왜 GPS 수신기에 1 PPS 출력이 있습니까?

작업중인 GPS 수신기에 1 PPS (Pulse Per Second) 신호 출력용으로 예약 된 핀이 있다는 사실에 놀랐습니다. 이것의 요점은 무엇입니까? 마이크로 컨트롤러가 자체 1 PPS 신호를 쉽게 생성 할 수 없습니까?

1 PPS 출력은 MCU가 할 수있는 것보다 지터가 훨씬 낮습니다. 좀 더 까다로운 응용 프로그램에서는 해당 펄스를 사용하여 시간을 매우 정확하게 측정 할 수 있습니다. 일부 과학 등급의 GPS에서는이 1 PPS 출력이 1 nS보다 정확할 수 있습니다.

장기적으로 1Hz 신호는 아마도 가장 정확한 시간 일 것입니다.

GPS 모듈 비용으로 세슘 시계 시간 기준과 같은 것을 효과적으로 얻고 있습니다. 거래. 상용 "훈련 된 발진기"장치를 구입할 수 있으며 DIY 장치 용 디자인을 사용할 수 있습니다. DO 자체는 주파수가 고정되지 않지만 로컬 및 GPS 클럭에 의해 생성 된 1H 신호 사이의 오류 신호에 의해 부드럽게 잠 깁니다.

훈련 된 발진기

어디에서나 표준 시간 -

• 오븐 형 석영 수정 발진기 단일 (OCXO) 또는 이중 (DOCXO) 온도 제어 오븐이 수정 및 발진 회로를 감싸는 경우 TCXO에 비해 주파수 안정성이 2-4 배 정도 향상 될 수 있습니다. 이러한 발진기는 실험실 및 통신 등급 애플리케이션에 사용되며 종종 전자 주파수 제어를 통해 출력 주파수를 조정할 수있는 수단이 있습니다. 이러한 방식으로 GPS 또는 Loran-C 기준 수신기의 주파수와 일치하도록 "훈련"될 수 있습니다.

  GPS에 특화된 DOCXO는 전세계의 여러 유선 통신 시스템에 대한 Stratum I PRS (Primary Reference Source)입니다. 또한 Qualcomm에서 시작한 CDMA (Code Division Multiple Access) 셀룰러 휴대폰 시스템의 IS-95 표준에 따라 작동하는 기지국의 GPS 시간 및 주파수 기준으로 널리 배포됩니다. 이러한 기지국 애플리케이션의 양은 가격을 낮추고 공급 업체를 통합함으로써 OCXO 시장에 큰 영향을 미쳤습니다.

슈퍼 간단한 DIY 마십시오

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상업용 그래프

UTC 추적기

@DavidKessner의 대답은 내가 말하려는 내용과 일치하지만 자세히 설명하고 싶었습니다.

이 출력을 사용하면 MCU가 특정 초에 무언가를 수행하는 응용 프로그램에서 1 초에 한 번 (몇 나노초 내에) 깊은 잠자기 모드에서 MCU를 깨우기 위해 사용할 수 있습니다. .

MCU의는 수 또한 그것의 자신의 타이밍 정확도를 계산하고 소프트웨어에 대한 보상이 신호를 사용합니다. 따라서 MCU는 펄스 지속 시간을 "측정"하고 "완벽한"1 초 간격이라고 가정 할 수 있습니다. 그렇게하면 결정이나 온도에 영향을주는 등의 이유로 인해 발생하는 스트레칭 또는 압착 시간을 효과적으로 파악할 수 있으며 측정하는 모든 타이밍에 해당 타이밍 계수를 적용 할 수 있습니다.

가혹한 로켓 환경을 위해 견고한 OCXO를 설계하고 GPS 전에 실제로 기상 관측소를 추적 한 후 실제로는 1 차 GPS (GOES 1) 만 출시 된 후 멋진 추억을 되찾아줍니다.

안정성의 중요성은 중단 및 중단 또는 LOS (신호 손실) 및 캡처 시간 동안 허용 할 수있는 오류의 양에 따라 다릅니다. f에 N을 PLL 분배기로 곱하면 위상 오차도 곱합니다. 따라서 드리프트 및 위상 노이즈를 최소화하는 데주의를 기울여야합니다.

