Здравствуйте. Не знал точно в какую ветку, вроде сюда ближе. Для реализации одного проекта нам необходима была система временной синхронизации разнесенного измерительного оборудования. Точности системы GPS (сигнала секундной метки, PPS) казалось вполне достаточно. Взяли пару модулей OEM Lassen IQ (C/A L1) с внешними антеннами. Подключили и решили померить относительный разбег двух PPS (не относительно UTC - тут нужен еще более точный эталон, а чисто между собой). Качество приема было средненькое (от 3 до 7 спутников на каждом модуле), но вполне достаточное. И вот обнаруживаем интересную деталь. Большую часть времени, когда оба приемника выдают навигационные данные (т. е. они синхронизированы со спутниками) разница в приходе секундных импульсов лежит в диапазоне от 20 до 1000 нс в зависимости от количества спутников, с которыми синхронизированы оба приемника. Но примерно в 1% случаев (снимали и записывали разницу больше 3-х часов чистого времени три дня) происходят как бы провалы синхронизации, когда разница в приходе двух секундных импульсов улетает вообще в космос (речь идет о миллисекундах, даже десятках миллисекунд !). Такие провалы возникают буквально на ровном месте: приемники и антенны неподвижны, координаты получаем, на обоих модулях может быть хоть по 6-7 спутников, разбег по 20-50 нс, потом БАЦ! и разлетелись. А через пару тактов PPS – как ни в чем не бывало снова 20-50 нс. В чем причина? Подумал про чистоту эксперимента, но провалы возникают без какого-то периода, вне зависимости от количества спутников (короче хаотично). Кто что подскажет или какие мысли о возможных причинах? Кто с таким сталкивался? В других модулях такое наблюдается (нет пока возможности проверить)?

Мыслей о причинах нет. Сталкивались. Кажется, это был какой-то старенький модулек Trimble, заточенный для синхронизации времени.
Поэтому, синхронизацию сделали от своего генератора, а сам генератор подстраивали по "показаниям" PPS когда приемник говорил что поймал время (и не обращать внимание на единичные "выбросы" PPS)

Вот и у нас Trimble. Не знаю, странно. Читаю ттх на параметры системы GPS для кода C/A на частоте L1: 340 нс относительно UTC с 95% вероятностью. Хоть они и составляют всего 1%, но если даже первый момент посчитать, то их значение столь велико, что не о каких "340 нс в 95%" и говорить не приходится. Спецы по GPS есть? Что за бяка? Неужели америкосы "шумят" специально и никому об этом не говорят?

С Trimble дело не имел, но, подозреваю, что это именно какой-то врожденный глюк. Что я бы сделал - смотрел бы не просто взаимное положение маркеров 1pps, а само поведение маркеров, на каждом приборе. Оба имеют выброс или только один (т.е. понятно, что не одномоментно одинаково, иначе даже при выбросе взаиморасположение осталось бы прежним), когда (и не связано ли это с переходом на новее созвездие) и т.д. И - попробовать с другими модулями, другого производителя.

Выброс имеют оба. Т. е. не одновременно, но то один в "заскок" уйдет, то другой. Тоже думал, что это происходит при изменении в созвездии, но нет. Стабильно держат довольно долгий период времени фиксированное число спутников, потом провал, на следующем импульсе восстановление, а число спутников не меняется. Самое неприятное, еще то, что даже на такте провала навигационные данные выдаются как ни в чем не бывало. А вот др. моделей нет на руках. Может еще кто опытом поделится, у кого есть положительный или отрицательный с др. моделями?

Число - да. А состав созвездия ? Кстати, а если их антенны совсем рядом разместить, в строго одинаковых условиях - тоже будут по-разному дергать маркером ?

В этом ничего удивительного нет. А отклонения по координатам в момент "выброса" 1pps тоже нет никакого ощутимого ?
[quote]

Состав созвездия признаться не изучал. Может и правда когда один спутник отваливается, а второй зацепляется... Антенны радом. Ну в полуметре друг от друга. Условия тени тоже одиноковые, насколько это можно сделать с учетом того что они все-таки хоть на полметра, но разнесены (на то дерево под разными углами смотрят, на тот пригорочек и пр.). Координаты стоят уверенно, резких изменений нет. Т. е. изменения координат то есть незначительные, но такие изменения есть и без провалов - в пределах инструментальной ошибки. Спасибо.

