Waarom hebben gps-ontvangers een 1 PPS-uitgang?

De 1 PPS-uitvoer heeft een veel lagere jitter dan alles wat een MCU kan doen. In sommige veeleisende toepassingen kun je die puls gebruiken om dingen heel nauwkeurig te timen. Met sommige gps van wetenschappelijke kwaliteit kan deze 1 PPS-uitvoer nauwkeurig zijn tot beter dan 1 nS.

Opmerkingen

• +1, en zie mijn uitwerking
• GPS-satellieten hebben atoomklokken, daarom is het PPS-signaal zo nauwkeurig. Zelfs als de uitvoer ogenblikkelijk nauwkeurig is tot slechts 1 ms, zal het nooit meer dan 1 ms aan fouten accumuleren ten opzichte van het werkelijke aantal seconden die zijn verstreken.
• Hoe komt het dat dat zeer nauwkeurige 1PPS-signaal niet ‘ wordt gestoord terwijl het onderweg is vanuit de ruimte of een ander circuit niet ‘ niet storen?
• @abdullahkahraman De output van 1 ppm komt niet ‘ rechtstreeks van een satelliet. komt van de eigen interne klok van de ontvanger. Die klok is gesynchroniseerd met de satellieten. De 1 pps-uitvoer gaat niet ‘ weg als de ontvanger de ontvangst verliest (het wordt alleen minder nauwkeurig).
• @dfc Oké, meneer Pedant: ik Als u wilt dat een GPS een uitvoer met hoge nauwkeurigheid heeft, moet deze een interne klok met een hoge nauwkeurigheid hebben. Dat ding heeft een interne klok met een zeer hoge nauwkeurigheid! Het gebruikt die klok, plus de interne GPS-satellietontvanger, om een zeer nauwkeurige puls uit te voeren die synchroon loopt met de UTC-tijd. Het werkt precies zoals veel andere GPS-ontvangers met een 1pps (of andere pps) output. Het is gewoon enorm groot, niet erg draagbaar en kost meer dan je huis. Het past perfect bij de term ” wetenschappelijke kwaliteit GPS “.

Lange termijn is het 1 Hz signaal waarschijnlijk de meest nauwkeurige tijd, en dus ook frequentie, referentie die je ooit zult tegenkomen.

Je bent effectief het verkrijgen van zoiets als een cesium kloktijdreferentie voor de kosten van een GPS-module. Een koopje. U kunt commerciële ” gedisciplineerde oscillator ” -eenheden kopen en er zijn ontwerpen voor doe-het-zelvers beschikbaar. Een DO is niet per se frequentie-vergrendeld, maar wordt voorzichtig in vergrendeling getrapt door foutsignalen tussen een 1H-signaal gegenereerd door lokale en GPS-klokken.

Gedisciplineerde oscillatoren

Standaardtijd overal Ze zeggen –

• Ovenized Quartz Crystal Oscillators Wanneer een enkele (OCXO) of dubbele (DOCXO) temperatuurregelende oven om de kristal en zijn oscillerende schakelingen, kan de frequentiestabiliteit twee tot vier ordes van grootte worden verbeterd ten opzichte van die van de TCXO. Dergelijke oscillatoren worden gebruikt in toepassingen van laboratorium- en communicatiekwaliteit en hebben vaak de middelen om hun uitgangsfrequentie aan te passen via elektronische frequentieregeling. Op deze manier kunnen ze ” gedisciplineerd ” zijn om overeen te komen met de frequentie van een GPS of Loran-C referentie-ontvanger.

GPS-gedisciplineerde DOCXOs zijn de Stratum I Primary Reference Sources (PRS) voor veel van s werelds bedrade telecommunicatiesystemen. Ze worden ook op grote schaal gebruikt als GPS-tijd- en frequentiereferenties voor de basisstations die onder de IS werken. -95 standaard voor de Code Division Multiple Access (CDMA) mobiele-telefoonsystemen die zijn ontstaan door Qualcomm. Het enorme volume van deze basisstationtoepassingen heeft de OCXO-markt diepgaand beïnvloed door de prijzen te verlagen en de leveranciers te consolideren.