내 OCXO에서 OCXO는 10MHz, 로켓 FM 부반송파 원격 측정은 100KHz, 믹서 지상국은 로켓의 위치를 ​​추적하기 위해 10KHz를 선택했습니다. 차량 이동 범위는 단순히 Δλ = c / f로 Δposition = Δλ + 사이클 카운트를 사용하여 선택한 f에서 원격 측정 서브 캐리어와 지상국의 차이 주파수와 위상을 사용하는 위상차입니다. 주파수 오류는 레이더 속도와 같은 속도를 나타냅니다. 따라서 1 PPS (1Hz) 클록을 사용하면 사이클 스킵 또는 정확한 위상차 계산없이 넓은 범위와 시간 간격을 지원할 수 있습니다. 위상 오류에서 사이클 스킵은 N 사이클 일 수 있으며, 이는 누적 오류의 모호성을 의미합니다. LOS 오류를 가정하는 것이 중요합니다.

정전시 Stratum 1,2 및 3 클럭에서 소스를 선택하고 순위를 지정하는 경우 중복성이 안정성의 핵심입니다. 통신 동기식 고속 네트워크는 라이센스가있는 라디오와 마찬가지로 정확한 시계에 의존합니다. 네트워크는 Stratum 클록 소스의 참조 순위를 지정하기 위해 지능형 오류 로깅을 사용합니다.

물론 DO 디자인에있어 엄청나게 신중해야합니다. 표준에 관한 책의 양이 이러한 규칙을 정의합니다.

나는 당신이 가지고있는 장치 (일부는 다르기 때문에)를 읽어야한다고 생각하지만 그것이 시간 동기화로 사용될 것이라고 생각합니다. 즉, 다음 펄스가 timeInUTC에 올 것이라는 메시지가 나타납니다.

"GPSClock 200에는 NMEA 타임 코드와 PPS 출력 신호를 제공하는 RS-232 출력이 있습니다. 약 0.5 초 전에 다음 PPS 펄스 시간을 GPRMC 또는 GPZDA 형식으로 출력합니다. "UTC는 두 번째로 PPS 출력을 약 500ms 동안 높게 만듭니다."

GPS 수신기가 완전한 타임 스탬프 업스트림 (NMEA 등을 통해)을 보낼 수 있지만 타임 스탬프가 호스트로 전달되는 데 걸리는 시간은 타임 스탬프를 부정확하게 만듭니다. 1PPS 신호는 GPS 리시버의 "음이 울리면 시간이 134 ~ 35 초가됩니다 ..."(경고음)입니다. 여기서 가정하면 호스트의 시계는 1 초 동안 정확한 상태를 유지할 수 있으며 1 초마다 1PPS를 통해 수정됩니다.

나는 "PV Subramanian"의 답변을 요점으로 좋아한다. 이것은 정확히 1 PPS의 전형적인 목적입니다. 정확한 1 초 에지를 제공하여 덜 정확한 수단 (일반적으로 비동기 직렬 회선)으로 수신 한 전체 "시간"정보 블록을 보강합니다.

발진기에 대해 말하면, "시간 표준"과 GPS의 거래에서 10 MHz가 매우 인기있는 선택 인 것 같습니다. 또한 GPS 수신기의 로컬 발진기는 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 10MHz 출력과 PPS (위상 동기) 사이의 비율이 정확히 1 : 10000000이고 PPS 출력이 단계적으로 조정되는 단계 (스킵 / 삽입) 10 MHz 타임베이스의 틱). "동기식"수정 발진기는보다 정확하며 일부 목적에 필요합니다. 또한 "오븐 제어"(OCXO)가 필요하며, 이는 약간의 추가 전력을 소비합니다. 배터리로 작동하는 장치에는 적합하지 않으며 고정 된 시간 기록 사용에 탁월합니다. "스킵"발진기는 기본 포지셔닝 사용에 충분하고 저렴하므로 가장 저렴한 GPS 수신기 모듈에서 얻을 수 있습니다.

일부 외부 크리스털 발진기의 PLL 제어를 위해서는 1 PPS의 에지가 다소 떨어져있을 수 있으므로 PLL 서보 루프에서 꽤 긴 통합 시간이 필요합니다. 좋은 품질의 10 MHz 신호 소스는 훨씬 빠른 잠금을 달성 할 수있게합니다. 그러나 캐치는 "좋은 품질"입니다. 위 참조. 그 외에도 1PPS는 PC 하드웨어에서 실행되는 일부 OS 또는 NTPd의 시스템 타임베이스를 훈련시키기에 충분할 정도로 충분합니다.