Причем они вовсе не обязательно делают это одномоментно (какие-то вариации уровней, опять же и антенны не строго одинаковое усиление имеют). Очеь может быть, что обнаружится корреляция между переключением спутника и этим загадочным выбросом. А бороться - ну, смена модулей на другого производителя может дать эффект, но вообще-то Andrew2000 прав, стоит делать именно так (правда, если точность нужна хорошая, то и опорник потребуется весьма хороший, с термостатированием или цифровой термокомпенсацией - ну, от потребности зависит). Кстати, может быть, там и какие-то настройки модуля есть - тиа условия использования, "стационарный"/"мобильный".

Тогда, само собой, отпадает версия о преднамеренной ошибке со стороны системы (уж скоре я бы ожидал сильные выбросы по координате).

Ничего особо удивительного в появлении таких расхождений в PPS синхронизации не вижу. Такое бывает, в большинстве случаев из-за недостаточно аккуратного съема данных. Подозреваю, что у вас именно такой случай, судя по некоторым приводимым вами странным обстоятельствам. Вот например:

1. Выдача нав. данных сама по себе не гарантирует, что приемник работает в нормальном режиме, и соответственно, что метка времени лежит внутри своего диапазона, описанного в ТТХ.
Нормальный режим (обычно это 3D оценка с какой-то оговоренной вероятностью) определяется по спец. флагу в сообщениях приемника (fix quality или fix mode в NMEA сообщениях). Поэтому график "провалов", "скачков" и т.п. в требуемых нав. данных надо накладывать на график fix quality как логическую маску - для всех точек с допустимым fix quality никаких "провалов" не должно быть, иначе приемник работает в ненадежном нештатном режиме. В случае с Trimble Lassen IQ, штатная синхронизация PPS не должна быть не хуже +/-50 нс относительно системного времени GPS, соответственно взимная синхронизация между двумя приемниками должна быть не хуже +/-100 нс без учета неравномерности распространения импульсов PPS (т.е., антенные кабели и PPS-линии должны быть калиброваны).
2. Рассинхронизация на 1000 нс минус макс. 100 нс инструментальной ошибки дает минимум 900 нс ошибки по времени относительно времени GPS, что прим. равно 900 [нс] / 3.33 [нс/м] = 270 [м] ошибки местоопределения, что есть очень много, а вы говорите "Координаты стоят уверенно". 900 нс ошибки - это само по себе является нештатной ситуацией. Маловероятно, но не исключается, что такая ошибка происходит из-за того, что сигналы со всех спутников пришли на антенну приемника переотраженными от одного и того же удаленного на неск. сот метров объекта, но тогда не должно быть вариации от 20 до 1000 нс, что есть очень большая вариация.

Коментарий по приемнику Lassen IQ.
1. У него всего 12 каналов - это мало для надежной работы в реальных условиях, т.е. при изменении принимаемого созвездия каждые 10-15 мин. и непереодических замираниях сигналов от отдельных спутников.
2. ultra low power receiver on a miniature form factor - тоже фактор малой надежности, т.к. такой приемник сильно подвержен действию различных помех, в т.ч. естественных, напр. наводки с цепи питания, низко-частотных излучений от рядом работающих устройств и из-за утечки сигнала на корпус, и т.д. Хотя, Starter Kit поставляется в специальном корпусе. который должен предохранять от EMC, гарантию на это дать сложно. Как правило, в таких случаях потребитель сам должен обеспечивать EMC.
3. Тримбловские приемники считаются одними из лучших по качеству и у них много настраиваемых параметров. Однако, они "лучшие" только для профессиональных геодезистов и т.п., так как очень "капризны" - надо точно знать, как настроить большинство параметров для получения адекватного решения по времени и позиции, а так же правильно выбрать место и время сбора нав. данных.

Общий коментарий.
Для точной взаимной синхронизации (до 20 - 40 нс) устройств часто недостаточно синхросигнала PPS, и еще требуется общий сигнал частоты опорного (задающего) генератора - т.е. один и тот же reference frequency source.

алгоритмическая ошибка может быть, как то этот параметр считается,
апроксимируется и есть моменты когда какое то значение считается
"точным" априори и вот если в системе у Вас два и больше способов
вычисления этого параметра и они начинают расходится то такой глюк
может наблюдатся, в какойто момент принимается решение что более
точен другой метод подсчета и так далее по кругу.

Само по себе их заявление про +/- 50 нан фигня полная раз даже по оф. данным для кода C/A на этой частоте ошибка времени системы GPS составляет 340 нс с вероятностью 95%. Самое интересное, что сами Trimble в своей докуме говорят об точности определения координат в процентном выражении, а про точность PPS просто: +-50 нс. Это как так? При каком количестве спутников достигается такая точность? С какой вероятностью? Ложь в этом усматриваю. И что значит колиброванные кабели и линия PPS? Антенны с кабелями от этой же Trimble, специально заточенные к этим Lassen IQ. А линия PPS? КМОП соединяю с КМОП - что тут калибровать?



