เหตุใดตัวรับสัญญาณ GPS จึงมีเอาต์พุต 1 PPS

ฉันประหลาดใจที่เห็นว่าตัวรับสัญญาณ GPS ที่ฉันใช้งานอยู่มีหมุดที่สงวนไว้สำหรับการส่งสัญญาณ 1 PPS (Pulse ต่อวินาที) ประเด็นนี้คืออะไร? ไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่สามารถสร้างสัญญาณ 1 PPS ได้อย่างง่ายดายหรือไม่?

เอาต์พุต 1 PPS มีความกระวนกระวายใจน้อยกว่าสิ่งที่ MCU สามารถทำได้ ในแอปพลิเคชั่นที่มีความต้องการมากขึ้นคุณสามารถใช้พัลส์นั้นเพื่อให้ได้เวลาที่แม่นยำ ด้วย GPS ระดับวิทยาศาสตร์บางอย่างเอาต์พุต 1 PPS นี้อาจแม่นยำถึงดีกว่า 1 nS

ในระยะยาวสัญญาณ 1 Hz น่าจะเป็นเวลาที่แม่นยำที่สุดและเป็นความถี่อ้างอิงที่คุณจะได้พบ

คุณได้รับบางอย่างเช่นเวลาอ้างอิงนาฬิกาซีเซียมสำหรับค่าใช้จ่ายของโมดูล GPS การต่อรองราคา คุณสามารถซื้อชุด "oscillator" เชิงพาณิชย์และการออกแบบสำหรับ DIY ได้ DO ทำไม่ใช่ล็อคความถี่ต่อ แต่จะเตะเบา ๆ เข้าล็อคโดยสัญญาณข้อผิดพลาดระหว่างสัญญาณ 1 H ที่สร้างขึ้นโดยนาฬิกาท้องถิ่นและ GPS

วินัยออสซิลเลเตอร์

เวลามาตรฐานทุกที่ที่ พวกเขาพูด -

• Oscillators คริสตัลควอตซ์ที่ผ่านการอบด้วยเตาอบเมื่อเตาอบควบคุมอุณหภูมิแบบเดี่ยว (OCXO) หรือสองครั้ง (DOCXO) นั้นล้อมรอบคริสตัลและวงจรการสั่นของมันเสถียรภาพของความถี่อาจดีขึ้นสองถึงสี่ลำดับความสัมพันธ์กับขนาดของ TCXO ออสซิลเลเตอร์ดังกล่าวถูกใช้ในห้องปฏิบัติการและแอปพลิเคชั่นระดับการสื่อสารและมักจะมีวิธีในการปรับความถี่เอาต์พุตของพวกเขาผ่านการควบคุมความถี่อิเล็กทรอนิกส์ ด้วยวิธีนี้พวกเขาอาจ "มีวินัย" เพื่อให้ตรงกับความถี่ของตัวรับสัญญาณ GPS หรือ Loran-C

  DOCXO ที่มีระเบียบวินัยด้วย GPS เป็นแหล่งอ้างอิงหลักของ Stratum I (PRS) สำหรับระบบสื่อสารแบบใช้สายของโลกหลายแห่ง พวกเขายังถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในการอ้างอิงเวลา GPS และความถี่สำหรับการใช้งานพื้นฐานภายใต้มาตรฐาน IS-95 สำหรับระบบโทรศัพท์มือถือรหัส Division Multiple Access (CDMA) ที่มีต้นกำเนิดโดย Qualcomm ปริมาณของแอปพลิเคชันพื้นฐานเหล่านี้มีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อตลาด OCXO โดยการลดราคาลงและรวมผู้ขายเข้าด้วยกัน

สุดยอด DIY ทำง่าย

Brooks Shera DO

ออกกำลังกายว่าคุณทำได้ดีแค่ไหน

โมดูลเชิงพาณิชย์ - 0.1 ส่วนต่อพันล้านต่อวัน

เชิงพาณิชย์ด้วยกราฟ

UTC tracker

@ คำตอบของ DavidKessner นั้นสอดคล้องกับสิ่งที่ฉันกำลังจะพูด แต่ฉันต้องการที่จะอธิบายอย่างละเอียดและนี่เป็นมากกว่าความคิดเห็นเล็กน้อย

เอาต์พุตนี้สามารถใช้เพื่อพูดปลุก MCU (จากโหมดสลีปลึก) หนึ่งครั้งต่อวินาที (ภายในไม่กี่วินาทีนาโนวินาที) ในแอปพลิเคชันที่คุณใส่ใจเกี่ยวกับ MCU ทำบางสิ่งบางอย่างในวินาทีโดยเฉพาะ .

