-kelloviitteen kaltaisen hankkiminen. Tarjous. Voit ostaa kaupallisia ” kurinalaista oskillaattoria ” ja DIY-malleja on saatavana. DO ei ole taajuuslukittu sinänsä, mutta se potkaistaan varovasti lukkoon virhesignaaleilla paikallisten ja GPS-kellojen tuottaman 1 H-signaalin välillä.

Kurinalaista oskillaattoria

Keskiaika missä tahansa He sanovat –

• Uunitut kvartsik oskillaattorit Kun yksi (OCXO) tai kaksinkertainen (DOCXO) lämpötilan säätöuuni kääritään Kiteen ja sen värähtelypiirien avulla taajuuden vakautta voidaan parantaa kahdesta neljään suuruusluokkaan verrattuna TCXO: n. Tällaisia oskillaattoreita käytetään laboratorio- ja tietoliikennesovelluksissa, ja niillä on usein keinot säätää lähtötaajuuttaan elektronisen taajuusohjauksen avulla. Tällä tavalla ne voidaan ” kurinpidolla ” sovittaa GPS- tai Loran-C-vertailuvastaanottimen taajuuteen.

GPS-kurinalaiset DOCXO-laitteet ovat Stratum I: n ensisijaisia viitelähteitä (PRS) monille maailman langallisille tietoliikennejärjestelmille. Niitä käytetään myös laajasti GPS-aika- ja taajuusviitteinä IS: n alla toimiville tukiasemille. Qualcommin alkuperäisten Code Division Multiple Access (CDMA) -matkapuhelinjärjestelmien standardi -95. Näiden tukiasemasovellusten suuri määrä on vaikuttanut syvästi OCXO-markkinoihin alentamalla hintoja ja yhdistämällä toimittajia.

Erittäin yksinkertainen DIY DO

Brooks Shera DO

Suorituksen selvittäminen

Kaupallinen moduuli – 0,1 miljardia osaa päivässä.

Mainosta graafisilla kuvilla

UTC-seuranta

@DavidKessnerin vastaus on linjassa sen kanssa, mitä aion sanoa, mutta halusin tarkentaa, ja tämä on vähän enemmän kuin kommentti.

Tätä ulostuloa voidaan käyttää esimerkiksi herättämään MCU (syvältä lepotilalta) kerran sekunnissa (muutaman nano-sekunnin sisällä) sovelluksessa, jossa välität siitä, että MCU tekee jotain tietty sekunti suurella tarkkuudella.

MCU voisi myös käyttää tätä signaalia laskemaan oman ajoitustarkkuuden ja kompensoimaan sen ohjelmistossa. Joten MCU voisi ”mitata” ”Pulssin kesto, ja oletetaan, että se on” täydellinen ”1 sekunnin aikaväli. Tällöin se voisi määrittää tehokkaasti sen ajan venyttämisen tai puristamisen, joka johtuu esimerkiksi sen kristalliin tai mihin tahansa kohdistuvista lämpötilavaikutuksista, ja soveltaa tätä ajoituskerrointa kaikki mittaukset, joita se suorittaa.

Olette suunnitelleet kestävän OCXO: n ankariin rakettiympäristöihin ja kelluvien sääasemien seuraamiseen ennen GPS: ää .. itse asiassa vasta ensimmäisen GPS: n (GOES 1) käynnistämisen jälkeen se tuo mukavia muistoja.

Vakauden merkitys riippuu katkoksista ja siitä, kuinka paljon virheitä voi sietää katkoksen tai LOS: n (signaalin menetys) aikana sekä sieppausajan. Kun kerrot f: n N: llä PLL-jakajalla, kerrot myös vaihevirheen. Joten ajamisen ja vaihekohinan minimointi on välttämätöntä.

OCXO-laitteessani valitsin OCXO: lle 10 MHz, raketin FM-alikantoaallon telemetrialle 100 KHz ja sekoittimen maa-asemalle 10 KHz raketin seuraamiseksi. ”sijainti. Ajoneuvon kulkemisen alue on yksinkertaisesti vaihe-ero käyttäen telemetrian alikantoaallon ja valitun f: n maa-aseman erotaajuutta ja vaihetta, kun Δλ = c / f ja Δposition = Δλ + jaksolaskenta. Taajuusvirhe edustaa nopeutta kuten tutkanopeudella. Joten 1 PPS (1Hz) -kellolla voit tukea suurta aluetta ja aikavälejä ilman jaksojen hyppyjä tai laskemalla tarkan vaihe-eron. Huomaa, että vaihevirheiden jaksohyppy voi olla N jaksoa, mikä tarkoittaa kertyneen virheen epäselvyyttä .. olettaen, että LOS-virhe on tärkeä.

Redundanssi on avain luotettavuuteen, jos sinulla on valintaa ja luokittelu lähteitä Stratum 1: stä 2, & 3 kelloa sähkökatkon sattuessa. Televiestinnän synkroniset suurnopeusverkot riippuvat tarkoista kelloista samoin kuin lisensoidut radiot. Verkot käyttävät älykästä virhekirjausta Stratumin kellolähteiden viitteiden luokittelussa.