Извините, но что-то я там не нашел никаких настроек способных по идее повлиять на точность.



А я почему-то думал, что это они мне должны говорить место и время... причем максимально точно. Мда...

И вот еще что. Может я что-то не понимаю, но зачем мне больше 12 каналов? В одном полушарии бывает 16 спутников?

У меня с тримбле (LasenIQ) была такая фигня. Я получал с него координаты, делал в один момент времени привязку к текущей координате, а потом смотрел насколько уйдет. Ну и график ухода строил. И вот получалось что за 20-30мин. текущая координата уходила метров на 50 (иногда до 100), потом возвращалась на место и оставалась в пределах погрешности 10-15м. Потом через какоето время этот уход повторялся. уход был плавный, без резких выбросов. Сидел я при этом в здании, антенна лежала на подоконнике. Кол-во спутников было около 4-5

Не знаю, откуда у вас цифра 340 нс с вероятностью 95%. В разделе "3.3.4 GPS Time and SV Z-Count" Cпецификации Интерфеса GPS (IS-200D), который является основным официальным документом регламентирующим параметры системы для оптимального гражданского приемника, говорится "The accuracy of this data during the transmission interval shall be such that it shall relate GPS time (maintained by the MCS of the CS) to UTC
(USNO) within 90 nanoseconds (one sigma)... Range error components (e.g. SV clock and position) contribute to the GPS time transfer error, and under normal operating circumstances (two frequency time transfers from SV(s) whose navigation message indicates a URA of eight meters or less), this corresponds to a 97 nanosecond (one sigma) apparent
uncertainty at the SV." Итого, на выходе спутниковой антенны сигнал GPS имеет макс. 187 нс ошибку относительно времени UTC, и 97 нс относительно системного времени GPS. Это без учета канала распространения и обработки приемником. Одна сигма Гауссового распределения соответствует вероятности 68% прим.

Специальные приемники временной синхронизации требуют от нескольких часов до суток времени для точной оценки канала распространения (если он более менее статичен) и стабилизации внутреннего опорного генератора, а задержки и бюджет джиттера внутренних цепей приемника точно оцениваются на предпродажном этапе, так что такой приемник обычно выдает точность оценки времени 50-90 нс (относительно времени GPS). С Lassen IQ дела не имел, но довелось как-то наблюдать один приемник Ashtec дававший на осциллографе 20-40 нс ошибку PPS относительно высоко-стабильного источника PPS на рубидиевом генераторе. Естественно, все задержки кабелей должны быть точно расчитаны и все возможные помехи устранены - это и есть калибровка.

Точность PPS равна точности координат, деленную на скорость света (= точность времени приемника), плюс дискрет времени приемника.
Точность координат зависит от количества спутников сложным образом и неоднозначно, зато большое и непосредственное влияние оказывает "геометрический фактор" созвездия, т.н. GDOP, PDOP и VDOP, а также степень "открытости неба", т.е. отсутствие многолучевости и ослабления сигналов.


К таким настройкам относятся как минимум Satellite Mask Settings, Operating Mode и Receiver Sensitivity Mode. Это группы параметров, внутри которых есть несколько конечных параметров-порогов, регулирующих поведение приемника, напр. маска возвышения, маска PDOP, прием DGPS, и т.д. Для макс. точности надо установить довольно высокие пороги и низкую чувствительность, чтобы приемник вынужден был отслеживать только стабильно-сильные сигналы. Однако, не следует перебарщивать, иначе приемник просто "не увидет" достаточного количества сигналов.


Это заблуждение. Как правило по умолчанию навигационный и синхронизирующий приемники выдают место и время с той точностью, которая получается в данных условиях, и часто это далеко не максимально возможная точность, которая для GPS L1 C/A составляет 6 м (одна сигма) для измерений только по C/A коду (без фазы несущей).


