Почему приемники GPS имеют выход 1 PPS?

Я был удивлен, увидев, что приемник GPS, с которым я работаю, имеет контакт, зарезервированный для вывода сигнала 1 PPS (импульс в секунду). Какой в ​​этом смысл? Разве микроконтроллер не может генерировать собственный сигнал 1 PPS?

Выход 1 PPS имеет гораздо меньший джиттер, чем все, что может сделать MCU. В некоторых более требовательных приложениях вы можете использовать этот импульс, чтобы очень точно рассчитывать время. При использовании GPS некоторых научных степеней выходной сигнал 1 PPS может быть точным с точностью до 1 нс.

Долгосрочный сигнал 1 Гц, вероятно, является наиболее точным временем, а также частотой, с которой вы когда-либо сталкивались.

Вы фактически получаете что-то вроде цезиевого эталона времени по стоимости модуля GPS. Сделка. Вы можете купить коммерческие "дисциплинированные осцилляторы", а также доступны дизайны для DIY. DO не блокируется по частоте как таковой, а аккуратно включается в блокировку сигналами ошибки между сигналом 1 H, генерируемым локальными и GPS-часами.

Дисциплинированные генераторы

Стандартное время где угодно Говорят -

• Кварцевые кварцевые генераторы с охлаждением Когда одна кристаллическая печь (OCXO) или двойная (DOCXO) контролирует температуру вокруг кристалла и его колебательной схемы, стабильность частоты может быть улучшена на два-четыре порядка по сравнению с TCXO. Такие генераторы используются в лабораторных и коммуникационных приложениях и часто имеют средства для регулировки выходной частоты с помощью электронного управления частотой. Таким образом, они могут быть «дисциплинированы», чтобы соответствовать частоте эталонного приемника GPS или Loran-C.

  DOCXO, ориентированные на GPS, являются первичными эталонными источниками (PRS) уровня I для многих проводных телекоммуникационных систем в мире. Они также широко используются в качестве эталонов времени и частоты GPS для базовых станций, работающих в соответствии со стандартом IS-95 для систем сотовой мобильной связи с множественным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA), созданных компанией Qualcomm. Огромный объем этих приложений для базовых станций сильно повлиял на рынок OCXO, снизив цены и консолидировав поставщиков.

Супер простой сделай сам

Брукс Шера ДО

Выяснение того, как хорошо вы сделали

Коммерческий модуль - 0,1 части на миллиард в день.

Рекламный ролик с графиками

UTC трекер

Ответ Дэвида Кесснера соответствует тому, что я собираюсь сказать, но я хотел уточнить, и это немного больше, чем комментарий.

Этот вывод можно использовать, скажем, для пробуждения MCU (из режима глубокого сна) один раз в секунду (с точностью до пары наносекунд) в приложении, где вы заботитесь о том, чтобы MCU выполнял что-то в определенную секунду с большой точностью. ,

MCU также может использовать этот сигнал для расчета собственной точности синхронизации и компенсации ее в программном обеспечении. Таким образом, MCU может «измерить» длительность импульса и предположить, что это «идеальный» интервал 1 с. При этом он мог бы эффективно определять время растяжения или сжатия, которое он испытывает, скажем, из-за температурного воздействия на его кристалл или что-то еще, и применять этот фактор синхронизации к любым измерениям, которые он проводит.

Разработав прочный OCXO для суровых ракетных условий и отслеживая плавающие метеостанции до GPS ... фактически после запуска только 1-го GPS (GOES 1), он возвращает приятные воспоминания.

Важность стабильности зависит от сбоев и количества ошибок, которые вы можете допустить во время сбоя или LOS (потери сигнала), а также от времени захвата. Когда вы умножаете f на N на делитель ФАПЧ, вы также умножаете фазовую ошибку. Поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы свести к минимуму дрейф и фазовый шум.

