Pourquoi les récepteurs GPS ont-ils une sortie 1 PPS?

La sortie 1 PPS a une gigue beaucoup plus faible que tout ce quun MCU peut faire. Dans certaines applications plus exigeantes, vous pouvez utiliser cette impulsion pour chronométrer très précisément les choses. Avec certains GPS de qualité scientifique, cette sortie de 1 PPS peut être précise à mieux que 1 nS.

Commentaires

• +1, et voir mon élaboration
• Les satellites GPS ont des horloges atomiques, cest pourquoi le signal PPS est si précis. Même si la sortie est instantanément précise à seulement 1 ms, elle naccumulera jamais plus de 1 ms derreur par rapport au nombre réel de secondes qui se sont écoulées.
• Comment se fait-il quun signal 1PPS très précis ne ‘ ne soit pas dérangé lors de son déplacement depuis lespace ou un autre circuit ‘ t le déranger?
• @abdullahkahraman La sortie de 1 ppm ne ‘ t provient directement dun satellite. Elle provient de lhorloge interne du récepteur. Cette horloge est synchronisée avec les satellites. La sortie 1 pps ne ‘ ne disparaît pas si le récepteur perd la réception (elle devient juste moins précise).
• @dfc Ok, M. Pedantic: Je Si vous voulez quun GPS ait une sortie de haute précision, il doit avoir une horloge interne de haute précision. Cette chose a une horloge interne de très haute précision! Il utilise cette horloge, ainsi que le récepteur satellite GPS interne, pour produire une impulsion très précise qui est synchronisée avec lheure UTC. Il fonctionne exactement comme de nombreux autres récepteurs GPS avec une sortie 1pps (ou autre pps). Il se trouve que cest juste énorme, pas très portable et coûte plus cher que votre maison. Il correspond parfaitement au terme  » GPS de qualité scientifique « .

À long terme, le signal 1 Hz est probablement lheure la plus précise, et donc aussi la fréquence, la référence que vous rencontrerez jamais.

Vous êtes effectivement obtenir quelque chose comme une référence de temps dhorloge au césium pour le coût dun module GPS. Une bonne affaire. Vous pouvez acheter des  » oscillateurs disciplinés  » commerciaux et des modèles pour les bricoleurs sont disponibles. Un DO nest pas verrouillé en fréquence en soi, mais est doucement verrouillé par des signaux derreur entre un signal 1 H généré par des horloges locales et GPS.

Oscillateurs disciplinés

Heure standard nimporte où On dit –

• Oscillateurs à cristal de quartz cuits au four Lorsquun four à contrôle de température simple (OCXO) ou double (DOCXO) est enroulé autour du cristal et ses circuits oscillants, la stabilité de fréquence peut être améliorée de deux à quatre ordres de grandeur par rapport à celle du TCXO. De tels oscillateurs sont utilisés dans les applications de laboratoire et de communication et ont souvent les moyens dajuster leur fréquence de sortie via une commande de fréquence électronique. De cette manière, ils peuvent être  » disciplinés  » pour correspondre à la fréquence dun récepteur de référence GPS ou Loran-C.

Les DOCXO disciplinés par GPS sont les sources de référence primaires (PRS) de la strate I pour de nombreux systèmes de télécommunications câblés dans le monde. Ils sont également largement déployés comme références de temps et de fréquence GPS pour les stations de base fonctionnant sous le SI -95 standard pour les systèmes de téléphonie mobile cellulaire CDMA (Code Division Multiple Access) créé par Qualcomm. Le volume de ces applications de station de base a profondément affecté le marché OCXO en faisant baisser les prix et en consolidant les fournisseurs.

Bricolage super simple

Brooks Shera DO

Déterminer dans quelle mesure vous « avez fait »

Module commercial – 0,1 partie par milliard par jour.

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Suivi UTC

La réponse de @DavidKessner est conforme à ce que je suis sur le point de dire, mais je voulais élaborer, et ceci est un peu plus quun commentaire.

Cette sortie pourrait être utilisée, par exemple, pour réveiller le MCU (dun mode de veille profonde) une fois par seconde (à quelques nanosecondes) dans une application où vous vous souciez du fait que le MCU fasse quelque chose sur une seconde particulière, avec une grande précision.

Un MCU pourrait aussi utiliser ce signal pour calculer sa propre précision de synchronisation et la compenser dans le logiciel. Ainsi, le MCU pourrait « mesurer « la durée de limpulsion, et supposons quil sagit dun intervalle de 1 s » parfait « . Ce faisant, il pourrait déterminer efficacement létirement ou la compression temporelle quil subit, par exemple en raison des effets de la température sur son cristal ou autre, et appliquer ce facteur de synchronisation à toutes les mesures prises.

Ayant conçu un OCXO robuste pour les environnements de fusées difficiles et le suivi des stations météorologiques flottantes avant le GPS. en fait, après le lancement du premier GPS (GOES 1), il ramène de bons souvenirs.

