为什么 GPS 接收器有 1 PPS 输出?

电器工程 全球定位系统
2022-01-10 10:39:06

我很惊讶地发现我正在使用的 GPS 接收器有一个引脚用于输出 1 PPS(每秒脉冲)信号。这有什么意义?微控制器不能轻松生成自己的 1 PPS 信号吗?

4个回答

1 PPS 输出的抖动比 MCU 所能做的要低得多。在一些要求更高的应用中,您可以使用该脉冲来非常准确地计时。对于一些科学级的 GPS,这个 1 PPS 的输出可能精确到 1 nS 以上。

从长远来看,1 Hz 信号可能是最准确的时间,频率也是您将遇到的参考。

您正在有效地获得诸如铯钟时间参考之类的 GPS 模块成本。讨价还价。您可以购买商业“纪律振荡器”单元和 DIY 的设计。DO 本身不是频率锁定的,而是被本地时钟和 GPS 时钟生成的 1 H 信号之间的误差信号轻轻地锁定。

有纪律的振荡器

任何地方的标准时间 他们说-

  • Ovenized Quartz Crystal Oscillators 当一个单 (OCXO) 或双 (DOCXO) 温控炉包裹在晶体及其振荡电路周围时,频率稳定性相对于 TCXO 可以提高两到四个数量级。这种振荡器用于实验室和通信级应用,并且通常具有通过电子频率控制调整其输出频率的方法。通过这种方式,它们可以被“训练”以匹配 GPS 或 Loran-C 参考接收器的频率。

GPS 规范的 DOCXO 是世界上许多有线电信系统的 Stratum I 主要参考源 (PRS)。它们还被广泛部署为在 IS-95 标准下运行的基站的 GPS 时间和频率参考,用于由 Qualcomm 发起的码分多址 (CDMA) 蜂窝移动电话系统。这些基站应用的庞大数量通过压低价格和整合供应商,深刻影响了 OCXO 市场。

超级简单的DIY DO

布鲁克斯·谢拉

计算出你做得有多好

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UTC 跟踪器

@DavidKessner 的回答与我要说的一致,但我想详细说明,这不仅仅是评论。

例如,此输出可用于在您关心 MCU 在特定秒内执行某项操作的应用程序中每秒唤醒一次 MCU(从深度睡眠模式)(到几纳秒内),精度很高.

MCU 也可以使用这个信号来计算它自己的定时精度并在软件中对其进行补偿。因此 MCU 可以“测量”脉冲持续时间,并假设它是“完美”的 1 秒间隔。通过这样做,它可以有效地确定它所经历的时间拉伸或挤压,例如由于温度对其晶体或其他原因的影响,并将该时间因素应用于它正在进行的任何测量。

为恶劣的火箭环境设计了坚固的 OCXO 并在 GPS 之前跟踪浮动气象站 .. 实际上仅在第一个 GPS (GOES 1) 推出之后,它就带回了美好的回忆。

稳定性的重要性取决于中断以及在中断或 LOS(信号丢失)期间您可以容忍多少错误以及捕获时间。当您将 f 乘以 N 乘以 PLL 分频器时,您还会乘以相位误差。因此,尽量减少漂移和相位噪声至关重要。

在我的 OCXO 中,我为 OCXO 选择了 10MHz,为火箭的 FM 副载波遥测选择了 100KHz,为混合地面站选择了 10KHz 以跟踪火箭的位置。车辆行驶的范围只是使用遥测子载波和地面站在所选 f 的频率和相位差的相位差,Δλ=c/f,Δposition=Δλ + 循环计数。频率误差表示速度,如雷达速度。因此,使用 1 PPS (1Hz) 时钟,您可以支持大范围和时间间隔,而不会出现循环跳跃或精确相位差计数。请注意,相位误差中的周期跳跃可能是 N 个周期,这意味着累积误差的模糊性。假设 LOS 误差很重要。

如果您可以选择和排序来自 Stratum 1、2 和 3 时钟的源以防中断,那么冗余是可靠性的关键。电信同步高速网络和许可无线电一样依赖于精确的时钟。网络使用智能错误记录来对 Stratum 时钟源的参考进行排名。

当然,这需要超级勤奋地设计你的 DO。大量有关标准的书籍定义了这些规则。