Supereenvoudige DIY DOEN

Brooks Shera DO

Uitwerken hoe goed je “hebt gedaan

Commerciële module – 0,1 delen per miljard per dag.

Commercieel met grafieken

UTC-tracker

Het antwoord van @DavidKessner is in overeenstemming met wat ik ga zeggen, maar ik wilde het uitweiden, en dit is iets meer dan een opmerking.

Deze output kan worden gebruikt om, bijvoorbeeld, de MCU (uit een diepe slaapmodus) eenmaal per seconde (tot binnen een paar nanoseconden) te wekken in een toepassing waarin het belangrijk was dat de MCU iets deed op een bepaalde seconde, met grote nauwkeurigheid.

Een MCU zou ook dit signaal kunnen gebruiken om zijn “eigen timingnauwkeurigheid te berekenen en deze in software te compenseren. De MCU zou dus” kunnen meten de pulsduur, en neem aan dat het een perfect interval van 1 seconde is. Door dit te doen, zou het effectief kunnen bepalen hoeveel tijd uitrekken of knijpen het ervaart, bijvoorbeeld als gevolg van temperatuureffecten op het kristal of wat dan ook, en die timingfactor toepassen op alle metingen die het uitvoert.

Robuuste OCXO ontworpen hebben voor ruwe raketomgevingen en drijvende weerstations volgen vóór GPS .. eigenlijk nadat pas de eerste GPS (GOES 1) werd gelanceerd, roept het goede herinneringen op.

Het belang van stabiliteit hangt af van uitval en hoeveel fouten u kan tolereren tijdens uitval of LOS (signaalverlies) en kan ook vastleggen. Wanneer u f vermenigvuldigt met N met PLL-deler, vermenigvuldigt u ook de fasefout. Zorg er dus voor dat drift en faseruis tot een minimum worden beperkt.

In mijn OCXO koos ik 10 MHz voor de OCXO, 100 kHz voor de FM-subdraaggolftelemetrie van de raket en 10 kHz voor het mixer-grondstation om de raket te volgen “s positie. Het bereik voor voertuigritten is eenvoudig het faseverschil met behulp van de verschilfrequentie en fase van de telemetriehulpdraaggolf en het grondstation op de gekozen f met Δλ = c / f met Δpositie = Δλ + cyclustellingen. De frequentiefout vertegenwoordigt snelheid zoals bij radarsnelheid. Dus met 1 PPS (1Hz) klok kunt u een groot bereik en tijdsinterval ondersteunen zonder cycli overslaan of rekenen op nauwkeurig faseverschil. Merk op dat een cyclus overslaan in fasefout N cycli kan zijn, wat ambiguïteit van de geaccumuleerde fout betekent … aangenomen dat de LOS-fout belangrijk is.

Redundantie is de sleutel voor betrouwbaarheid als u de keuze en rangschikking van bronnen uit Stratum 1 heeft, 2, & 3 klokken in geval van storing. Telecom-synchrone hogesnelheidsnetwerken zijn afhankelijk van nauwkeurige klokken, evenals radios met een vergunning. Netwerken gebruiken intelligente foutregistratie voor het rangschikken van referenties van Stratum-klokbronnen.

Natuurlijk vergt dat uiterste zorgvuldigheid bij het ontwerpen van uw DO. Volumes boeken over standaarden definiëren deze regels.

Ik denk dat je moet lezen over de eenheid die je hebt (zoals sommige zijn anders) maar ik denk dat het als tijdsynchronisatie moet worden gebruikt. Dat wil zeggen, je krijgt een bericht dat de volgende puls zal komen op timeInUTC.

