Dlaczego odbiorniki GPS mają wyjście 1 PPS?

Wyjście 1 PPS ma znacznie mniejszy jitter niż wszystko, co może zrobić MCU. W niektórych bardziej wymagających aplikacjach można użyć tego impulsu do bardzo dokładnego mierzenia czasu. W przypadku niektórych GPS klasy naukowej, dokładność tego 1 PPS może być lepsza niż 1 nS.

Komentarze

• +1 i zobacz moje opracowanie
• Satelity GPS mają zegary atomowe, dlatego sygnał PPS jest tak dokładny. Nawet jeśli sygnał wyjściowy ma natychmiastową dokładność tylko do 1 ms, nigdy nie zgromadzi więcej niż 1 ms błędu w stosunku do rzeczywistej liczby sekund, które upłynęły.
• Dlaczego ten bardzo dokładny sygnał 1PPS nie ' nie jest zakłócany, gdy podróżuje z kosmosu lub inne obwody nie są ' nie przeszkadzać?
• @abdullahkahraman Wyjście 1 ppm nie ' nie pochodzi bezpośrednio z satelity. pochodzi z wewnętrznego zegara odbiornika. Ten zegar jest zsynchronizowany z satelitami. Wyjście 1 pps nie ' znika, jeśli odbiornik utraci odbiór (po prostu staje się mniej dokładny).
• @dfc Ok, panie Pedantic: I Jeśli chcesz, aby GPS miał wysoką dokładność wyjściową, musi mieć wewnętrzny zegar o wysokiej dokładności. Ta rzecz ma wewnętrzny zegar o bardzo wysokiej dokładności! Wykorzystuje ten zegar oraz wewnętrzny odbiornik satelitarny GPS do wysyłania bardzo dokładnego impulsu zsynchronizowanego z czasem UTC. Działa dokładnie tak, jak wiele innych odbiorników GPS z wyjściem 1 pps (lub innym pps). Tak się składa, że jest ogromny, niezbyt przenośny i kosztuje więcej niż Twój dom. Idealnie pasuje do terminu ” GPS klasy naukowej „.

W dłuższej perspektywie sygnał 1 Hz to prawdopodobnie najdokładniejszy czas, a więc także częstotliwość, z jaką kiedykolwiek spotkasz.

Skutecznie uzyskanie czegoś w rodzaju odniesienia zegara cezowego dla kosztu modułu GPS. Okazja. Możesz kupić komercyjny ” oscylator zdyscyplinowany ” i dostępne są projekty dla majsterkowiczów. DO nie jest zablokowana częstotliwością jako taka, ale jest delikatnie blokowana przez sygnały błędu między sygnałem 1H generowanym przez zegary lokalne i GPS.

Zdyscyplinowane oscylatory

Standardowy czas w dowolnym miejscu Mówi się –

• Ovenized Quartz Crystal Oscillators Kiedy pojedynczy (OCXO) lub podwójny (DOCXO) piec kontrolujący temperaturę jest owinięty wokół kryształ i jego obwody oscylacyjne, stabilność częstotliwości można poprawić o dwa do czterech rzędów wielkości w porównaniu z TCXO. Takie oscylatory są używane w zastosowaniach laboratoryjnych i komunikacyjnych i często mają środki do regulacji ich częstotliwości wyjściowej za pomocą elektronicznej regulacji częstotliwości. W ten sposób mogą być ” zdyscyplinowani „, aby dopasować częstotliwość odbiornika referencyjnego GPS lub Loran-C.

Urządzenia DOCXO oparte na GPS są podstawowymi źródłami odniesienia (PRS) warstwy I dla wielu światowych przewodowych systemów telekomunikacyjnych. Są one również szeroko stosowane jako odniesienia czasu i częstotliwości GPS dla stacji bazowych działających w ramach IS -95 standard dla systemów telefonii komórkowej Code Division Multiple Access (CDMA), zapoczątkowanych przez Qualcomm. Sama liczba aplikacji stacji bazowych wywarła głęboki wpływ na rynek OCXO, obniżając ceny i konsolidując dostawców.