В моем OCXO я выбрал 10 МГц для OCXO, 100 кГц для FM-телеметрии поднесущей ракеты и 10 кГц для наземной станции микшера для отслеживания положения ракеты. Диапазон для движения транспортного средства - это просто разность фаз с использованием разности частоты и фазы поднесущей телеметрии и наземной станции в выбранном f с Δλ = c / f с Δposition = Δλ + счетчиками циклов. Ошибка частоты представляет скорость, как в скорости радара. Таким образом, с тактовой частотой 1 PPS (1 Гц) вы можете поддерживать большой диапазон и временной интервал без пропусков цикла или без учета точной разности фаз. Обратите внимание, что пропуск цикла в фазовой ошибке может быть N циклов, что означает неоднозначность накопленной ошибки ... при условии, что ошибка LOS важна.

Избыточность является ключом к надежности, если у вас есть выбор и ранжирование источников из Stratum 1,2, и 3 часов в случае сбоя. Телекоммуникационные синхронные высокоскоростные сети зависят от точных часов, как и лицензированные радиостанции. Сети используют интеллектуальную регистрацию ошибок для ранжирования ссылок источников тактовых сигналов Stratum.

Конечно, это требует очень тщательного подхода к разработке вашего DO. Объемы книг по стандартам определяют эти правила.

Я думаю, что вам нужно прочитать об устройстве, которое у вас есть (поскольку некоторые из них разные), но я бы предположил, что оно будет использоваться в качестве временной синхронизации. Т.е. вы получите сообщение о том, что следующий Pulse придет в момент времени INUTC.

«GPSClock 200 имеет выход RS-232, который обеспечивает временные коды NMEA и выходной сигнал PPS. Примерно за полсекунды раньше он выводит время следующего импульса PPS в формате GPRMC или GPZDA. В течение одной микросекунды от начала секунды UTC, он выводит PPS на высокий уровень в течение примерно 500 мс. "

Хотя приемник GPS может отправлять полную временную метку в восходящем направлении (через NMEA и т. Д.), Количество времени, которое потребуется для того, чтобы временная метка добралась до хоста, сделало бы временную метку неточной. Сигнал 1PPS - это приемник GPS, эквивалентный «в тональном режиме время будет двенадцать тридцать три и 35 секунд ... [звуковой сигнал]». Здесь предполагается, что часы хоста могут оставаться точными в течение 1 секунды, и каждую секунду они получают коррекцию через 1PPS.

Мне нравится ответ от "П. В. Субраманяна", как являющийся к сути. Это точно типичная цель 1 PPS. Предоставьте точный 1-секундный фронт, чтобы увеличить полный информационный блок «время дня», полученный некоторыми менее точными средствами (обычно асинхронная последовательная линия).

Говоря о генераторах, кажется, что в торговле «стандартами времени» и GPS, 10 МГц - очень популярный выбор. И локальные осцилляторы в приемниках GPS можно условно разделить на две категории: те, которые дают в точности отношение 1: 10000000 между выходом 10 МГц и PPS (синхронно по фазе), и те, где на выходе PPS наблюдаются пошаговые корректировки (пропуск / вставка тики 10 МГц). «Синхронные» кварцевые генераторы более точны и необходимы для некоторых целей. Они также требуют «управления духовкой» (OCXO), которая потребляет некоторую дополнительную мощность. Не подходит для устройств с батарейным питанием, отлично подходит для стационарного хронометража. «Пропускающие» генераторы достаточно хороши для базового использования позиционирования и дешевле, так что это то, что вы получаете в самых дешевых модулях GPS-приемников.

Для управления ФАПЧ каким-либо внешним кварцевым генератором, ребра 1 ФПС, возможно, расположены довольно далеко друг от друга, вам потребуется довольно длительное время интегрирования в серво-контуре ФАПЧ. Качественный источник сигнала 10 МГц позволит вам добиться хорошей блокировки гораздо быстрее. Но подвох есть - «хорошего качества». Смотри выше. Помимо этого, 1PPS, безусловно, достаточно хорош, чтобы дисциплинировать системную временную базу некоторых ОС или NTPd, работающих на оборудовании ПК.

