Дисциплинированный осциллятор GPS - Википедия - GPS disciplined oscillator

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