Super proste ZROBIENIE Zrób to sam

Brooks Shera DO

Sprawdzanie, jak dobrze sobie radzisz

Moduł komercyjny – 0,1 części na miliard dziennie.

Reklama z wykresami

Śledzenie czasu UTC

Odpowiedź @DavidKessnera jest zgodna z tym, co zamierzam powiedzieć, ale chciałem to rozwinąć, a to jest trochę więcej niż komentarz.

Tego wyjścia można użyć, powiedzmy, do wybudzenia MCU (z trybu głębokiego uśpienia) raz na sekundę (do kilku nanosekund) w aplikacji, w której zależało Ci na tym, aby MCU coś zrobił jedną sekundę, z dużą dokładnością.

MCU może także użyć tego sygnału do obliczenia własnej dokładności taktowania i skompensowania tego w oprogramowaniu. Tak więc MCU może „mierzyć „czas trwania impulsu i załóżmy, że jest to” idealny „interwał 1 s. Robiąc to, mógłby skutecznie określić czas rozciągania lub ściskania, którego doświadcza, powiedzmy z powodu wpływu temperatury na kryształ lub cokolwiek innego, i zastosować ten współczynnik czasu do wszelkie pomiary, które wykonuje.

Po zaprojektowaniu wzmocnionego OCXO do pracy w trudnych warunkach rakietowych i śledzeniu pływających stacji pogodowych przed GPS. właściwie już po uruchomieniu pierwszego GPS (GOES 1) przywraca miłe wspomnienia.

Znaczenie stabilności zależy od przerw i ilości błędów toleruje przerwy w dostawie lub utratę sygnału (utrata sygnału), a także czas przechwytywania. Mnożąc f przez N przez dzielnik PLL, mnożysz również błąd fazy. Dlatego dbałość o zminimalizowanie dryfu i szumów fazowych jest niezbędna.

W moim OCXO wybrałem 10 MHz dla OCXO, 100 kHz dla telemetrii podnośnej FM rakiety i 10 kHz dla stacji naziemnej miksera do śledzenia rakiety pozycja. Zakres ruchu pojazdu to po prostu różnica faz wykorzystująca różnicową częstotliwość i fazę podnośnej telemetrii i stacji naziemnej przy wybranej f przy Δλ = c / f przy Δpozycji = Δλ + zliczeniach cykli. Błąd częstotliwości reprezentuje prędkość, podobnie jak prędkość radaru. Tak więc z zegarem 1 PPS (1 Hz) możesz obsługiwać duży zakres i interwał czasowy bez pomijania cykli lub zliczania dokładnej różnicy faz. Zwróć uwagę, że pominięcie cyklu w błędzie fazy może wynosić N cykli, co oznacza niejednoznaczność skumulowanego błędu … zakładając, że błąd LOS jest ważny.

Nadmiarowość jest kluczem do niezawodności, jeśli masz wybór i ranking źródeł ze warstwy 1, 2, & 3 zegary na wypadek awarii. Synchroniczne sieci telekomunikacyjne o dużej szybkości zależą od precyzyjnych zegarów, podobnie jak licencjonowane radia. Sieci używają inteligentnego rejestrowania błędów do rankingu referencji źródeł zegara Stratum.

Oczywiście wymaga to niezwykłej staranności w projektowaniu Twojego DO. Tomy książek na temat standardów określają te zasady.

Myślę, że powinieneś przeczytać o posiadanej jednostce (jak niektóre są różne), ale myślę, że ma służyć jako synchronizacja czasu. To znaczy otrzymujesz komunikat informujący, że następny impuls nadejdzie w czasie INUTC.

„GPSClock 200 ma wyjście RS-232, które dostarcza kody czasowe NMEA i sygnał wyjściowy PPS. Około pół sekundy wcześniej wysyła czas następnego impulsu PPS w formacie GPRMC lub GPZDA. W ciągu jednej mikrosekundy od początku sekundy UTC, sygnał wyjściowy PPS jest wysoki przez około 500 ms. ”

Podczas gdy odbiornik GPS może wysłać kompletną sygnaturę czasową w górę (przez NMEA itp.), to ilość czasu potrzebna na przesłanie znacznika czasu do hosta renderuje sygnaturę czasową niedokładną. Sygnał 1PPS jest odpowiednikiem sygnału odbiornika GPS „w tonie czas będzie wynosił dwunastą, trzydzieści trzy i 35 sekund … [sygnał dźwiękowy]”. Zakłada się, że zegar hosta może pozostać dokładny przez 1 sek., A co sekundę otrzymuje korektę przez 1PPS.

