De ce receptoarele GPS au o ieșire de 1 PPS?

Ieșirea 1 PPS are o jitter mult mai mică decât orice poate face un MCU. În unele aplicații mai solicitante, puteți utiliza acel impuls care poate fi folosit pentru a cronometra lucrurile foarte precis. Cu unele GPS de nivel științific, această ieșire de 1 PPS poate fi mai precisă decât mai bine de 1 nS.

Comentarii

• +1 și vezi elaborarea mea
• Sateliții GPS au ceasuri atomice, motiv pentru care semnalul PPS este atât de precis. Chiar dacă ieșirea este instantanee exactă la doar 1 ms, nu va acumula niciodată mai mult de 1 ms de eroare în raport cu numărul real de secunde care s-au scurs.
• Cum se face că semnalul foarte precis 1PPS ‘ nu este deranjat în timp ce călătorește pe drumul său din spațiul cosmic sau din alte circuite nu ‘ nu îl deranjați?
• @abdullahkahraman Ieșirea de 1 ppm nu ‘ nu provine direct de la un satelit. provine de la ceasul intern al receptorului. Ceasul respectiv este sincronizat cu sateliții. Ieșirea de 1 pps nu ‘ nu dispare dacă receptorul pierde recepția (doar devine mai puțin precis).
• @dfc Ok, Mr. Pedantic: Eu Dacă doriți ca un GPS să aibă o ieșire de înaltă precizie, acesta trebuie să aibă un ceas intern de mare precizie. Acest lucru are un ceas intern de foarte mare precizie! Folosește acel ceas, plus receptorul GPS prin satelit intern, pentru a emite un impuls foarte precis, care este sincronizat cu ora UTC. Funcționează exact ca multe alte receptoare GPS cu o ieșire de 1pps (sau alte pps). Se întâmplă să fie uriaș, nu foarte portabil și costă mai mult decât casa ta. Se potrivește perfect cu termenul ” GPS de nivel științific „.

Pe termen lung, semnalul de 1 Hz este probabil cel mai precis timp și, de asemenea, frecvența, referință pe care o veți întâlni vreodată.

Sunteți efectiv obținerea a ceva ca o referință de timp cu ceas de cesiu pentru costul unui modul GPS. O afacere. Puteți cumpăra unități comerciale ” oscilator disciplinat ” și sunt disponibile unități pentru design DIY. O DO nu este blocată în frecvență în sine, dar este ușor blocată de semnale de eroare între un semnal de 1 H generat de ceasurile locale și GPS.

Oscilatoare disciplinate

Ora standard oriunde Se spune –

• Oscilatoare cu cristale de cuarț cuptor Când un cuptor unic (OCXO) sau dublu (DOCXO) care controlează temperatura este înfășurat în jurul cristal și circuitele sale oscilante, stabilitatea frecvenței poate fi îmbunătățită cu două până la patru ordine de mărime față de cea a TCXO. Astfel de oscilatoare sunt utilizate în aplicații de laborator și de comunicații și au adesea mijloacele de a-și regla frecvența de ieșire prin controlul electronic al frecvenței. În acest fel, pot fi ” disciplinate ” pentru a se potrivi cu frecvența unui receptor de referință GPS sau Loran-C.

DOCXO-urile disciplinate de GPS sunt sursele de referință primare Stratum I (PRS) pentru multe dintre sistemele de telecomunicații prin cablu ale lumii. Sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca referințe de timp și frecvență GPS pentru stațiile de bază care operează sub IS -95 standard pentru sistemele de telefonie mobilă cu divizare de coduri multiple (CDMA), create de Qualcomm. Volumul mare al acestor aplicații de stații de bază a afectat profund piața OCXO prin reducerea prețurilor și consolidarea furnizorilor.

DIY DIY foarte simplu

Brooks Shera DO

Aflați cât de bine ați făcut

Modul comercial – 0,1 părți pe miliard pe zi.

Publicitate cu grafice

Tracker UTC

Răspunsul lui @DavidKessner este în concordanță cu ceea ce urmează să spun, dar am vrut să explic, iar acest lucru este puțin mai mult decât un comentariu.

Această ieșire ar putea fi utilizată pentru a, de exemplu, trezi MCU (dintr-un mod de repaus profund) o dată pe secundă (până la câteva nano-secunde) într-o aplicație în care ți-a păsat de MCU să facă ceva o secundă anume, cu o precizie foarte mare.

Un MCU ar putea de asemenea utiliza acest semnal pentru a calcula propria acuratețe de sincronizare și a-l compensa în software. Deci, MCU ar putea „măsura „durata impulsului și presupunem că este un interval„ perfect ”de 1s. În acest sens, ar putea determina în mod eficient întinderea sau stoarcerea timpului pe care îl experimentează, să spunem din cauza efectelor de temperatură pe cristalul său sau orice altceva și să aplicăm acel factor de sincronizare la orice măsurători pe care le ia.

După ce a proiectat OCXO robust pentru medii rachete dure și a urmări stațiile meteorologice plutitoare înainte de GPS .. de fapt, după lansarea doar primul GPS (GOES 1), îmi aduce amintiri plăcute.