Limportance de la stabilité dépend des pannes et du degré derreur que vous peut tolérer pendant les pannes ou LOS (perte de signal) ainsi que le temps de capture. Lorsque vous multipliez f par N par le diviseur PLL, vous multipliez également lerreur de phase. Il est donc essentiel de minimiser la dérive et le bruit de phase.

Dans mon OCXO, jai choisi 10MHz pour lOCXO, 100KHz pour la télémétrie de la sous-porteuse FM de la fusée et 10KHz pour la station au sol du mélangeur pour suivre la fusée « s position. La plage de déplacement du véhicule est simplement la différence de phase en utilisant la différence de fréquence et de phase de la sous-porteuse de télémétrie et de la station au sol au f choisi avec Δλ = c / f avec Δposition = Δλ + comptages de cycles. Lerreur de fréquence représente la vitesse comme la vitesse du radar. Ainsi, avec une horloge 1 PPS (1 Hz), vous pouvez prendre en charge une plage et un intervalle de temps étendus sans sauts de cycle ou comptage sur une différence de phase précise. Notez quun saut de cycle dans lerreur de phase peut être N cycles, ce qui signifie lambiguïté de lerreur accumulée … en supposant que lerreur LOS est importante.

La redondance est la clé de la fiabilité si vous avez le choix et le classement des sources de la strate 1, 2, & 3 horloges en cas de panne. Les réseaux haute vitesse synchrones de télécommunications dépendent dhorloges précises, tout comme les radios sous licence. Les réseaux utilisent la journalisation intelligente des erreurs pour classer les références des sources dhorloge Stratum.

Bien sûr, cela demande une grande diligence dans la conception de votre DO. Des volumes de livres sur les normes définissent ces règles.

Je pense que vous devez lire sur lunité que vous avez (comme certains sont différents) mais je suppose quil doit être utilisé comme une synchronisation de lheure. Cest-à-dire que vous recevez un message indiquant que la prochaine impulsion arrivera à timeInUTC.

« Le GPSClock 200 a une sortie RS-232 qui fournit des codes temporels NMEA et un signal de sortie PPS. Environ une demi-seconde avant, il sort lheure de la prochaine impulsion PPS au format GPRMC ou GPZDA. Dans un délai dune microseconde du début de la seconde UTC, la sortie PPS est élevée pendant environ 500 ms. « 

Alors quun récepteur GPS peut envoyer un horodatage complet en amont (via NMEA, etc.), le temps nécessaire pour que lhorodatage parvienne à lhôte serait rendre lhorodatage inexact. Un signal 1PPS est léquivalent du récepteur GPS de « à la tonalité, lheure sera de douze trente trois et 35 secondes … [bip] ». Lhypothèse ici est que lhorloge de lhôte peut rester précise pendant 1 sec, et chaque seconde il obtient une correction via le 1PPS.

Jaime la réponse de « PV Subramanian » comme étant au point. Cest précisément lobjectif typique de 1 PPS. Fournir un bord précis dune seconde, pour augmenter un bloc dinformations complet sur « lheure » reçu par des moyens moins précis (ligne série asynchrone, généralement).

En parlant doscillateurs, il semble que dans le commerce des «étalons de temps» et du GPS, 10 MHz est un choix très populaire. De plus, les oscillateurs locaux des récepteurs GPS peuvent être à peu près divisés en deux catégories: ceux qui donnent un rapport précis de 1: 10000000 entre la sortie 10 MHz et le PPS (phase synchrone) et ceux où la sortie PPS présente des ajustements par étapes (saut / insertion ticks de la base de temps de 10 MHz). Les oscillateurs à quartz « synchrones » sont plus précis et sont nécessaires à certaines fins. Ils nécessitent également un «contrôle du four» (OCXO), qui consomme un peu dénergie supplémentaire. Pas bon pour les appareils alimentés par batterie, excellent pour une utilisation stationnaire du chronométrage. Les oscillateurs « à sauter » sont assez bons pour une utilisation de positionnement de base, et sont moins chers, cest donc ce que vous obtenez dans les modules récepteurs GPS les moins chers. Comme ils manquent généralement de contrôle du four, ils appartiennent généralement à la catégorie TCXO.

Pour le contrôle PLL dun oscillateur à cristal externe, les bords de 1 PPS sont peut-être assez espacés, vous auriez besoin dun temps dintégration assez long dans la boucle dasservissement PLL. Une source de signal 10 MHz de bonne qualité vous permettra dobtenir un bon verrouillage beaucoup plus rapidement. Mais le hic est – « bonne qualité ». Voir au dessus. En dehors de cela, 1PPS est certainement assez bon pour discipliner la base de temps système de certains OS ou NTPd fonctionnant sur du matériel PC.