Podoba mi się odpowiedź od „PV Subramanian” jak na temat. To jest właśnie typowy cel 1 PPS. Zapewnij dokładną 1-sekundową krawędź, aby zwiększyć pełny blok informacji o „porze dnia” otrzymany za pomocą mniej dokładnych środków (zazwyczaj asynchroniczna linia szeregowa).

Mówiąc o oscylatorach, wydaje się, że w handlu „standardów czasowych” i GPS, 10 MHz jest bardzo popularnym wyborem. Lokalne oscylatory w odbiornikach GPS można z grubsza podzielić na dwie kategorie: te, które dają dokładny stosunek 1: 10000000 między sygnałem wyjściowym 10 MHz i PPS (synchronizacja fazowa) oraz te, w których wyjście PPS wykazuje stopniowe regulacje (pomijanie / wstawianie tyknięcia podstawy czasu 10 MHz). „Synchroniczne” oscylatory kwarcowe są bardziej precyzyjne i są wymagane do pewnych celów. Wymagają również „sterowania piekarnikiem” (OCXO), które zużywa dodatkową energię. Nie nadaje się do urządzeń zasilanych bateryjnie, doskonale nadaje się do stacjonarnego pomiaru czasu. Oscylatory „pomijane” są wystarczająco dobre do podstawowego zastosowania w pozycjonowaniu i są tańsze, więc to właśnie otrzymujesz w najtańszych modułach odbiorników GPS. Ponieważ zwykle brakuje im kontroli piekarnika, ogólnie należą do kategorii TCXO.

Do sterowania PLL jakiegoś zewnętrznego oscylatora kwarcowego, krawędzie 1 PPS są być może dość daleko od siebie, potrzebowałbyś dość długiego czasu integracji w pętli serwa PLL. Dobrej jakości źródło sygnału 10 MHz pozwoli znacznie szybciej uzyskać dobrą blokadę. Ale haczyk jest – „dobra jakość”. Patrz wyżej. Poza tym 1PPS jest z pewnością wystarczająco dobry, aby zdyscyplinować systemową podstawę czasową niektórych systemów operacyjnych lub NTPd działających na sprzęcie komputerowym.

Jak powiedzieli inni, wyjście 1PPS z odbiornika GPS pochodzi z lokalnego kryształu oscylator, tykający wewnątrz odbiornika. Zwykle był to kryształ 10 MHz. Ten lokalny oscylator kwarcowy jest tak naprawdę VCO, pozwalającym na drobne korekty jego rzeczywistej częstotliwości zegara. To wejście VCO jest używane do sterowania w pętli zamkniętej (w stylu ujemnego sprzężenia zwrotnego), gdzie sygnał GPS z kilku satelitów (połączony) służy jako odniesienie. Blok funkcyjny w odbiorniku GPS, który dekoduje „zaszyfrowane spaghetti” pseudolosowych strumieni bitów na wspólnej nośnej, ze zróżnicowanymi poziomami sygnału i przesunięciami dopplerowskimi, ten blok jest nazywany „korelatorem”. Wykorzystuje duże przetwarzanie liczb, aby znaleźć optymalne „rozwiązanie” problemu „pozycji i czasu”, w oparciu o odebrane sygnały radiowe, porównując je z lokalną podstawą czasu – i stale ocenia mały błąd / odchylenie między odbiorem radiowym a lokalny kryształ, który przekazuje z powrotem do wejścia VCO kryształu … stąd sterowanie w zamkniętej pętli. Z perspektywy czasu, korelator odbiornika GPS jest po prostu niezwykle złożonym komparatorem PLL 🙂

Inni wspominali o Symmetricom i TimeTools … Meinberg Funkuhren ma ładną tabelę oscylatorów, które oferują, zawierającą wszystkie możliwe do wyobrażenia parametry precyzji: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Zwróć uwagę, że podane dokładności są prawdopodobnie nadal ostrożnymi / pesymistycznymi szacunkami.