Importanța stabilității depinde de întreruperi și de câtă eroare poate tolera în timpul întreruperii sau LOS (pierderea semnalului), precum și timpul de captare. Când înmulțiți f cu N cu divizorul PLL, multiplicați și eroarea de fază. Deci, grija pentru a minimiza deriva și zgomotul de fază este esențială.

În OCXO am ales 10MHz pentru OCXO, 100KHz pentru telemetria FM subportatorului rachetei și 10KHz pentru stația de la sol a mixerului pentru a urmări racheta. poziția lui. Gama pentru deplasarea vehiculului este pur și simplu diferența de fază folosind frecvența diferenței și faza subportatorului de telemetrie și stația de la sol la f aleasă cu Δλ = c / f cu Δpoziție = Δλ + număr de cicluri. Eroarea de frecvență reprezintă viteza ca în viteza radar. Deci, cu 1 ceas PPS (1Hz) puteți suporta o gamă largă și un interval de timp fără salturi de ciclu sau se bazează pe diferențe de fază precise. Rețineți că o eroare de fază săritură de ciclu ar putea fi N cicluri, ceea ce înseamnă ambiguitatea erorii acumulate .. presupunând că eroarea LOS este importantă.

Redundanța este esențială pentru fiabilitate dacă aveți alegerea și clasificarea surselor din Stratum 1, 2, & 3 ceasuri în caz de întrerupere. Rețelele sincrone de mare viteză ale telecomunicațiilor depind de ceasuri precise, la fel ca și radiourile autorizate. Rețelele folosesc înregistrarea inteligentă a erorilor pentru clasarea referințelor surselor de ceas Stratum.

Bineînțeles că este nevoie de o mare sârguință în proiectarea DO. Volumele de cărți despre standarde definesc aceste reguli.

Cred că trebuie să citiți unitatea pe care o aveți (ca unele sunt diferite), dar aș presupune că va fi folosit ca sincronizare a timpului. Adică veți primi un mesaj prin care următorul impuls va veni la timeInUTC.

„GPSClock 200 are o ieșire RS-232 care oferă coduri de timp NMEA și un semnal de ieșire PPS. Cu aproximativ o jumătate de secundă înainte, acesta scoate ora următorului impuls PPS fie în format GPRMC, fie în format GPZDA. Într-o microsecundă de la începutul secundei UTC, aduce ieșirea PPS ridicată pentru aproximativ 500 ms. „

În timp ce un receptor GPS poate trimite o amprentă de timp completă în amonte (prin NMEA etc.), timpul necesar pentru ca marcajul de timp să ajungă la gazdă ar fi faceți marcajul de timp inexact. Un semnal de 1PPS este echivalentul receptorului GPS al „la ton, timpul va fi doisprezece treizeci și trei și 35 de secunde … [bip]”. Presupunerea este că ceasul gazdei poate rămâne precis pentru 1 sec, și în fiecare secundă primește o corecție prin intermediul 1PPS.

Îmi place răspunsul de la „PV Subramanian” ca fiind la obiect. Acesta este tocmai scopul tipic al 1 PPS. Oferiți o margine precisă de 1 secundă, pentru a mări un bloc de informații complet „oră din zi”, primit prin unele mijloace mai puțin exacte (linia serială asincronă, de obicei).

Vorbind despre oscilatoare, se pare că în comerț de „standarde de timp” și GPS, 10 MHz este o alegere foarte populară. Și, oscilatoarele locale din receptoarele GPS pot fi împărțite aproximativ în două categorii: cele care au ca rezultat un raport precis de 1: 10000000 între ieșirea de 10 MHz și PPS (sincronă de fază) și cele în care ieșirea PPS prezintă ajustări treptate (sărituri / inserări) bifele bazei de timp de 10 MHz). Oscilatoarele de cristal „sincrone” sunt mai precise și sunt necesare în anumite scopuri. De asemenea, acestea necesită „controlul cuptorului” (OCXO), care consumă puțină energie suplimentară. Nu este bun pentru dispozitivele alimentate cu baterie, excelent pentru utilizarea staționară a cronologiei. Oscilatoarele „sărind” sunt suficient de bune pentru utilizarea de poziționare de bază și sunt mai ieftine, așa că acesta este ceea ce obțineți în cele mai ieftine module de recepție GPS. Deoarece le lipsește de obicei controlul cuptorului, acestea se încadrează în general în categoria TCXO.

Pentru controlul PLL al unui oscilator de cristal extern, marginile 1 PPS sunt probabil distanțate destul de mult, ar fi nevoie de un timp de integrare destul de lung în bucla servo PLL. O sursă de semnal de 10 MHz de bună calitate vă va permite să obțineți o blocare bună mult mai rapid. Dar captura este – „de bună calitate”. Vezi deasupra. În afară de asta, 1PPS este cu siguranță suficient de bun pentru a disciplina baza de timp a sistemului pentru unele sisteme de operare sau NTPd care rulează pe hardware-ul computerului.