다른 사람들이 말했듯이 GPS 수신기의 1PPS 출력은 로컬 크리스털 발진기에서 파생되어 수신기 내부를 틱합니다. 일반적으로 이것은 10 MHz 결정이었습니다. 이 로컬 크리스털 발진기는 실제로 VCO이므로 실제 클록 속도를 약간 조정할 수 있습니다. 이 VCO 입력은 폐쇄 루프 제어 (음의 피드백 스타일)에 사용되며 소수의 위성 (결합)의 GPS 신호가 기준으로 사용됩니다. 신호 수신기와 도플러 시프트가 다양한 공유 캐리어에서 의사 랜덤 비트 스트림의 "스크램블링 된 스파게티"를 디코딩하는 GPS 수신기의 기능 블록을 "상관기"라고합니다. 수신 된 무선 신호에 따라 위치와 시간 "문제"에 대한 최적의 "솔루션"을 찾기 위해 무거운 숫자 크 런칭을 사용합니다. 이를 로컬 타임베이스와 비교하고 무선 수신과 로컬 크리스탈 간의 작은 오류 / 편차를 지속적으로 평가하여 크리스탈의 VCO 입력으로 피드백하여 폐쇄 루프 제어합니다. 타이밍 관점에서 보면 GPS 수신기의 상관 기는 매우 복잡한 PLL 비교기입니다.

: 기타 Symmetricom 및 TimeTools을 언급 ... Meinberg의 Funkuhren 모든 사유 정밀 매개 변수를 포함하는, 그들이 제공하는 오실레이터의 좋은 테이블이 https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm을 참고 인용 정밀도가 있음을 아마도 여전히 보수적이거나 비관적 인 추정 일 것입니다.

기존의 모든 답변은 정밀 타이밍 애플리케이션에 대해 이야기합니다. 1 pps 신호가 특히 수신기가 움직일 때 탐색에 중요하다는 점을 지적하고 싶습니다.

수신기가 각 탐색 솔루션을 계산하는 데 시간이 걸리고, 해당 솔루션을 하나 이상의 메시지로 형식화하고 일종의 통신 링크 (일반적으로 직렬)를 통해 전송하는 데 추가 시간이 걸립니다. 이것은 시스템의 나머지 부분이 정보를 사용할 수있을 때까지 이미 수백 밀리 초 정도 "오래된"것임을 의미합니다.

대부분의 정밀도가 낮은 애호가 애플리케이션은이 세부 사항을 무시하지만 초당 30에서 100 미터로 이동하는 정밀 애플리케이션에서는 여러 미터의 오류가 발생하여 전체 오류의 주요 원인이됩니다.

1 pps 출력의 목적은 내비게이션 메시지 (들)에 표시된 위치가 유효한 시점을 정확하게 나타 내기 위해, 어플리케이션 소프트웨어가 통신 지연을 보상 할 수있게합니다. 이는 MEMS 센서를 사용하여 높은 샘플링 속도 (수백 헤르츠)의 보간 내비게이션 솔루션을 제공하는 하이브리드 GPS 관성 시스템에서 특히 중요합니다.

GPS 수신기에서 생성 된 1PPS 출력을 사용하여 계층 1 NTP 네트워크 시간 서버에 매우 정확한 시간을 제공합니다. 1PPS는 초마다 시작되며 많은 수신기의 경우 UTC 시간의 몇 나노초 내에 정확합니다. 일부 GPS 수신기는 관련 직렬 시간 출력이 의도 한 펄스 출력의 각 측면을 '방황'할 수 있기 때문에 시간을 제공하는 데 좋지 않습니다. 이것은 효과적으로 주기적으로 1 초 오프셋을 생성합니다.

1PPS 출력은 GPS 신호 손실시 홀드 오버를 제공하기 위해 OCXO 또는 TCXO 기반 발진기를 훈련시키는 데 사용될 수도 있습니다. 아래 링크는 시간 참조에서 GPS 사용에 관한 추가 정보를 제공합니다.

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

1 PPM 신호는 동기화 목적으로 사용됩니다. 멀리 떨어진 곳에 두 개의 장치가 있고 정확히 같은 시간에 시작하는 두 장치에서 클럭 펄스를 생성하려고한다면 어떻게해야합니까? 이 1 PPM 신호가 사용되는 곳입니다. GPS 모듈은 전 세계에서 1ns의 정확도로 펄스를 제공합니다.