MCU ยังสามารถใช้สัญญาณนี้ในการคำนวณความแม่นยำของเวลาและชดเชยในซอฟต์แวร์ ดังนั้น MCU สามารถ "วัด" ระยะเวลาการเต้นของชีพจรและสมมติว่าเป็นช่วงเวลา "สมบูรณ์แบบ" 1 วินาที ในการทำเช่นนั้นมันสามารถระบุเวลาที่ยืดหรือบีบได้อย่างมีประสิทธิภาพพูดเนื่องจากผลกระทบอุณหภูมิกับคริสตัลหรืออะไรก็ตามและใช้ปัจจัยเวลานั้นกับการวัดใด ๆ

ด้วยการออกแบบ OCXO ที่ทนทานสำหรับสภาพแวดล้อมจรวดที่รุนแรงและการติดตามสถานีตรวจอากาศที่ลอยอยู่ก่อน GPS .. จริง ๆ แล้วหลังจากเปิดตัว GPS เพียงเครื่องเดียว (GOES 1) เพียงครั้งเดียว

ความสำคัญของความเสถียรขึ้นอยู่กับการหยุดทำงานและจำนวนข้อผิดพลาดที่คุณสามารถทนได้ในระหว่างการหยุดทำงานหรือ LOS (การสูญเสียสัญญาณ) เช่นเดียวกับเวลาในการจับภาพ เมื่อคุณคูณ f ด้วย N ด้วยตัวแบ่ง PLL คุณจะคูณข้อผิดพลาดเฟส ดังนั้นการดูแลเพื่อลดเสียงดริฟท์และเสียงเฟสจึงเป็นสิ่งจำเป็น

ใน OCXO ของฉันฉันเลือก 10MHz สำหรับ OCXO, 100KHz สำหรับ telemetry sub-carrier FM ของจรวดและ 10KHz สำหรับสถานี ground ground เพื่อติดตามตำแหน่งของ rocket ช่วงสำหรับการเดินทางของยานพาหนะเป็นเพียงความแตกต่างของเฟสโดยใช้ความถี่ที่แตกต่างและเฟสของผู้ให้บริการย่อย telemetry และสถานีภาคพื้นดินที่ f ที่เลือกด้วยΔλ = c / f พร้อมΔposition = Δλ + นับรอบ ข้อผิดพลาดความถี่แสดงถึงความเร็วเช่นเดียวกับในเรดาร์ความเร็ว ดังนั้นด้วยนาฬิกา 1 PPS (1Hz) คุณจึงสามารถรองรับช่วงและช่วงเวลาขนาดใหญ่ได้โดยไม่ต้องข้ามวัฏจักรหรือนับจากความแตกต่างของเฟสที่แม่นยำ โปรดทราบว่าการวนรอบในข้อผิดพลาดของเฟสอาจเป็นวัฏจักร N ซึ่งหมายถึงความกำกวมของข้อผิดพลาดสะสม .. โดยถือว่าข้อผิดพลาดของ LOS นั้นสำคัญ

ความซ้ำซ้อนเป็นกุญแจสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือหากคุณมีตัวเลือกและการจัดอันดับแหล่งที่มาจาก Stratum 1,2 และ 3 นาฬิกาในกรณีที่ไฟฟ้าดับ เครือข่ายความเร็วสูงแบบซิงโครนัสของโทรคมนาคมขึ้นอยู่กับนาฬิกาที่แม่นยำเช่นเดียวกับวิทยุที่มีลิขสิทธิ์ เครือข่ายใช้การบันทึกข้อผิดพลาดอัจฉริยะสำหรับการจัดอันดับการอ้างอิงแหล่งที่มาของนาฬิกา Stratum

แน่นอนว่าต้องอาศัยความขยันหมั่นเพียรในการออกแบบ DO ของคุณ ปริมาณหนังสือมาตรฐานกำหนดกฎเหล่านี้

ฉันคิดว่าคุณจำเป็นต้องอ่านข้อมูลในหน่วยที่คุณมี (เนื่องจากมีความแตกต่างกัน) แต่ฉันเดาว่ามันจะใช้เป็นการซิงค์เวลา คือคุณได้รับข้อความแจ้งว่า Pulse ถัดไปจะมาตามเวลา INUTC

"GPSClock 200 มีเอาต์พุต RS-232 ที่ให้รหัสเวลา NMEA และสัญญาณเอาต์พุต PPS ประมาณครึ่งวินาทีก่อนหน้านี้จะแสดงเวลาของพัลส์ PPS ถัดไปในรูปแบบ GPRMC หรือ GPZDA ภายในหนึ่งไมโครวินาทีของการเริ่มต้น วินาทีของ UTC มันจะทำให้ PPS สูงถึงประมาณ 500 ms "

