Дисциплинированный осциллятор GPS - GPS disciplined oscillator - Wikipedia

А GPS часы, или же Дисциплинированный осциллятор GPS (GPSDO), представляет собой комбинацию GPS приемник и высококачественный стабильный генератор, такой как кварц или же рубидиевый осциллятор чей выход контролируется для согласования с сигналами, транслируемыми GPS или другими GNSS спутники.[1][2]Устройства GPSDO хорошо работают в качестве источника синхронизации, поскольку спутниковые сигналы 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]

Дисциплинированный генератор GPS с входом антенны GPS, 10 МГц и 1 импульс в секунду (PPS) выходы, и RS232 интерфейс.

Приложения

GPSDO служат незаменимым источником хронометража в ряде приложений, и без них некоторые технологические приложения не были бы практичны.[5]GPSDO используются в качестве основы для Всемирное координированное время (UTC) по всему миру. UTC - это официальный принятый стандарт времени и частоты. UTC контролируется Международным бюро по измерениям и весам (Bureau International des Poids et Mesures) (BIPM ). Центры хронометража по всему миру использовать GPS для согласования собственных шкал времени с UTC.[6][7]Стандарты на основе GPS используются для обеспечить синхронизацию с беспроводными базовыми станциями[8] и хорошо служить в лабораториях стандартов как альтернатива эталоны на основе цезия.[3]

Устройства GPSDO могут использоваться для обеспечения синхронизации нескольких РЧ-приемников, что позволяет обеспечить РЧ-фазовую когерентную работу между приемниками.[9] и приложения, такие как пассивный радар и ионозонды.[10]

Операция

Современный GPSDO

GPSDO работает, дисциплинируя или обеспечивая высокое качество управления. кварц или рубидиевый осциллятор, блокируя выход сигнала GPS через контур слежения. Дисциплинирующий механизм работает аналогично ФАПЧ (PLL), но в большинстве GPSDO контурный фильтр заменен микроконтроллер который использует программное обеспечение для компенсации не только фазовых и частотных изменений гетеродина, но и «усвоенных» эффектов старения, температуры и других параметров окружающей среды.[3][11]

Одним из ключей к полезности GPSDO в качестве эталона синхронизации является то, как он может сочетать характеристики стабильности сигнала GPS и генератора, управляемого контуром отслеживания. Приемники GPS имеют отличную долгосрочную стабильность (что характеризует их Отклонение Аллана )[7] при временах усреднения более нескольких часов. Однако их краткосрочная стабильность снижается из-за ограничений внутреннего разрешения один импульс в секунду (1PPS) эталонные схемы синхронизации, распространение сигнала эффекты, такие как многолучевые помехи, атмосферные условия и другие нарушения. С другой стороны, качественный генератор, управляемый печью, имеет лучшую краткосрочную стабильность, но чувствителен к тепловому воздействию, старению и другим долгосрочным эффектам. GPSDO стремится использовать лучшее из обоих источников, сочетая кратковременную стабильность генератора с долговременной стабильностью сигналов GPS, чтобы дать эталонный источник с превосходными характеристиками общей стабильности.[12]

GPSDOs обычно фазовое выравнивание внутреннего маховика генератора к сигналу GPS с помощью разделителей, чтобы генерировать сигнал 1PPS от опорного генератора, а затем поэтапно сравнивая этот сигнал 1PPS к GPS-порожденным 1PPS сигналу и с использованием разности фаз, чтобы контролировать частоту гетеродина небольшими корректировками через петлю слежения.[13] Это отличает GPSDO от их двоюродных сержантов (генератор с числовым программным управлением ). Вместо того, чтобы дисциплинировать генератор с помощью регулировки частоты, NCO 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 количество фазовых переходов в секунду совмещается с опорным источником GPS-приемника. Это гарантирует точность частоты за счет высокого фазового шума и джиттера, ухудшения которого не страдают настоящие GPSDO.

Когда сигнал GPS становится недоступным, GPSDO переходит в состояние откладывать, 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 Выборочная доступность (SA) до мая 2000 г. ограничивала точность сигналов GPS, доступных для гражданского использования, и, в свою очередь, создавала проблемы для точности определения времени, полученного с помощью GPSDO. Отключение SA привело к значительному увеличению точности, которую могут предложить GPSDO.[15]Устройства GPSDO способны генерировать точность и стабильность частоты порядка частей на миллиард даже для недорогих устройств начального уровня, до частей на триллион для более совершенных устройств в течение нескольких минут после включения и, таким образом, являются одними из самых высоких показателей. Доступны физические эталоны точности.

Рекомендации

  1. ^ http://www.4timing.com/SyncGPS.pdf
  2. ^ Время и частота от А до Я
  3. ^ а б c http://tf.nist.gov/general/pdf/2297.pdf
  4. ^ http://www.rt66.com/~shera/QST_GPS.pdf
  5. ^ http://www.dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?Location=U2&doc=GetTRDoc.pdf&AD=ADA484160
  6. ^ "Agilent | GPS-DO Performance". Архивировано из оригинал на 2012-01-17. Получено 2011-10-21.
  7. ^ а б «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-01-12. Получено 2011-10-21.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  8. ^ Время и частота
  9. ^ "Что такое управляемый осциллятор GPS / Multi-GNSS (GPSDO / GNSSDO)?". www.furuno.com. Получено 2018-03-08.
  10. ^ "GNU Chirp Sounder". www.sgo.fi. Получено 2018-03-08.
  11. ^ 4411A
  12. ^ http://www.ko4bb.com/Timing/FAQ-2.php# [Def1]
  13. ^ Доберштейн, Дэн (22 октября 2011 г.). Основы GPS-приемников: аппаратный подход. Springer Science & Business Media. ISBN  9781461404095 - через Google Книги.
  14. ^ Пенрод, Б. (1996). «Адаптивная температурная компенсация кварцевых и рубидиевых генераторов с системой GPS». Материалы Международного симпозиума по контролю частоты IEEE 1996 г.. С. 980–987. Дои:10.1109 / FREQ.1996.560284. ISBN  0-7803-3309-8.
  15. ^ Влияние отсутствия SA на приемник времени и частоты GPS HP 58503A