Comme dautres lont dit, la sortie 1PPS dun récepteur GPS est dérivée dun cristal local oscillateur, tournant à lintérieur du récepteur. Il sagissait généralement dun cristal de 10 MHz. Cet oscillateur à cristal local est en réalité un VCO, permettant de petits ajustements de sa fréquence dhorloge réelle. Cette entrée VCO est utilisée pour le contrôle en boucle fermée (style rétroaction négative), où le signal GPS dune poignée de satellites (combinés) sert de référence. Le bloc fonctionnel dans un récepteur GPS, qui effectue le décodage des « spaghettis brouillés » de flux binaires pseudo-aléatoires sur une porteuse partagée, avec des niveaux de signal variés et des décalages doppler, ce bloc est appelé un « corrélateur ». Il utilise un certain nombre de calculs pour trouver une «solution» optimale au «problème» de position et dheure, sur la base des signaux radio reçus, en les comparant à la base de temps locale – et évalue en continu une petite erreur / écart entre la réception radio et le cristal local, quil réinjecte dans lentrée VCO du cristal … doù un contrôle en boucle fermée. Du point de vue de la synchronisation, le corrélateur du récepteur GPS est juste un comparateur PLL extrêmement complexe 🙂

Dautres ont mentionné Symmetricom et TimeTools … Meinberg Funkuhren a un joli tableau des oscillateurs quils proposent, contenant tous les paramètres de précision imaginables: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Notez que les précisions citées sont probablement encore des estimations prudentes / pessimistes.

Tous les éléments existants les réponses parlent dapplications de synchronisation de précision; Je veux juste souligner que le signal de 1 pps est également important pour la navigation — en particulier lorsque le récepteur est en mouvement.

Cela prend un certain temps pour le récepteur pour calculer chaque solution de navigation, et du temps supplémentaire pour formater cette solution en un ou plusieurs messages et les transmettre via une sorte de lien de communication (généralement en série). Cela signifie quau moment où le reste du système peut utiliser les informations, elles sont déjà « obsolètes » de peut-être plusieurs centaines de millisecondes.

La plupart des applications pour amateurs de basse précision ignorent ce détail, mais dans une application de précision qui pourrait se déplacer entre 30 et 100 mètres / seconde, cela introduit de nombreux mètres derreur, ce qui en fait la source dominante derreur totale.

Le but de la sortie 1 pps est dindiquer exactement lorsque la position indiquée dans le (s) message (s) de navigation était valide, ce qui permet au logiciel dapplication de compenser le retard de communication. Ceci est particulièrement important dans les systèmes hybrides GPS-inertiels, dans lesquels des capteurs MEMS sont utilisés pour fournir des solutions de navigation interpolées à des fréquences déchantillonnage élevées (des centaines de Hertz).

Commentaires

• Je ny ai jamais pensé, mais si bien sûr! Par convention, le correctif correspond-il typiquement au front montant ou descendant du pps out?
• @bigjosh: La distinction entre montant et descendant dépend de la polarité et est donc arbitraire. Vous devriez parler dun front avant et arrière de limpulsion. Qui peut être défini par la polarité (qui est négociable), ou en spécifiant une longueur dimpulsion ou un rapport cyclique, de préférence autre que 50% 😉 Jai ‘ jai codé quelque chose autour le GPIO Intel i210 utilisé comme entrée PPS, et il jette un événement sur chaque front, montant ou descendant, et il ny a aucun moyen de déterminer la polarité dans le logiciel ‘. Jai dû déduire la différence de timing, connaissant le cycle dutilisation de ma source PPS …

Nous utilisons la sortie 1PPS générée par les récepteurs GPS pour fournir une heure très précise pour les serveurs de temps réseau NTP de la strate 1. Le 1PPS est généré au début de chaque seconde et dans le cas de nombreux récepteurs, il est précis à quelques nanosecondes de lheure UTC. Certains récepteurs GPS ne sont pas aussi bons pour fournir lheure, car la sortie de temps série associée peut « errer » de chaque côté de la sortie dimpulsion prévue. Cela génère effectivement périodiquement un décalage dune seconde.

La sortie 1PPS peut également être utilisé pour discipliner les oscillateurs basés sur OCXO ou TCXO afin de fournir une résistance en cas de perte de signaux GPS. Le lien ci-dessous fournit des informations supplémentaires concernant lutilisation du GPS dans les références temporelles:

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

1 signal PPM est utilisé à des fins de synchronisation.Supposons que vous ayez deux appareils situés à une distance éloignée et que vous souhaitiez générer des impulsions dhorloge dans les deux appareils qui démarrent exactement au même moment, que pouvez-vous faire? Cest là que ce signal de 1 PPM est utilisé. Le module GPS donne des impulsions avec une précision de 1ns dans le monde entier.

Commentaires

• Quest-ce quun signal 1 PPM?