Me gustaría saber cómo se realiza la sincronización entre la unidad GPS y cualquier otro sensor en un sistema típico. Entiendo que la señal de 1PPS juega un papel importante.
¿Alguien me podría dar una explicación muy simple del rol de las señales de 1PPS?
PPS no es una función fundamental de los receptores GPS. Es una función axilar que un receptor de GPS puede proporcionar desde sus sistemas de temporización internos que se utilizan para medir realmente la posición del GPS.
Sin embargo, en muchos contextos, tener una marca de tiempo local muy precisa es altamente beneficioso. Es en estas aplicaciones donde la salida de PPS es útil.
Tome un ejemplo donde tenga dos sistemas de sensores, tal vez una o dos millas de distancia. Tendrán osciladores de reloj locales separados, que tendrán diferentes tasas de deriva. La señal PPS, referida a la marca de tiempo GPS, es extremadamente útil para proporcionar una manera de determinar con precisión la sincronización entre los dos sistemas. El sistema GPS compensa el tiempo de transmisión entre cada receptor y el satélite GPS, por lo que se puede decir que las señales de PPS se producen "simultáneamente" con un grado considerable de precisión, ¡a veces mayor que el tránsito real entre las posiciones!
Por ejemplo, el LEA-6T la sincronización GPS tiene una precisión de salida RMS de tiempo-pulso (por ejemplo, PPS) de 30 nanosegundos. Críticamente, la precisión de la sincronización es invariante en la posición en comparación con una base de tiempo GPS global teórica.
Tenga en cuenta que esto tiene efectos divertidos, como hacer que los efectos de la teoría de la relatividad sean importantes para las mediciones. La luz viaja ~ 11.8 "por nanosegundo, pero la salida del PPS del GPS tiene una velocidad de propagación infinitamente funcional, ya que todos los pines del PPS en teoría irían a un nivel alto dentro de la banda de error (~ 30 nanosegundos), invariante a su distancia física.
Esto funciona porque la salida de PPS no está controlada por un pulso externo, sino por un reloj interno que se ajusta a la distancia de los satélites GPS, por lo que cada receptor GPS mantiene su propia base de tiempo de manera independiente, y el sistema conspira para hacer cada fase y frecuencia de base de tiempo discreta se alinean entre sí.
Editar: ¿Está preguntando por los sistemas de medición y navegación inerciales? Si está solicitando la función de una señal PPS en algo como IMU , no hay ninguna. No se utiliza, excepto quizás para configurar el reloj de las marcas de tiempo de salida de la IMU (si tiene marcas de tiempo).
Para ser claros, los sistemas GPS son un componente crítico de muchos sistemas IMU, pero la IMU utiliza la salida de posición del GPS, no la salida de sincronización de precisión.
Es un poco extraño que hayas aceptado la respuesta de Connor Wolf tan rápido, considerando que en realidad no respondió tu pregunta directa.
Hay veces en las que se requiere la sincronización ajustada del muestreo de otros sensores con la salida del GPS 1PPS. Por ejemplo, he trabajado en sistemas de navegación inercial de alta precisión de frecuencia de muestreo (salida de 200 Hz y superior) en los que las muestras de acelerómetro en bruto y giroscópicas debían ser marcadas con una precisión del orden de 0,1 ms o más.
Además, tenga en cuenta que la posición que emite el receptor GPS es su posición en el borde anterior del pulso 1PPS , no su posición en el momento en que aparece el mensaje (lo que podría ser una Tiempo variable más tarde). En aplicaciones con alta dinámica, la diferencia es crucial.
He tomado un par de enfoques diferentes para incorporar el pulso 1PPS en los sistemas en los que he trabajado. En la primera iteración, estaba usando un FPGA para implementar la mayor parte de la lógica de pegado del sistema, así que incluí un VCXO de 20 MHz en el diseño de la PCB. Lógica en el FPGA bloqueado en fase este VCXO con el pulso 1PPS, y luego pude derivar todo tipo de relojes de precisión alineados en fase de la cadena divisora impulsada por el VCXO, incluidos 10 kHz, 200 Hz y una "réplica" 1 PPS.
En otra implementación, no tenía FPGA o VCXO; para reducir el costo, el sistema se implementó por completo en un chip DSP Blackfin, utilizando sus periféricos en el chip y el reloj de CPU fijo (pero sin calibrar) como base de tiempo. Para este sistema, desarrollé una "base de tiempo virtual" basada en el uso de un par de módulos de temporizador de hardware del Blackfin, uno para generar interrupciones de tiempo periódicas a 10 kHz, y el otro para medir el período y la fase de la señal de 1PPS desde el GPS Receptor relativo a esas interrupciones. El firmware (implementado principalmente en los controladores de interrupción para los dos temporizadores) ajusta el período del primer temporizador para mantener sus interrupciones alineadas en fase con la referencia de 1PPS, incluso si la frecuencia del reloj de la CPU se desplaza.
Con cualquiera de estas implementaciones de base de tiempo, es fácil crear pulsos de sincronización para los otros sensores en la plataforma, o marcar la hora de sus salidas si no se pueden sincronizar.
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