După cum au spus alții, ieșirea 1PPS de la un receptor GPS este derivată dintr-un cristal local oscilator, bifând în interiorul receptorului. De obicei, acesta a fost un cristal de 10 MHz. Acest oscilator de cristal local este într-adevăr un VCO, permițând mici ajustări ale ratei reale de ceas. Această intrare VCO este utilizată pentru controlul în buclă închisă (stil de feedback negativ), unde semnalul GPS de la o mână de sateliți (combinate) servește drept referință. Blocul funcțional dintr-un receptor GPS, care face decodarea „spaghetelor amestecate” ale fluxurilor de biți pseudo-aleatorii pe un purtător comun, cu niveluri de semnal variate și schimbări doppler, acest bloc este numit „corelator”. Folosește un număr mare de greutăți pentru a găsi o „soluție” optimă la „problema” poziției și timpului, pe baza semnalelor radio primite, comparându-le cu baza de timp locală și evaluează continuu o mică eroare / abatere între recepția radio și cristal local, pe care îl alimentează înapoi în intrarea VCO a cristalului … prin urmare controlul în buclă închisă. Din perspectivă de sincronizare, corelatorul receptorului GPS este doar un lucru extrem de complex comparator PLL 🙂

Alții au menționat Symmetricom și TimeTools … Meinberg Funkuhren are un tabel frumos cu oscilatoarele pe care le oferă, conținând toți parametrii de precizie gândibili: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Rețineți că precizările citate sunt probabil estimări conservatoare / pesimiste.

Toate cele existente răspunsurile vorbesc despre aplicațiile de sincronizare de precizie; Vreau doar să subliniez că semnalul de 1 pps este important și pentru navigație, — mai ales atunci când receptorul se mișcă.

Este nevoie de ceva timp pentru receptor pentru a calcula fiecare soluție de navigație și timp suplimentar pentru a forma acea soluție într-unul sau mai multe mesaje și a le transmite printr-un fel de legătură de comunicare (de obicei în serie). Aceasta înseamnă că, până când restul sistemului poate folosi informațiile, acesta este deja „depășit” de câteva sute de milisecunde.

Majoritatea aplicațiilor hobbyiste de mică precizie ignoră acest detaliu, dar într-o aplicație de precizie care ar putea călători la 30 până la 100 de metri / secundă, aceasta introduce mulți metri de eroare, făcându-l sursa dominantă a erorii totale.

Scopul ieșirii de 1 pps este de a indica exact când poziția indicată în mesajele de navigare a fost validă, ceea ce permite software-ului aplicației să compenseze întârzierea comunicării. Acest lucru este deosebit de important în sistemele hertziene GPS-inerțiale, în care senzorii MEMS sunt utilizați pentru a furniza soluții de navigație interpolate la rate de eșantionare ridicate (sute de Hz).

Comentarii

• Nu m-am gândit niciodată la asta, dar dacă bineînțeles! Prin convenție, corecția se potrivește în mod obișnuit cu marginea ascendentă sau descendentă a pps?
• @bigjosh: Distincția dintre creștere și scădere depinde de polaritate și, prin urmare, este arbitrară. Ar trebui să vorbiți despre o margine anterioară și finală a pulsului. Care poate fi definit prin polaritate (care este negociabilă) sau prin specificarea unei lungimi a impulsului sau a unui ciclu de funcționare, de preferință diferită de 50% 😉 Am ‘ am codificat ceva în jur Intel i210 GPIO folosit ca intrare PPS și lansează un eveniment pe fiecare margine, în creștere sau în scădere, și nu există ‘ nici o modalitate de a afla polaritatea în SW. A trebuit să deduc diferența de timp, cunoscând ciclul de funcționare al sursei mele PPS …

Folosim ieșirea 1PPS generată de receptoarele GPS pentru a oferi o oră foarte precisă pentru serverele de timp de rețea NTP din stratul 1. 1PPS este generat la începutul fiecărei secunde și, în cazul multor receptoare, este precis în câteva nanosecunde din timpul UTC. Unele receptoare GPS nu sunt atât de bune la furnizarea timpului, deoarece ieșirea de timp serial asociată poate „rătăci” fiecare ieșire a impulsului dorit. Acest lucru generează în mod periodic un offset de o secundă.

Ieșirea 1PPS poate fi, de asemenea, utilizat pentru a disciplina oscilatoarele bazate pe OCXO sau TCXO pentru a oferi reținere în caz de pierdere a semnalelor GPS. Linkul de mai jos oferă câteva informații suplimentare cu privire la utilizarea GPS în referințe de timp:

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

1 semnal PPM este utilizat în scopuri de sincronizare.Să presupunem că aveți două dispozitive situate la mare distanță și doriți să generați impulsuri de ceas în ambele dispozitive care pornește exact în același timp, ce puteți face? Aici este utilizat acest semnal 1 PPM. Modulul GPS oferă impulsuri la o precizie de 1ns în întreaga lume.

Comentarii

• Ce este un semnal PPM?