“De GPSClock 200 heeft een RS-232-uitgang die NMEA-tijdcodes levert en een PPS-uitgangssignaal. Ongeveer een halve seconde daarvoor geeft hij de tijd van de volgende PPS-puls in GPRMC- of GPZDA-indeling. Binnen een microseconde vanaf het begin van de UTC-seconde wordt de PPS-uitvoer ongeveer 500 ms hoog. “

Hoewel een GPS-ontvanger een volledige tijdstempel stroomopwaarts kan verzenden (via NMEA enz.), zou de hoeveelheid tijd die nodig zou zijn om de tijdstempel naar de host te laten ” het tijdstempel onnauwkeurig maken. Een 1PPS-signaal is het equivalent van de GPS-ontvanger van “op de toon is de tijd twaalf, drieëndertig en 35 seconden … [piep]”. De veronderstelling hier is dat de klok van de host nauwkeurig kan blijven gedurende 1 seconde, en elke seconde krijgt het een correctie via de 1PPS.

Ik vind het antwoord van “PV Subramanian” leuk als to the point. Dit is precies het typische doel van 1 PPS. Zorg voor een precieze 1-seconde rand, om een volledig “tijd van de dag” informatieblok te vergroten dat op een minder nauwkeurige manier is ontvangen (typisch asynchrone seriële lijn).

Over oscillatoren gesproken, het lijkt erop dat in de handel van “tijdstandaarden” en GPS, 10 MHz is een zeer populaire keuze. En lokale oscillatoren in GPS-ontvangers kunnen grofweg in twee categorieën worden opgesplitst: die welke resulteren in een precies 1: 10000000 verhouding tussen de 10 MHz output en PPS (fasesynchroon) en die waarbij de PPS output stapsgewijze aanpassingen vertoont (overslaan / invoegen tikken van de 10 MHz tijdbasis). De “synchrone” kristaloscillatoren zijn nauwkeuriger en zijn voor sommige doeleinden vereist. Ze hebben ook “ovenbediening” (OCXO) nodig, die wat extra stroom verbruikt. Niet goed voor apparaten op batterijen, uitstekend geschikt voor stationair tijdwaarnemingsgebruik. De “skipping” oscillatoren zijn goed genoeg voor basispositionering en zijn goedkoper, dus dit is wat je krijgt in de goedkoopste GPS-ontvangermodules. Omdat ze meestal geen ovenbediening hebben, vallen ze over het algemeen in de TCXO-categorie.

Voor PLL-besturing van een externe kristaloscillator, liggen de randen van 1 PPS misschien nogal ver uit elkaar, je zou een behoorlijk lange integratietijd nodig hebben in de PLL-servolus. Met een 10 MHz-signaalbron van goede kwaliteit kunt u veel sneller een goede vergrendeling bereiken. Maar de vangst is – “goede kwaliteit”. Zie hierboven. Afgezien daarvan is 1PPS zeker voldoende goed genoeg om de systeemtijdbasis van sommige besturingssystemen of NTPd die op pc-hardware draaien te beheersen.

Zoals anderen al hebben gezegd, is de 1PPS-uitvoer van een GPS-ontvanger afgeleid van een lokaal kristal oscillator, tikt in de ontvanger. Meestal was dit een kristal van 10 MHz. Deze lokale kristaloscillator is eigenlijk een VCO, waardoor kleine aanpassingen in de werkelijke kloksnelheid mogelijk zijn. Deze VCO-ingang wordt gebruikt voor closed-loop-besturing (negatieve feedbackstijl), waarbij het GPS-signaal van een handvol satellieten (gecombineerd) als referentie dient. Het functieblok in een GPS-ontvanger, dat de decodering doet van de “scrambled spaghetti” van pseudo-willekeurige bitstromen op een gedeelde drager, met gevarieerde signaalniveaus en dopplerverschuivingen, wordt dit blok een “correlator” genoemd. Het gebruikt een aantal zware cijfers om een optimale oplossing te vinden voor het positie- en tijdprobleem, gebaseerd op de ontvangen radiosignalen, en vergelijkt ze met de lokale tijdbasis – en evalueert continu een kleine fout / afwijking tussen de radio-ontvangst en de lokaal kristal, dat het terugkoppelt naar de VCO-invoer van het kristal … vandaar closed-loop-besturing. Vanuit timingperspectief is de correlator van de GPS-ontvanger slechts een uiterst complex PLL-comparator-ding 🙂

Anderen hebben Symmetricom en TimeTools genoemd … Meinberg Funkuhren hebben een mooie tabel met de oscillatoren die ze aanbieden, met alle denkbare precisieparameters: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Merk op dat de genoemde preciseringen waarschijnlijk nog steeds conservatieve / pessimistische schattingen zijn.

