Дисциплинированный осциллятор GPS

GPS - часы , или GPS дисциплинированный генератор ( GPSDO ), представляет собой комбинацию из GPS приемника и высокого качества, стабильный генератора , такие как кварц или рубидия генератор , выход которого контролируется согласовать с сигналами , транслируемых GPS или другими GNSS спутниками . ^{[1] [2]} GPSDO хорошо работают в качестве источника синхронизации, поскольку спутниковые сигналы времени должны быть точными, чтобы обеспечивать точность позиционирования для GPS в навигации. Эти сигналы имеют точность до наносекунд и служат хорошим ориентиром для приложений синхронизации. ^{[3] [4]}

Дисциплинированный генератор сигналов GPS с входом антенны GPS, выходами 10 МГц и 1 импульс в секунду (PPS) и интерфейсом RS232 .

Приложения [ править ]

GPSDO служат незаменимым источником хронометража в ряде приложений, и без них некоторые технологические приложения не были бы практичными. ^[5] GPSDO используются в качестве основы для всемирного координированного времени (UTC) во всем мире. UTC является официальным принятым стандартом времени и частоты. UTC контролируется Международным бюро исследований и измерений ( BIPM ). Центры времени по всему миру используют GPS для выравнивания своих шкал времени 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]

Устройства GPSDO могут использоваться для обеспечения синхронизации нескольких РЧ-приемников, обеспечивая работу РЧ-когерентной фазы между приемниками ^[9] и приложениями, такими как пассивный радар и ионозонды . ^[10]

Операция [ править ]

Современный GPSDO

GPSDO работает, дисциплинируя или управляя высококачественным кварцевым или рубидиевым генератором, синхронизируя выход с сигналом GPS через петлю слежения. Механизм дисциплины работает аналогично петле фазовой автоподстройки частоты (PLL), но в большинстве устройств GPSDO контурный фильтр заменен микроконтроллером, который использует программное обеспечение для компенсации не только фазовых и частотных изменений гетеродина, но и для «усвоенных» эффектов старения, температуры и других параметров окружающей среды. ^{[3] [11]}

Одним из ключей к полезности GPSDO в качестве эталона времени является то, как он может сочетать характеристики стабильности сигнала GPS и генератора, управляемого контуром слежения. Приемники GPS обладают превосходной долговременной стабильностью (характеризуемой их отклонением Аллана ) ^[7] при временах усреднения, превышающих несколько часов. Однако их кратковременная стабильность ухудшается из-за ограничений внутреннего разрешения опорных схем синхронизации один импульс в секунду (1PPS) , эффектов распространения сигнала, таких как многолучевые помехи., атмосферные условия и другие нарушения. С другой стороны, качественный генератор, управляемый печью, имеет лучшую краткосрочную стабильность, но чувствителен к тепловым воздействиям, старению и другим долгосрочным эффектам. GPSDO стремится использовать лучшее из обоих источников, сочетая кратковременную стабильность генератора с долговременной стабильностью сигналов GPS, чтобы получить 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 кузенов-сержантов ( осциллятор 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, от которого не страдают настоящие GPSDO.

Когда сигнал GPS становится недоступным, GPSDO переходит в состояние задержки , в котором 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 выборочной доступности (SA) до мая 2000 г. ограничивало точность сигналов GPS, доступных для гражданского использования, и, в свою очередь, создавало проблемы для точности определения времени, полученного с помощью GPSDO. Отключение SA привело к значительному увеличению точности, которую могут предложить GPSDO. ^[15] GPSDO способны генерировать точность и стабильность частоты порядка частей на миллиард даже для недорогих устройств начального уровня, до частей на триллион для более продвинутых устройств в течение нескольких минут после включения и, таким образом, являются одними из доступные физические эталоны высочайшей точности.

Ссылки [ править ]