Tämä tietysti vaatii uber-huolellisuutta DO: n suunnittelussa. Nämä säännöt määrittelevät standardeja käsittelevissä kirjoissa.

Mielestäni sinun on luettava yksikkösi (kuten jotkut ovat erilaisia), mutta luulisin, että sitä tulee käyttää ajan synkronointina. Toisin sanoen saat viestin, jonka mukaan seuraava pulssi tulee aikaan timeInUTC.

”GPSClock 200: lla on RS-232-lähtö, joka antaa NMEA-aikakoodit ja PPS-lähtösignaalin. Noin puoli sekuntia ennen sitä se lähettää seuraavan PPS-pulssin aika joko GPRMC- tai GPZDA-muodossa. Yhden mikrosekunnin sisällä UTC-sekunnin alusta se nostaa PPS-lähdön korkeaksi noin 500 ms: n ajan. ”

Vaikka GPS-vastaanotin voi lähettää täydellisen aikaleiman ylävirtaan (NMEA: n kautta jne.), aika, jonka aikaleiman kulkeminen isännälle kestää, olisi tehdä aikaleima epätarkaksi. 1PPS-signaali on GPS-vastaanottimen ekvivalentti ”äänellä kellonaika on kaksikymmentäkymmentäkolme ja 35 sekuntia … [äänimerkki]”. Oletuksena on, että isännän kello voi pysyä tarkkana 1 s, ja joka sekunti se korjaa 1PPS: n kautta.

Pidän PV Subramanianin vastauksesta. olevan asiaankuuluva. Tämä on juuri yhden PPS: n tyypillinen tarkoitus. Anna tarkka sekunnin reuna täydentämään ”kellonajan” tietolohkoa, joka on vastaanotettu epätarkemmilla keinoilla (tyypillisesti asynkroninen sarjalinja).

Oskillaattoreista puhuttaessa näyttää siltä, että kaupassa ”aikastandardien” ja GPS: n 10 MHz on erittäin suosittu valinta. Ja GPS-vastaanottimien paikalliset oskillaattorit voidaan karkeasti jakaa kahteen luokkaan: ne, jotka johtavat tarkalleen 1: 10000000 -suhteeseen 10 MHz: n lähdön ja PPS: n (vaihe-synkroninen) välillä, ja ne, joissa PPS-ulostulossa säädetään vaiheittain (ohittaminen / lisääminen 10 MHz: n aikajakson punkit). ”Synkroniset” kideoskillaattorit ovat tarkempia ja niitä tarvitaan joihinkin tarkoituksiin. Ne edellyttävät myös ”uunin ohjausta” (OCXO), joka kuluttaa jonkin verran ylimääräistä virtaa. Ei hyvä akkukäyttöisille laitteille, erinomainen kiinteään ajankäyttöön. ”Ohittavat” oskillaattorit ovat riittävän hyviä peruskohdistuskäyttöön ja ovat halvempia, joten juuri tämän saat halvimmissa GPS-vastaanotinmoduuleissa. Koska niiltä puuttuu tyypillisesti uunin hallinta, ne kuuluvat yleensä TCXO-luokkaan.

Joidenkin ulkoisten kideoskillaattoreiden PLL-ohjausta varten yhden PPS: n reunat ovat kenties melko kaukana toisistaan, tarvitset melko pitkän integrointiajan PLL-servosilmukkaan. Hyvälaatuinen 10 MHz: n signaalilähde antaa sinulle hyvän lukituksen paljon nopeammin. Mutta saalis on – ”hyvä laatu”. Katso edellä. Sen lisäksi, 1PPS on varmasti tarpeeksi hyvä kurinpitamaan joidenkin PC-laitteistoilla toimivien käyttöjärjestelmien tai NTPd: n järjestelmän aikajaksoa.

Kuten muut ovat sanoneet, GPS-vastaanottimen 1PPS-lähtö on johdettu paikallisesta kiteestä. oskillaattori, tikittää vastaanottimen sisällä. Tyypillisesti tämä oli aikaisemmin 10 MHz: n kide. Tämä paikallinen kideoskillaattori on todella VCO, joka mahdollistaa pienet säätöjä sen todellisessa kellotaajuudessa. Tätä VCO-tuloa käytetään suljetun silmukan ohjaukseen (negatiivinen takaisinkytkentätyyli), jossa kourallisen satelliittien (yhdistetty) GPS-signaali toimii vertailukohtana. Toimintolohko GPS-vastaanottimessa, joka dekoodaa pseudosatunnaisten bittivirtojen ”sekoitetut spagetit” jaetulla kantoaallolla, vaihtelevilla signaalitasoilla ja dopplerisiirroilla, tätä lohkoa kutsutaan ”korrelaattoriksi”. Se käyttää jonkin verran raskasta numeromurskausta löytääksesi optimaalisen ”ratkaisun” sijainti- ja aika ”ongelmaan” vastaanotettujen radiosignaalien perusteella ja verraten niitä paikalliseen aika-alueeseen – ja arvioi jatkuvasti pienen virheen / poikkeaman radiovastaanoton ja paikallinen kide, jonka se syöttää takaisin kiteen VCO-tuloon … siten suljetun piirin ohjaukseen. Ajoituksen näkökulmasta GPS-vastaanottimen korrelaattori on vain erittäin monimutkainen PLL-vertailutoiminto 🙂