Количество видимых спутников выше 10 град. над горизонтом обычно от 6 (редко) до 8 (часто), макс. до 11 (редко) в любой точки на поверхности Земли вне полярных зон. Болшое количество каналов нужно, чтобы в реальных условиях иметь несколько созвездий из 4-х спутников с наилучшей геометрией, иметь 1-2 общих спутников в таких созвездиях и при этом отслеживать по 3-10 (а лучше, по 100-1000) задержек каждого спутника одновременно. Тогда при временном замирании 1-2-х сигналов, что бывает довольно часто из-за неустранимой полностью многолучевости, приемник может (не всегда, но часто) плавно переключиться на другое созвездие. Если же отслеживается только одно наилучшее созвездие, то даже при небольшом замирании сигнала одного спутника приемник теряет точность координат и времени скачко-образно. Величина скачка зависит от степени ухудшения SNR сигнала. Сам скачок обычно не длится дольше 1 сек., если SNR сигналов других спутников не меняются существенно (до 0.5 дБ). Синхронизирующий приемник умеет сглаживать такие скачки, и они не сказываются на PPS. Однако, если SNR многих сигналов нестабильно, то сглаживание не помогает, и PPS начинает "трястись" или вообще "уходить". Чем стабильнее SNR, тем меньше шумовая составляющая в показаниях координат и времени.

Помимо SNR сигналов, стабильность и точность координат и времени (и PPS) сильно зависит от стабильности температуры, давления и влажности среды вокруг опорного генератора, даже если последний оборудован схемой стабилизации, и степени его тряски. Бывает, удивляются на слишком большую ошибку, когда приемник поставят на одну несущую конструкцию вместе с мотором или другим "трясущимся" механизмом, или антену закрепят на тонкой мачте, которую качает ветром, или при выезде из отапливаемого гаража на улицу и т.п. В общем, получение макс. точности - это очень непростое и кропотливое дело.

Похоже проблема "выброса" 1PPS есть не только у Trimble. Аналогичную картину наблюдаем у "приблуды" FTS125-CTV-010M. Куплена для получения стабильной 10MHz. В основе лежит модуль GPS CW25-TIM от Nacsync. Выходная частота 10MHz по фронту привязана к 1PPS. Как это делается: выходная частота 10MHz с помощью обычной PLL (LMX2306) подтягивается к частоте 2.5MHz, которая "выходит" из CW25-TIM (но фронты у неё дрожат достаточно сильно). Вопрос: откуда CW25-TIM рождает 2.5MHz?

Надо бы посмотреть TDOP, как себя ведёт, но его нет в NMEA, наверное есть в "родном" протоколе, но я TRIMBL-ский не знаю.

Можно посчитать TDOP самому на основе других NMEA данных, а именно, координаты спутников и приемника, переведенные из сферической системы в местную топографическую (UTM):
http://en.wikipedia.org/wiki/Dilution_of_precision_(GPS)

Да, действительно можно, а переводить видимо надо не в UTM, а в XYZ, т.е. вообще с землей не связанные.

Вот кстати из "TSIP (Trimble Standard Interface Protocol)":

Report Packet 0x44 provides a list of satellites used for position fixes by the GPS receiver.
The packet also provides the PDOP, HDOP, VDOP, and TDOP of that set and provides the
current mode (automatic or manual, 3D or 2D).

Осмеюсь дополнить: многоуважаемый гуру имеет в виду точность "сырых"координат, которые большинство приемников выдавать или не умеют, или их надо очень сильно попросить (например Ublox это умеет делать во своему бинарному протоколу)

На координаты, которые вы видите с "выхода", в большинстве случаев наложена также модель движения приемника. В некоторых моделях приемников эти настройки можно устанавливать.
Как правило, в большинсве гражданских приемников по умолчанию стоит "автомобильная" модель, фильтр которой ограничивает резкие ускорения на малой скорости.

То что координаты не меняются, а pps колбасит- следствие, скорее всего, именно влияния модели движения.

Естественно, модель движения надо выбирать соответственную (не "ракета" уж точно), но "автомобильная" модель должна предусматривать остановку и вместе с ней неподвижные координаты... Специально для вас напоминаю условие автора:

Да, конечно, я это читал.. Именно этот факт наводит на мысль- почему не видно смещения координат при смещении pps?

Я имею в виду, что модель, какая бы она ни была, содержит в себе фильтр координат, (я некоторое время занимался исследованием динамики тримбла и юблокса, )
И если он не отключен, то короткого отскока координат автор никогда не увидит, или увидит малое смещение.

тем более, если координаты все время стоят на месте- "автомобильный" фильтр имеет некоторую степень адаптивности- диапазон ускорений расширяется в зависимости от скорости.

Сильно поможет анализу ситуации, как уже упоминал samurad, значение PDOP и аналогичных "статистических" параметров.

Если бы дело было в фильтре, сглаживающем координатный "шум", именно такие фильтры обычно включены по умолчанию, то и скачка PPS не было бы при нормальной работе прочих узлов. Даже при координатном шуме PPS не должен прыгать на COTS приемниках. Это явно какая-то внешняя фишка или приемник бракованный.