Wszystkie istniejące odpowiedzi mówią o zastosowaniach precyzyjnego pomiaru czasu; Chcę tylko zaznaczyć, że sygnał 1 pps jest również ważny dla nawigacji —, szczególnie gdy odbiornik jest w ruchu.

Odbiornik potrzebuje trochę czasu obliczenie każdego rozwiązania nawigacyjnego i dodatkowy czas na sformatowanie tego rozwiązania w jedną lub więcej wiadomości i przesłanie ich przez jakiś rodzaj łącza komunikacyjnego (zwykle szeregowo). Oznacza to, że zanim reszta systemu będzie mogła wykorzystać te informacje, są one już „nieaktualne” o może kilkaset milisekund.

Większość aplikacji hobbystów o niskiej precyzji ignoruje ten szczegół, ale w precyzyjnej aplikacji, która może poruszać się z prędkością od 30 do 100 metrów na sekundę, wprowadza to wiele metrów błędu, co czyni go głównym źródłem całkowitego błędu.

Celem wyjścia 1 pps jest dokładne wskazanie gdy pozycja wskazana w komunikacie nawigacyjnym była prawidłowa, co pozwala oprogramowaniu aplikacji skompensować opóźnienie komunikacji. Jest to szczególnie ważne w hybrydowych systemach bezwładnościowych GPS, w których czujniki MEMS są używane do zapewniania interpolowanych rozwiązań nawigacyjnych przy wysokich częstotliwościach próbkowania (setki Hz).

Komentarze

• Nigdy o tym nie myślałem, ale oczywiście! Zgodnie z konwencją, poprawka jest zwykle dopasowana do rosnącej lub opadającej krawędzi pps?
• @bigjosh: Rozróżnienie między wznoszeniem a opadaniem zależy od polaryzacji i dlatego jest arbitralne. Należy mówić o przedniej i końcowej krawędzi impulsu. Które można zdefiniować za pomocą polaryzacji (która jest negocjowalna) lub przez określenie długości impulsu lub cyklu pracy, najlepiej innego niż 50% 😉 Zakodowałem coś w okolicy ' GPIO Intel i210 używane jako wejście PPS i generuje zdarzenie na każdym zboczu, wznoszącym się lub opadającym, a ' nie ma możliwości ustalenia polaryzacji w SW. Musiałem wywnioskować różnicę na podstawie czasu, znając cykl pracy mojego źródła PPS …

Używamy wyjścia 1PPS generowanego przez odbiorniki GPS, aby zapewnić bardzo dokładny czas dla sieciowych serwerów czasu NTP warstwy 1. 1PPS jest generowany na początku każdej sekundy, aw przypadku wielu odbiorników jest z dokładnością do kilku nanosekund czasu UTC. Niektóre odbiorniki GPS nie są tak dobre w dostarczaniu czasu, ponieważ skojarzone z nimi szeregowe wyjście czasowe może „wędrować” po każdej stronie zamierzonego wyjścia impulsowego. To efektywnie okresowo generuje jednosekundowe przesunięcie.

Wyjście 1PPS może być również użyty do zdyscyplinowania oscylatorów opartych na OCXO lub TCXO w celu zapewnienia zatrzymania w przypadku utraty sygnałów GPS. Poniższe łącze zawiera więcej informacji dotyczących wykorzystania GPS w odniesieniach czasowych:

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

1 sygnał PPM jest używany do celów synchronizacji.Załóżmy, że masz dwa urządzenia znajdujące się w dużej odległości i chcesz generować impulsy zegarowe w obu urządzeniach, które zaczynają się dokładnie w tym samym czasie, co możesz zrobić? Tutaj jest używany sygnał 1 PPM. Moduł GPS generuje impulsy z dokładnością do 1ns na całym świecie.

Komentarze

• Co to jest 1 sygnał PPM?