ในขณะที่ตัวรับสัญญาณ GPS สามารถส่งการประทับเวลาที่สมบูรณ์ (ผ่าน NMEA ฯลฯ ) ระยะเวลาที่ใช้ในการประทับเวลาเพื่อให้การส่งผ่านไปยังโฮสต์จะทำให้การประทับเวลาไม่ถูกต้อง สัญญาณ 1PPS คือตัวรับสัญญาณ GPS ที่เทียบเท่า "ที่เสียงเวลาจะเป็นสิบสองสามสิบสามและ 35 วินาที ... [เสียงบี๊บ]" สมมติฐานที่นี่คือนาฬิกาของโฮสต์สามารถอยู่ได้อย่างถูกต้องเป็นเวลา 1 วินาทีและทุกวินาทีจะได้รับการแก้ไขผ่าน 1PPS

ฉันชอบการตอบสนองจาก "PV Subramanian" ถึงประเด็น นี่คือจุดประสงค์ทั่วไปอย่างแม่นยำของ 1 PPS จัดเตรียมขอบที่แม่นยำ 1 วินาทีเพื่อเพิ่มช่วงเวลาของข้อมูล "เต็มเวลา" ที่ได้รับโดยวิธีที่แม่นยำน้อยกว่า (โดยทั่วไปคือ async serial line, โดยทั่วไป)

เมื่อพูดถึงออสซิลเลเตอร์ดูเหมือนว่าในเรื่องการค้า "มาตรฐานเวลา" และ GPS นั้น 10 MHz เป็นตัวเลือกยอดนิยม และออสซิลเลเตอร์ท้องถิ่นในเครื่องรับสัญญาณ GPS สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทโดยคร่าว ๆ นั่นคือผลลัพธ์ที่แม่นยำในอัตราส่วน 1: 10000000 ระหว่างเอาต์พุต 10MHz และ PPS (เฟสซิงโครนัส) และผู้ที่เอาต์พุต PPS แสดงการปรับขั้นตอนอย่างชาญฉลาด ทำเครื่องหมายของช่วงเวลา 10 MHz) ออสซิลเลเตอร์คริสตัล "แบบซิงโครนัส" มีความแม่นยำมากขึ้นและจำเป็นสำหรับบางวัตถุประสงค์ พวกเขายังต้องการ "การควบคุมเตาอบ" (OCXO) ซึ่งใช้พลังงานเพิ่มเติมบางอย่าง ไม่ดีสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เหมาะสำหรับการบอกเวลาแบบคงที่ ออสซิลเลเตอร์ "การข้าม" นั้นดีพอสำหรับการใช้การวางตำแหน่งพื้นฐานและราคาถูกกว่าดังนั้นนี่คือสิ่งที่คุณได้รับในโมดูลตัวรับสัญญาณ GPS ที่ถูกที่สุด

สำหรับการควบคุม PLL ของออสซิลเลเตอร์คริสตัลภายนอกบางส่วนขอบของ 1 PPS อาจเว้นระยะห่างค่อนข้างไกลคุณอาจต้องใช้เวลาในการรวมค่อนข้างนานใน PLL servo loop แหล่งสัญญาณคุณภาพ 10 MHz ที่ดีจะช่วยให้คุณล็อคได้ดีขึ้นเร็วขึ้นมาก แต่ที่จับคือ - "คุณภาพดี" ดูด้านบน. นอกจากนั้น 1PPS นั้นดีพอที่จะทำให้ระบบฐานเวลาของ OS หรือ NTPd ทำงานบนฮาร์ดแวร์ของพีซี

อย่างที่คนอื่นพูดเอาไว้ 1PPS เอาท์พุทจากตัวรับสัญญาณจีพีเอสนั้นมาจากตัวกำเนิดสัญญาณคริสตัลภายใน โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้เคยเป็นคริสตัล 10 MHz คริสตัลออสซิลเลเตอร์ในท้องที่แห่งนี้เป็น VCO จริง ๆ ทำให้สามารถปรับอัตรานาฬิกาเล็กน้อยได้ อินพุต VCO นี้ใช้สำหรับการควบคุมวงปิด (รูปแบบข้อเสนอแนะเชิงลบ) ซึ่งสัญญาณ GPS จากดาวเทียมจำนวนหนึ่ง (รวมกัน) ทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิง ฟังก์ชั่นบล็อกในตัวรับสัญญาณ GPS ซึ่งทำการถอดรหัส "สัญญาณรบกวนแบบปาเก็ตตี้" ของ bitstreams แบบหลอกหลอกบนผู้ให้บริการที่ใช้ร่วมกันด้วยระดับสัญญาณที่หลากหลายและการเลื่อนแบบ doppler บล็อกนี้เรียกว่า "correlator" จะใช้จำนวนมาก crunching เพื่อหา "ทางออก" ที่เหมาะสมกับตำแหน่งและเวลา "ปัญหา" ตามสัญญาณวิทยุที่ได้รับ เปรียบเทียบกับฐานเวลาท้องถิ่น - และประเมินข้อผิดพลาด / การเบี่ยงเบนเล็กน้อยระหว่างการรับสัญญาณวิทยุและคริสตัลท้องถิ่นซึ่งจะส่งข้อมูลกลับไปยังอินพุต VCO ของคริสตัล ... ดังนั้นจึงควบคุมวงปิด จากมุมมองจังหวะเวลาตัวเชื่อมโยงตัวรับสัญญาณ GPS เป็นเพียงตัวเปรียบเทียบ PLL ที่ซับซ้อนมาก :-)

