Дисциплинированный генератор GPS
Часы GPS или дисциплинированный генератор GPS ( GPSDO ) представляют собой комбинацию GPS- приемника и высококачественного стабильного генератора, такого как кварцевый или рубидиевый генератор, выходной сигнал которого контролируется для согласования с сигналами, транслируемыми GPS или другими GNSS спутниками . . [1] [2] GPSDO хорошо работают в качестве источника времени, поскольку сигналы спутникового времени должны быть точными, чтобы обеспечить точность позиционирования для GPS в навигации. Эти сигналы имеют точность до наносекунд и служат хорошим ориентиром для приложений синхронизации. [3] [4]
Приложения
[ редактировать ]GPSDO служат незаменимым источником синхронизации в ряде приложений, и без них некоторые технологические приложения были бы непрактичны. [5] GPSDO используются в качестве основы для всемирного координированного времени (UTC) по всему миру. UTC является официальным принятым стандартом времени и частоты. UTC контролируется Международным бюро мер и весов ( BIPM ). Центры времени по всему миру используют GPS для приведения своих шкал времени в соответствие с UTC. [6] [7] Стандарты на основе GPS используются для обеспечения синхронизации с беспроводными базовыми станциями. [8] и хорошо служат в лабораториях стандартов в качестве альтернативы эталонам на основе цезия . [3]
GPSDO можно использовать для синхронизации нескольких радиочастотных приемников, обеспечивая согласованную по фазе радиочастотную работу между приемниками. [9] и приложения, такие как пассивный радар и ионозонды . [10]
Операция
[ редактировать ]
GPSDO работает, дисциплинируя или управляя высококачественным кварцевым или рубидиевым генератором, синхронизируя выходной сигнал с сигналом GPS через контур слежения. Механизм дисциплинирования работает аналогично системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), но в большинстве GPSDO петлевой фильтр заменяется микроконтроллером , который использует программное обеспечение для компенсации не только изменений фазы и частоты гетеродина, но и для «изученных» эффектов старения, температуры и других параметров окружающей среды. [3] [11]
Одним из ключей к полезности GPSDO в качестве эталона синхронизации является то, как он способен сочетать характеристики стабильности сигнала GPS и генератора, управляемого контуром слежения. GPS-приемники обладают превосходной долговременной стабильностью (что характеризуется отклонением Аллана ). [7] при временах усреднения, превышающих несколько часов. Однако их кратковременная стабильность ухудшается из-за ограничений внутреннего разрешения частотой один импульс в секунду (1PPS) опорных схем синхронизации с , эффектов распространения сигнала , таких как многолучевые помехи , атмосферные условия и другие недостатки. С другой стороны, качественный генератор с термостатическим управлением имеет лучшую краткосрочную стабильность, но подвержен тепловым, стареющим и другим долгосрочным воздействиям. GPSDO стремится использовать лучшее из обоих источников, сочетая краткосрочную стабильность генератора с долгосрочной стабильностью сигналов GPS, чтобы получить опорный источник с превосходными общими характеристиками стабильности. [12]
GPSDO обычно выравнивают фазу внутреннего генератора маховика по сигналу GPS, используя делители для генерации сигнала 1PPS от опорного генератора, затем сравнивают фазу этого сигнала 1PPS с сигналом 1PPS, генерируемым GPS, и используют разности фаз для управления частотой гетеродина. с небольшими корректировками с помощью контура отслеживания. [13] Это отличает GPSDO от их собратьев NCO ( генератор с числовым программным управлением ). Вместо того, чтобы дисциплинировать генератор путем регулировки частоты, унтер-офицеры обычно используют автономный недорогой кварцевый генератор и регулируют выходную фазу путем цифрового удлинения или сокращения выходной фазы много раз в секунду с большими фазовыми шагами, гарантируя, что в среднем количество фазовых переходов в секунду согласовано с опорным источником GPS-приемника. Это гарантирует точность частоты за счет высокого фазового шума и джиттера — ухудшения, от которого не страдают настоящие GPSDO.
Когда сигнал GPS становится недоступным, GPSDO переходит в состояние удержания , где он пытается поддерживать точную синхронизацию, используя только внутренний генератор.
Сложные алгоритмы используются для компенсации старения и температурной стабильности генератора, пока GPSDO находится в режиме ожидания. [14]
Использование избирательной доступности (SA) до мая 2000 г. ограничивало точность сигналов GPS, доступных для гражданского использования, и, в свою очередь, создавало проблемы с точностью определения времени GPSDO. Отключение SA привело к значительному увеличению точности, которую могут обеспечить GPSDO. [15] GPSDO способны генерировать точность и стабильность частоты порядка частей на миллиард даже для недорогих устройств начального уровня и до частей на триллион для более продвинутых устройств в течение нескольких минут после включения и, таким образом, являются одними из самых высокопроизводительных устройств. Доступны физические эталонные стандарты точности.
Форм-фактор
[ редактировать ]
GPSDO могут быть:
- Полностью инкапсулированный, портативный и автономный.
- Доска смонтирована.
- Модульный, подключающийся через внешний интерфейс, например PCIe . [16]
Основное отличие заключается в размере и источнике питания. Если для автономного GPSDO может потребоваться внешний источник питания, плата и модульные GPSDO могут получать питание от материнской платы .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Куикендалл, Питер; Лумис, Питер Фольксваген «Синхронизация с GPS: часы GPS для беспроводной инфраструктуры» (PDF) . 4timing.com . Тримбл Навигация. Архивировано (PDF) из оригинала 19 декабря 2005 г. Проверено 17 ноября 2022 г.
- ^ Время и частота от А до Я
- ^ Jump up to: а б с Ломбарди, Майкл А. (сентябрь 2008 г.). «Использование специализированных генераторов GPS в качестве основных стандартов частоты для калибровочных и метрологических лабораторий» (PDF) . NCSLI Мера . 3 (3): 56–65. дои : 10.1080/19315775.2008.11721437 . S2CID 700116 . Проверено 17 ноября 2022 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 октября 2011 г. Проверено 21 октября 2011 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Название статьи
- ^ «Agilent | Производительность GPS-DO» . Архивировано из оригинала 17 января 2012 г. Проверено 21 октября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 января 2012 г. Проверено 21 октября 2011 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Время и частота
- ^ «Что такое дискретный генератор GPS/Multi-GNSS (GPSDO/GNSSDO)?» . www.furuno.com . Проверено 08 марта 2018 г.
- ^ «GNU Chirp Sounder» . www.sgo.fi. Проверено 08 марта 2018 г.
- ^ 4411А
- ^ «Анализ стабильности часов, отклонение Аллана» . ko4bb.com/ .
- ^ Доберштейн, Дэн (22 октября 2011 г.). Основы GPS-приемников: аппаратный подход . Springer Science & Business Media. ISBN 9781461404095 – через Google Книги.
- ^ Пенрод, Б.М. (1996). «Адаптивная температурная компенсация кварцевых и рубидиевых генераторов с GPS-дисциплиной». Материалы Международного симпозиума по управлению частотой IEEE 1996 года . стр. 980–987. дои : 10.1109/FREQ.1996.560284 . ISBN 0-7803-3309-8 . S2CID 110013398 .
- ^ Влияние отсутствия SA на GPS-приемник времени и частоты HP 58503A.
- ^ Бягови, Ахмад; Облеухов Олег (11 августа 2021 г.). «Открытие исходного кода более точного прибора времени» . Engineering.fb.com . Мета.