В зависимости от требований к точности, предъявляемой к временной синхронизации, выбирается источник, который будет считаться эталоном.
Спутники ГНСС оснащены атомными часами, в которых используются внутренние высокостабильные генераторы опорной и тактовой частот (цезиевые и рубидиевые стандарты частоты) для измерения временных характеристик с точностью около 10 нс. Это дает системным интеграторам самый точный в мире и стабильный источник информации о времени.
ГНСС решения для тайминга подходят для широкого спектра применений, где точная синхронизация времени необходима для управления рабочими процессами и данными.
Особенности временной синхронизации, осуществляемой посредством ГНСС:
- широкий спектр применяемых протоколов для обеспечения информацией о времени, с точностью необходимой для выполнения конкретной задачи (1PPS, VARF, GPST);
- применение на наземных станциях управления GPS и самих спутниках GPS атомных часов - наиболее точных известных стандартов времени и частоты;
- точная синхронизация времени двух и более спутниковых систем навигации;
- возможность национальных лабораторий времени сравнивать свои часы с часами других лабораторий относительно всемирного координированного времени UTC;
- бесперебойная и надежная работа с внешним генератором тактовых импульсов.
Типы синхронизации времени посредством ГНСС
Синхронизация по времени отдельно взятой системы может быть достигнута с помощью:
- сгенерированных ГНСС приемником журналов времени;
- электрических сигналов (1PPS, VARF), генерируемых ГНСС приемником c требуемой тактовой частотой;
- синхронизация по схеме T-Sync.
Журналы времени
Все сообщения приемников с ГНСС данными содержат информацию с меткой времени. Эта метка времени состоит из номера недели GPS (отсчет номера недели ведется с 5 января 1980 года) и номер секунд в неделе (время недели (TOW)), которое отображает количество секунд от предыдущей полночи (с ноля часов суббота/воскресенье). TOW выводится с дискретностью 1 мс.
Журнал времени содержит несколько фрагментов информации (эпохи), связанных временными событиями (интервалы). Также, в журнале формируются оценки времени UTC, для обеспечения которых, передаваемое спутником GPS навигационное сообщение включает временные разности между GPST (время GPS) и UTC по модулю одна секунда и скорость их изменения.
Для дальнейшей работы с данными журнала времени, данные могут быть преобразованы в общепринятые отраслевые форматы. Это необходимо для хранения и передачи промежуточных измерений, произведенных приёмником, а также выполнения постобработки полученных данных приложениями различных производителей приемников и программ. Например, формат RINEX или GGTTS.
Посекундный импульсный сигнал (1PPS) и переменная частота (VARF)
Для мониторинга часто изменяющихся показателей, например, таких как температура или давление и синхронизация их с данными ГНСС можно использовать сигналы 1PPS или VARF. Так как сигнал 1PPS не содержит информации по дате и времени, его чаще всего используют вместе с другими протоколами синхронизации, например NTP.
Реализация сигнала переменной частоты VARF осуществляется выдачей приемником строба с электрическими импульсами различной длительности (сигнал о необходимости выполнения операции).
Пользователи могут настроить полярность, период и длительность импульса выходного строба. Сигналы VARF могут генерироваться с частотой до 50 МГц, тогда как частота PPS может быть до 100 Герц. Передний фронт сигнала PPS синхронизирован с односекундным тактом часов приемника. На некоторых моделях приемника передний фронт сигнала VARF также можно синхронизировать с односекундным тактом часов приемника. Во всех случаях частота VARF привязана к частоте внутренних часов приемника, которые, в свою очередь, по умолчанию синхронизированы со временем GPS.
Большинство сообщений содержит информацию о GPS времени в различных сочетаниях и форматах.
Внешний генератор тактовых импульсов
ГНСС приемник по умолчанию управляет внутренним кварцевым генератором. При работе с внешним опорным генератором частоты приемник может использовать только его данные, а также может его подстраивать. Управление подстройкой внешнего опорного генератора осуществляется выходным управляющим сигналом VARF.
При использовании высокоточного внешнего генератора частоты ГНСС измерения могут рассчитываться ГНСС приемником, используя его время и частоту. В этом случае пользователи могут отслеживать смещение и дрейф своего внешнего генератора частоты, анализируя измерения GPS, выполненные с использованием его времени и частоты.
Синхронизация времени по схеме T-Sync
В приемниках NovAtel предусмотрена возможность приема внешних стробов с частотой 5 или 10 МГц и 1PPS для синхронизации внутренних часов с этими сигналами. После отключения/включения питания или перезагрузки T-Sync позволяет внутренним часам приемника повторно надежно синхронизироваться с внешними устройствами. При повторной инициализации приемника смещения по времени не произойдет.
Необходимые аспекты
При выборе ГНСС оборудования для задач временной синхронизации нужно учесть следующие аспекты:
- требования к точности решения;
- наличие сигналов ГНСС в месте эксплуатации;
- скорость (дискретность) решения;
- непрерывность получения данных;
- возможность экспорта данных;
- стоимость системы;
- возможные ограничения при установке системы;
- тип решения - в реальном времени и/или постобработка.
Эпилог
Практически ни одно из современных направлений деятельности человека не может обойтись без тесного сотрудничества со смежными системами, дополняющими ее новой информацией. Также, существующие реалии диктуют необходимость не только в обмене огромными объемами всевозможных данных, но и требующими выполнять эти процессы синхронно.
Множество ответственных направлений топливно-энергетической сферы заставляет вести мониторинг процессов в режиме реального времени.
Интеграция инженерных систем и систем безопасности зданий и сооружений не может осуществляться без синхронной работы серверов всех смежных систем.
Изменение климатических условий в разных концах земного шара невозможно увязать без единой системы времени.
Все это требует от нас подходить к каждой новой задаче с большой ответственностью, предлагать нашим клиентам только самое качественное оборудование ГНСС, положительно зарекомендовавшее себя в различных сферах за годы применения.
Компания, ГНСС плюс, предлагает широкий спектр оборудования ГНСС для решения задач синхронизации по времени.
В качестве ГНСС приемника, обеспечивающего прием эталонного времени со спутников ГНСС, может быть использована любая OEM плата NovAtel седьмого поколения, особое внимание стоит обратить на ГНСС плату OEMStar.
Наиболее популярными ГНСС антеннами для решения задач временной синхронизации являются антенны Antcom серии BG3 и BG5 и Tallysman TW3400 и TW3440.
Для тайминга также могут использоваться ГНСС SMART-антенны, такие как Tallysman TW5340.
