GPS 조절식 발진기

GPS disciplined oscillator

GPS 시계 또는 GPS 조정 오실레이터(GPSDO)는 GPS 수신기와 쿼츠 또는 루비듐 오실레이터와 같은 고품질 안정 오실레이터의 조합으로, 출력이 GPS 또는 기타 GNSS 위성으로 방송되는 신호와 일치하도록 제어된다.[1][2] GPSDO는 위성 시간 신호가 정확해야 항법에서 GPS의 위치 정확도를 제공할 수 있기 때문에 타이밍의 원천으로서 잘 작동한다. 이러한 신호는 나노초까지 정확하며 타이밍 적용에 대한 좋은 참조를 제공한다.[3][4]

GPS 안테나 입력, 10MHz 및 1초당 펄스(PPS) 출력, RS232 인터페이스를 갖춘 GPS 조정 오실레이터 장치.

적용들

GPSDO는 다양한 어플리케이션에서 타이밍의 필수불가결한 원천으로 작용하며, 일부 기술 어플리케이션은 그것 없이는 실용적이지 못할 것이다.[5] GPSDO는 전 세계적으로 UTC(Universal Time)의 기준으로 사용된다. UTC는 시간과 빈도에 대해 공식적으로 허용되는 표준이다. UTC는 국제체중측정국(BIPM)에 의해 통제된다. 전 세계의 타이밍 센터는 GPS를 사용하여 그들 자신의 시간 척도를 UTC에 맞추는데 사용한다.[6][7] GPS 기반 표준은 세슘 기반 참고자료의 대안으로 무선 기지국에[8] 동기화를 제공하고 표준 실험실에서 잘 서비스하는 데 사용된다.[3]

GPSDO를 사용하여 여러 RF 수신기의 동기화를 제공할 수 있으며, 수신기와[9] 이오콘드와 같은 응용 프로그램 간에 RF 위상 일관성 있는 작동이 가능하다.[10]

작전

현대판 GPSDO

GPSDO는 추적 루프를 통해 GPS 신호에 출력을 고정시켜 고품질 쿼츠 또는 루비듐 오실레이터를 조절하거나 조종하는 방식으로 작동한다. 징계에 메커니즘은phase-locked 루프(규정 휴대량 목록)과 유사한 방식으로지만, 대부분의 GPSDOs의 환선 여과기는 국부 발진기의 위상 및 주파수 변화는 있었습니다만, 또한, 온도 노화의" 배웠다"효과를 위해 그리고 다른 환경 변수를 보상하기 위해 소프트웨어를 사용하는 microcontroller로 대체됩니다 일한다.[3][11]

타이밍 기준으로서 GPSDO의 유용성의 열쇠 중 하나는 GPS 신호와 추적 루프에 의해 제어되는 오실레이터의 안정성 특성을 결합할 수 있는 방법이다. GPS 수신기는 평균 몇 시간 이상의 시간 동안 (알란 편차로 특징지어지는)[7] 뛰어난 장기 안정성을 가지고 있다. 그러나 이들의 단기 안정성은 초당 1개의 펄스(1PPS) 기준 타이밍 회로의 내부 분해능 제한, 다중 경로 간섭, 대기 조건 및 기타 장애와 같은 신호 전파 효과에 의해 저하된다. 반면, 품질 좋은 오븐 제어 오실레이터는 단기적인 안정성은 더 좋지만 열, 노화, 기타 장기적 효과에 취약하다. GPSDO는 오실레이터의 단기 안정성 성능과 GPS 신호의 장기 안정성을 결합하여 전체적인 안정성 특성이 우수한 기준 소스를 제공함으로써 두 소스 모두 최상으로 활용하는 것을 목표로 한다.[12]

GPSDOs는 일반적으로 디비더를 사용하여 기준 오실레이터로부터 1PPS 신호를 생성하기 위해 내부 플라이휠 오실레이터를 GPS 신호에 위상 조정하고, 이 1PPS 신호를 GPS가 생성한 1PPS 신호와 비교하여 위상 차이를 사용하여 추적 루프를 통해 작은 조정으로 국소 오실레이터 주파수를 제어한다.[13] 이것은 GPSDO를 그들의 사촌인 NCO(숫자로 제어되는 발진기)와 구별한다. 주파수 조정을 통해 오실레이터를 조절하는 대신, NCO는 일반적으로 자유 작동의 저비용 크리스털 오실레이터를 사용하고 초당 평균 위상 전환 횟수가 GPS rec에 정렬되도록 보장하는 큰 위상 단계에서 초당 여러 번 출력 위상을 디지털 방식으로 연장 또는 단축하여 출력 위상을 조정한다.참조 소스를 제공하다. 이는 고상 소음과 지터를 희생하여 주파수 정확성을 보장하는데, 이는 진정한 GPSDO가 겪지 않는 저하다.

GPS 신호를 사용할 수 없게 되면 GPSDO는 내부 오실레이터만 사용하여 정확한 타이밍을 유지하려고 하는 홀드오버 상태가 된다.

GPSDO가 보류된 상태에서 오실레이터의 노화와 온도 안정성을 보상하기 위해 정교한 알고리즘이 사용된다.[14]

2000년 5월 이전의 선택적 가용성(SA)의 사용은 민간인이 사용할 수 있는 GPS 신호의 정확성을 제한했고, 나아가 GPSDO 파생 타이밍의 정확성에 대한 문제를 제시하였다. SA를 끄면 GPSDO가 제공할 수 있는 정확도가 크게 향상된다.[15] GPSDO는 고른 엔트리 레벨 저비용 장치의 경우 10억분의 부품, 전원을 켠 후 몇 분 이내에 더 발전된 장치의 경우 1조분의 부품 순서로 주파수 정확도와 안정성을 생성할 수 있으며, 따라서 물리적으로 가장 높은 정확도를 가진 기준 표준 중 하나이다.

참조

  1. ^ http://www.4timing.com/SyncGPS.pdf
  2. ^ A에서 Z까지의 시간 및 빈도
  3. ^ Jump up to: a b 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". Archived from the original on 2012-01-17. Retrieved 2011-10-21.
  7. ^ Jump up to: a b "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2012-01-12. Retrieved 2011-10-21.CS1 maint: 제목으로 보관된 복사본(링크)
  8. ^ 시간 & 빈도
  9. ^ "What is a GPS/Multi-GNSS Disciplined Oscillator (GPSDO/GNSSDO)?". www.furuno.com. Retrieved 2018-03-08.
  10. ^ "GNU Chirp Sounder". www.sgo.fi. Retrieved 2018-03-08.
  11. ^ 4411A
  12. ^ http://www.ko4bb.com/Timing/FAQ-2.php#[Def1]
  13. ^ Doberstein, Dan (22 October 2011). Fundamentals of GPS Receivers: A Hardware Approach. Springer Science & Business Media. ISBN 9781461404095 – via Google Books.
  14. ^ Penrod, B.M. (1996). "Adaptive temperature compensation of GPS disciplined quartz and rubidium oscillators". Proceedings of 1996 IEEE International Frequency Control Symposium. pp. 980–987. doi:10.1109/FREQ.1996.560284. ISBN 0-7803-3309-8. S2CID 110013398.
  15. ^ 무SA가 HP 58503A GPS 시간 및 주파수 수신기에 미치는 영향