Muut ovat maininneet Symmetricom ja TimeTools … Meinberg Funkuhrenilla on mukava taulukko tarjoamistaan oskillaattoreista, joka sisältää kaikki ajateltavat tarkkuusparametrit: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Huomaa, että mainitut tarkkuudet ovat todennäköisesti edelleen konservatiivisia / pessimistisiä arvioita.

Kaikki olemassa olevat vastauksissa puhutaan tarkkuuden ajastussovelluksista; Haluan vain huomauttaa, että 1 pps-signaali on tärkeä myös navigoinnissa — varsinkin kun vastaanotin liikkuu.

Vastaanottimelle kestää jonkin aikaa laskea kukin navigointiratkaisu ja lisäaika tämän ratkaisun alustamiseksi yhdeksi tai useammaksi viestiksi ja niiden lähettämiseksi jonkinlaisen tietoliikenneyhteyden kautta (yleensä sarjaan). Tämä tarkoittaa sitä, että siihen mennessä, kun muu järjestelmä voi käyttää tietoja, se on jo ”vanhentunut” ehkä usean sadan millisekunnin verran.

Useimmat matalan tarkkuuden harrastesovellukset jättävät huomiotta tämän yksityiskohdan, mutta tarkkuussovelluksessa, joka saattaa kulkea nopeudella 30–100 metriä sekunnissa, tämä aiheuttaa useita metrejä virheitä, mikä tekee siitä hallitsevan kokonaisvirheiden lähteen.

1 pps -ulostuksen tarkoitus on osoittaa tarkasti kun navigointiviesteissä ilmoitettu sijainti oli voimassa, mikä antaa sovellusohjelmistolle mahdollisuuden kompensoida tiedonsiirtoviive. Tämä on erityisen tärkeää hybridi-GPS-inertiaalijärjestelmissä, joissa MEMS-antureita käytetään tarjoamaan interpoloituja navigointiratkaisuja suurilla näytetaajuuksilla (satoja hertsiä).

Kommentit

• En ole koskaan ajatellut sitä, mutta jos tietysti! Yleensä sovitaanko korjaus tyypillisesti pps: n nousevan tai laskevan reunan kanssa?
• @bigjosh: Ero nousun ja laskun välillä riippuu napaisuudesta ja on siksi mielivaltainen. Sinun tulisi puhua pulssin etu- ja takareunasta. Mikä voidaan määritellä napaisuudella (joka on neuvoteltavissa) tai määrittämällä pulssin pituus tai käyttöjakso, mieluiten muu kuin 50% 😉 I ’ olen koodannut jotain ympärille Intel i210 GPIO, jota käytetään PPS-tulona, ja se heittää tapahtuman jokaiselle reunalle, nousee tai laskeutuu, eikä ’ ole mitään keinoa selvittää napaisuutta SW: ssä. Minun oli pääteltävä ero ajoituksesta, tietäen PPS-lähteeni työjakson …

Käytämme GPS-vastaanottimien tuottamaa 1PPS-lähtöä tarjoamaan erittäin tarkan ajan kerroksen 1 NTP-verkon aikapalvelimille. 1PPS generoidaan jokaisen sekunnin alussa ja monien vastaanottimien ollessa tarkkoja muutaman nanosekunnin sisällä UTC-ajasta. Jotkut GPS-vastaanottimet eivät ole niin hyviä aikaansaamisessa, koska siihen liittyvä sarjaliikennelähtö voi ”vaeltaa” sen kummallekin puolelle tarkoitetun pulssiulostulon. Tämä tuottaa säännöllisesti yhden sekunnin siirtymän.

1PPS-lähtö Sitä voidaan käyttää myös OCXO- tai TCXO-pohjaisten oskillaattoreiden kurinpitoon pidätyksen tarjoamiseksi GPS-signaalien katoamisen yhteydessä. Alla oleva linkki antaa lisätietoja GPS: n käytöstä aikaviitteissä:

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

1 PPM-signaalia käytetään synkronointitarkoituksiin.Oletetaan, että sinulla on kaksi laitetta kaukana ja haluat luoda kellopulssit molempiin laitteisiin, jotka alkavat täsmälleen samaan aikaan. Mitä voit tehdä? Tässä käytetään tätä 1 PPM-signaalia. GPS-moduuli antaa pulsseja 1ns: n tarkkuudella maailmanlaajuisesti.

kommentit

• mikä on 1 PPM-signaali?