Alle bestaande antwoorden praten over toepassingen voor precisietiming; Ik wil er alleen op wijzen dat het 1 pps-signaal ook belangrijk is voor navigatie — vooral wanneer de ontvanger in beweging is.

Het duurt even voordat de ontvanger om elke navigatieoplossing te berekenen, en extra tijd om die oplossing in een of meer berichten te formatteren en deze via een soort communicatieverbinding (meestal serieel) te verzenden. Dit betekent dat tegen de tijd dat de rest van het systeem gebruik kan maken van de informatie, deze al “verouderd” is met misschien een paar honderd milliseconden.

De meeste hobbyisten met lage precisie negeren dit detail, maar in een precisietoepassing die mogelijk met een snelheid van 30 tot 100 meter / seconde reist, introduceert dit vele meters fouten, waardoor het de dominante bron van totale fouten is.

Het doel van de 1 pps-uitvoer is om precies aan te geven wanneer de positie aangegeven in het / de navigatiebericht (en) geldig was, waardoor de applicatiesoftware de communicatievertraging kan compenseren. Dit is vooral belangrijk in hybride GPS-traagheidssystemen, waarin MEMS-sensoren worden gebruikt om geïnterpoleerde navigatie-oplossingen te bieden met hoge samplefrequenties (honderden Hertz).

Opmerkingen

• Nooit aan gedacht, maar natuurlijk! Komt het volgens afspraak overeen met de stijgende of dalende flank van de pps out?
• @bigjosh: Het onderscheid tussen stijgend en dalend hangt af van de polariteit en is daarom willekeurig. Je zou moeten spreken over een voor- en achterflank van de pols. Die kan worden gedefinieerd door polariteit (waarover kan worden onderhandeld), of door een lengte van de puls of een duty-cycle op te geven, bij voorkeur anders dan 50% 😉 Ik ‘ heb iets rond gecodeerd de Intel i210 GPIO wordt gebruikt als een PPS-ingang, en het gooit een gebeurtenis op elke rand, stijgend of dalend, en er is ‘ s geen manier om de polariteit in de SW te achterhalen. Ik moest het verschil afleiden uit de timing, wetende wat de werkcyclus van mijn PPS-bron was …

We gebruiken de 1PPS-output die wordt gegenereerd door GPS-ontvangers om zeer nauwkeurige tijd te bieden voor stratum 1 NTP Network Time Servers. De 1PPS wordt aan het begin van elke seconde gegenereerd en is in het geval van veel ontvangers nauwkeurig tot op enkele nanoseconden UTC-tijd. Sommige GPS-ontvangers zijn niet zo goed in het leveren van tijd, aangezien de bijbehorende seriële tijdoutput kan “dwalen” langs elke kant van de beoogde pulsoutput. Dit genereert effectief periodiek een offset van één seconde.

De 1PPS-output kan ook worden gebruikt om OCXO- of TCXO-gebaseerde oscillatoren te disciplineren om een overblijfsel te bieden in het geval van verlies van GPS-signalen. De onderstaande link geeft wat meer informatie over het gebruik van GPS in tijdreferenties:

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

1 PPM-signaal wordt gebruikt voor synchronisatiedoeleinden.Stel dat u twee apparaten op grote afstand heeft en u wilt in beide apparaten klokpulsen genereren die op exact hetzelfde tijdstip starten, wat kunt u dan doen? Dit is waar dit 1 PPM-signaal wordt gebruikt. GPS-module geeft pulsen met een nauwkeurigheid van 1ns wereldwijd.

Reacties

• Wat is 1 PPM-signaal?