อื่น ๆ ได้กล่าว Symmetricom และ TimeTools ... Meinberg Funkuhren มีตารางที่ดีของ oscillators ที่พวกเขาเสนอที่มีพารามิเตอร์แม่นยำทุก thinkable: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm หมายเหตุที่แม่นยำที่ยกมาเป็น อาจยังคงประมาณการอนุรักษ์นิยม / มองโลกในแง่ร้าย

คำตอบที่มีอยู่ทั้งหมดพูดคุยเกี่ยวกับแอปพลิเคชั่นกำหนดเวลาที่แม่นยำ ฉันแค่ต้องการชี้ให้เห็นว่าสัญญาณ 1 pps นั้นมีความสำคัญต่อการนำทางด้วยเช่นกันโดยเฉพาะเมื่อตัวรับสัญญาณเคลื่อนที่

มันต้องใช้เวลาพอสมควรสำหรับผู้รับที่จะคำนวณโซลูชันการนำทางแต่ละตัวและใช้เวลาเพิ่มเติมในการจัดรูปแบบของการแก้ปัญหานั้นให้เป็นข้อความหนึ่งข้อความหรือมากกว่าและส่งผ่านลิงก์การสื่อสารบางประเภท ซึ่งหมายความว่าเมื่อถึงเวลาที่ระบบที่เหลือสามารถใช้ประโยชน์จากข้อมูลได้มันก็ล้าสมัยไปแล้วหลายร้อยมิลลิวินาที

แอปพลิเคชันงานอดิเรกที่มีความแม่นยำต่ำส่วนใหญ่จะไม่สนใจรายละเอียดนี้ แต่ในแอปพลิเคชั่นที่มีความแม่นยำซึ่งอาจเดินทางได้ที่ 30 ถึง 100 เมตร / วินาทีนี้จะแนะนำข้อผิดพลาดหลายเมตรทำให้เป็นแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดทั้งหมด

วัตถุประสงค์ของเอาต์พุต 1 pps คือการระบุอย่างถูกต้องเมื่อตำแหน่งที่ระบุในข้อความการนำทางถูกต้องซึ่งอนุญาตให้แอปพลิเคชันซอฟต์แวร์ชดเชยความล่าช้าในการสื่อสาร สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบ GPS เฉื่อยแบบไฮบริดซึ่งเซ็นเซอร์ MEMS ถูกใช้เพื่อมอบโซลูชันการนำทางแบบสอดแทรกในอัตราตัวอย่างสูง (หลายร้อยเฮิร์ตซ์)

เราใช้เอาต์พุต 1PPS ที่สร้างโดยตัวรับสัญญาณ GPS เพื่อให้เวลาที่แม่นยำมากสำหรับ stratum 1 NTP Network Time Servers 1PPS ถูกสร้างขึ้นในช่วงเริ่มต้นของแต่ละวินาทีและในกรณีของเครื่องรับจำนวนมากนั้นมีความแม่นยำถึงภายในไม่กี่วินาทีของเวลา UTC ตัวรับสัญญาณ GPS บางตัวไม่ค่อยให้เวลาเนื่องจากการส่งสัญญาณเวลาแบบอนุกรมที่เกี่ยวข้องสามารถ 'เร่ร่อน' แต่ละด้านของจุดประสงค์ของสัญญาณพัลส์ สิ่งนี้จะสร้างออฟเซ็ตหนึ่งวินาทีเป็นระยะ

1PPS output ยังสามารถใช้เพื่อฝึกฝน Oscillators ที่ใช้ OCXO หรือ TCXO เพื่อให้เกิดการค้างในกรณีที่สัญญาณ GPS สูญหาย ลิงค์ด้านล่างให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้ GPS ในการอ้างอิงเวลา:

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

1 สัญญาณ PPM ใช้สำหรับการซิงโครไนซ์ สมมติว่าคุณมีอุปกรณ์สองเครื่องที่อยู่ในระยะไกลและคุณต้องการสร้างสัญญาณนาฬิกาในอุปกรณ์ทั้งสองที่เริ่มต้นในเวลาเดียวกันคุณจะทำอย่างไร นี่คือจุดที่ใช้สัญญาณ PPM 1 อัน โมดูลจีพีเอสให้พัลส์ที่ความแม่นยำ 1ns ทั่วโลก