No entiendo por qué el reloj del receptor GPS es muy bueno (estrato 0). Sé que es muy preciso y puro dentro de sí mismo; pero cuando pasa a través de un canal inalámbrico de larga distancia, tiene poca potencia y mucho ruido y fluctuaciones, así que, ¿cómo puede ser mejor que otros relojes?
Un receptor GPS crea una réplica local de algo llamado "hora del sistema GPS", que es una base de tiempo virtual creada a partir de todos los relojes en los satélites y estaciones terrestres. Esta réplica es parte integral del proceso de creación de una solución de navegación, que se basa en medir el retraso de la señal de cada satélite con una precisión del orden de nanosegundos.
El algoritmo que mantiene esta réplica sincronizada garantiza que no hay una deriva a largo plazo con respecto a la hora del sistema GPS. Además, está diseñado específicamente para hacer frente a los errores introducidos por los canales de radio, por lo que también existe una mínima fluctuación.
Es relativamente fácil proporcionar salidas basadas en esta base de tiempo de réplica, generalmente en forma de señales de nivel lógico de 1 pps o 10 MHz. Normalmente, la mayor fuente de fluctuaciones en estas salidas se debe al hecho de que la base de tiempo de la réplica es asíncrona con respecto al propio reloj físico del receptor.
Por lo tanto, la fluctuación de pico a pico de estas salidas suele ser igual al período de reloj local 1 , la estabilidad a corto plazo es igual a la estabilidad del oscilador local 2 y la estabilidad a largo plazo es igual al tiempo del sistema GPS, que se basa en relojes atómicos. Un PLL puede filtrar fácilmente el jitter si la aplicación lo requiere.
1 Muchos receptores tienen relojes locales de 10.23 MHz, razón por la cual usted ve frecuentemente una especificación de ± 50 ns en la salida de 1 pps.
2 Los osciladores de cuarzo generalmente tienen muy buena estabilidad a corto plazo. De hecho, los mejores osciladores de cuarzo de grado de laboratorio tienen mejores especificaciones de estabilidad a corto plazo que los estándares de tiempo de cesio.
Simplemente porque el sistema es lo suficientemente bueno como para hacer lo que se le pide.
La potencia es baja, pero es suficiente para que un receptor sensible con una vista clara del cielo pueda reconstruirse con alta confiabilidad. De hecho, no solo es lo suficientemente bueno como para que un receptor pueda decodificar y sincronizar con el patrón de bits, como pretendía el diseño original; es lo suficientemente bueno como para que un receptor inteligente pueda sobrepasarlo y medir la fase dentro de una fracción de un poco de tiempo en buenas condiciones.
La ionosfera provoca retrasos en la señal que dependen de la ruta, pero hay varias formas efectivas de mitigar eso, incluida la recepción de multifrecuencia (que permite inferir la densidad ionosférica y, por lo tanto, el retraso total, desde el retraso diferencial en dos frecuencias diferentes) y los sistemas de aumentación (basados en tierra, basados en satélites e internet), que miden los errores residuales ionosféricos y otros errores residuales de movimiento lento en el terreno, construyen modelos geométricos y luego los difunden a los receptores para que esos errores puedan cancelarse fuera.
Además, generalmente hay muchos satélites a la vista a la vez, generalmente 8 o más satélites GPS a la vez para un receptor con una vista clara del cielo, y potencialmente muchos más para un receptor multisistema (GPS, GLONASS, Galileo y / o BeiDou). Muchos satélites significan una gran cantidad de información que un receptor puede filtrar y combinar, utilizando algoritmos de consenso, para producir mejores resultados de los que cualquier satélite solo puede proporcionar.
Por último, realmente los relojes GPS precisos obtienen buen tiempo al comprender dónde se encuentran los puntos fuertes del GPS. Incluso teniendo en cuenta todo lo que he dicho anteriormente, la sincronización del GPS está sujeta a fluctuaciones y otras fuentes de error a corto plazo. Sin embargo, su precisión a largo plazo (siempre y cuando el sistema continúe siendo mantenido desde tierra firme por los EE. UU.) Es máxima. Los osciladores decentes (desde TCXO en adelante) son capaces de una mejor precisión a corto plazo que el GPS, pero cada oscilador está inevitablemente sujeto a envejecimiento y deriva en el transcurso de horas, semanas y años. Un buen reloj tiene estas fuentes de error caracterizadas, y luego su sistema de control diseñado de modo que su precisión a corto plazo represente la del oscilador, y su precisión a largo plazo represente la del sistema GPS, nuevamente, creando algo mejor que ambos. Cuanto mejor es el oscilador, menos deben permitirse los errores a corto plazo del GPS para dirigir el sistema, y mejor puede ser el reloj en general.
En resumen, diría que el sistema funciona porque fue diseñado para funcionar en la década de 1970, y nuestras capacidades tecnológicas generalmente han aumentado en las últimas 4-5 décadas, por lo que ahora funciona incluso más allá de las expectativas.
Hay 16 niveles de estrato que degradan el ruido de fase y el error de fase y, por lo tanto, la precisión de la posición. No todos los niveles se utilizan en una red, pero solo puede haber un Nivel 0. Cristales de corte SC resistentes y especiales que son un millón de veces más estables que los cristales de corte AT tienen una sensibilidad óptima a la temperatura plana en una lata Ovenized.
Los relojes en GPS Rx pueden tener el ruido de fase y el rango de sintonía de hasta un reloj Stratum 4 con corrección digital NTP en la latencia desde > 4 satélites si se realiza correctamente. Aunque el 10MHz es adecuado para algunos, pero es inadecuado para las aplicaciones que necesitan una síntesis de RF de GPS diferencial debido al ruido de fase, a menos que se utilicen relojes locales con capacidad de OCXO Stratum 2.
Los relojes de PC no son relojes de nivel de estrato, ya que solo corrigen los segundos y no la frecuencia, por lo que se realizan correcciones continuas de tiempo a menos que se necesite una red NTP local.
He leído el libro de más de 200 páginas en Time & Estándares de frecuencia, por lo que si necesita aprender más, hay mucho más que aprender. También he diseñado Doppler Nav Systems desde 1975 antes de que tú y GPS "nacieran". Sin embargo, estaban en la etapa de diseño con solo 1 GOES sat.
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