Как уже говорили другие, выходной сигнал 1PPS от GPS-приемника получен из локального кварцевого генератора, тикающего внутри приемника. Обычно это был кристалл 10 МГц. Этот локальный кварцевый генератор действительно является ГУН, позволяя вносить небольшие изменения в его фактическую тактовую частоту. Этот вход VCO используется для управления с обратной связью (стиль отрицательной обратной связи), где сигнал GPS от нескольких спутников (в совокупности) служит в качестве эталона. Функциональный блок в приемнике GPS, который выполняет декодирование «скремблированных спагетти» псевдослучайных битовых потоков на общей несущей с различными уровнями сигнала и доплеровскими сдвигами, этот блок называется «коррелятором». Он использует некоторое сложное вычисление чисел, чтобы найти оптимальное «решение» проблемы положения и времени, основываясь на полученных радиосигналах, сравнивая их с локальной временной базой - и непрерывно оценивает небольшую ошибку / отклонение между радиоприемом и локальным кристаллом, который он подает обратно на вход VCO кристалла ... отсюда и управление с обратной связью. С точки зрения синхронизации, коррелятор GPS-приемника - это просто чрезвычайно сложный компаратор PLL :-)

Другие упоминают о Symmetricom и TimeTools ... У Meinberg Funkuhren есть хорошая таблица предлагаемых ими генераторов, содержащая все мыслимые параметры точности: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Обратите внимание, что указанные значения точности вероятно, все еще консервативные / пессимистичные оценки.

Все существующие ответы говорят о точной синхронизации приложений; Я просто хочу отметить, что сигнал 1 pps важен и для навигации - особенно, когда приемник движется.

Получателю требуется некоторое время для вычисления каждого навигационного решения и дополнительное время для форматирования этого решения в одно или несколько сообщений и передачи их по какому-либо каналу связи (обычно последовательно). Это означает, что к тому времени, когда остальная часть системы сможет использовать информацию, она уже «устарела», возможно, на несколько сотен миллисекунд.

Большинство приложений для любителей с низкой точностью игнорируют эту деталь, но в высокоточных приложениях, которые могут перемещаться со скоростью 30-100 метров в секунду, это приводит к ошибкам на многие метры, что делает его основным источником общей ошибки.

Цель вывода 1 pps - точно указать, когда позиция, указанная в навигационном сообщении (сообщениях), была действительной, что позволяет прикладному программному обеспечению компенсировать задержку связи. Это особенно важно в гибридных GPS-инерциальных системах, в которых датчики MEMS используются для обеспечения интерполированных навигационных решений с высокой частотой дискретизации (сотни герц).

Мы используем выход 1PPS, генерируемый приемниками GPS, чтобы обеспечить очень точное время для сетевых серверов времени NTP уровня 1. 1PPS генерируется в начале каждой секунды, и в случае многих приемников с точностью до нескольких наносекунд времени UTC. Некоторые GPS-приемники не так хороши в предоставлении времени, поскольку соответствующий последовательный выходной сигнал может «блуждать» с каждой стороны предполагаемого импульсного выхода. Это эффективно периодически генерирует смещение в одну секунду.

Выход 1PPS также можно использовать для управления осцилляторами на основе OCXO или TCXO для обеспечения удержания в случае потери сигналов GPS. Ссылка ниже предоставляет некоторую дополнительную информацию об использовании GPS во временных ссылках:

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

1 сигнал PPM используется для целей синхронизации. Предположим, у вас есть два устройства, расположенные на большом расстоянии, и вы хотите генерировать тактовые импульсы на обоих устройствах, которые запускаются одновременно, что вы можете сделать? Здесь используется сигнал 1 PPM. Модуль GPS выдает импульсы с точностью до 1 нс по всему миру.