Wie funktioniert ein GPS-Empfänger synchronisieren Ihre Quarz-Uhr mit GPS-Satelliten?

Ich lese viel von tutorials und Artikeln auf Wie GPS funktioniert und festgestellt, dass es funktioniert auf dem Prinzip der 3d-Trilateration. GPS-Empfänger haben in der Regel eine normale Quarz-Uhr und GPS-Satelliten sehr teuer Atomuhr, die eine sehr hohe Genauigkeit.

In einem Artikel wurde erwähnt, dass als normale Quarz-Uhr, GPS-Empfänger haben sehr weniger Genauigkeit, aber Sie periodisch zurücksetzen Ihrer Uhr mit GPS-Satelliten-Uhren. Und wenn die beiden GPS-Empfänger und GPS-Satelliten-Uhren sind synchronisiert dann nur GPS-Empfänger berechnet seine genaue Entfernung von einem GPS-Satelliten.

Wie funktioniert ein GPS-Empfänger synchronisiert seine Uhr mit GPS-Satelliten? Dies habe ich versucht herauszufinden, aus vielen Artikeln und vielen Berechnungen, aber ich konnte nicht erreichen, eine Lösung. Könnte bitte jemand erklären, wie eine normale Quarz-Uhr im GPS-Empfänger wird die Synchronisierung mit den GPS-Satelliten?

Warum wurde dieser geschlossen, da off-topic? Sync ' Ing-Uhren ist ein Programmier-problem-können Sie mir sagen, wie ein GPS-Empfänger würde die Disziplin seiner Uhr, ohne ein micro-Prozessor und software?
Siehe FAQ: "Sie sollten sich nur Fragen, praktische, vertreten hat, die Fragen auf der Grundlage der tatsächlichen Probleme, die Sie Gesicht". Diese Frage erfordert viel zu viel Spekulation zu sein, praktisch vertreten, mit irgendeinem Grad der Genauigkeit. E. g. Ich kann mir leicht vorstellen, dass ein GPS-sync implementiert vollständig in hardware.
Die Realität ist, Sie sind nicht vollständig implementiert in hardware-die algorithmen sind zu kompliziert. z.B. lookup-GPS-T-RAIM -- embedded micro-Prozessoren verwendet werden für diese Aufgaben.
Es scheint mir, dass die clock-Synchronisierung ist ein praktisches problem, und die Antwort erfordert nicht viel Spekulation an alle-das problem ist nicht zu schwer, um praktisch zu beantworten, weil wir umgeben sind von Technologie, implementiert diese algorithmen -- in software!
Stack Overflow ist für Fragen zur Programmierung. Können Sie bitte erläutern Sie Ihre Frage, wie dies im Zusammenhang mit der Programmplanung, so dass es nicht immer geschlossen?

InformationsquelleAutor vicky | 2011-11-17

  1. 7

    Kristall selbst ist nicht eine Uhr-einen Kristall und einen Zähler implementieren die Uhr. Der Zähler kann repräsentieren die Zeit, die mit 32-bit für die Sekunden und 32-bit für Bruchteile einer Sekunde.

    Jedem Taktzyklus wird der Zähler erhöht, mit einem anderen Wert, der für die Bruchteile einer Sekunde, die vergeht, pro Takt.

    Also die Uhr beschleunigt/verlangsamt durch die Erhöhung/Verringerung der Menge an Zeit, die Hinzugefügt wird, um den Zähler clock-Zyklus.

    Gegenüber einigen master-clocks, Ihre Uhr müssen Frequenz und phase Unterschiede-in der Regel müssen Sie einige Logik in einem kleinen Mikro-Prozessor, Messen diese Unterschiede und langsam verändert sich Ihre Uhr entsprechend der master-Uhr -- mit der Wertschöpfung der Theke, jeden clock-Zyklus.

    Summe die es eine Antwort: die Uhr im GPS-Empfänger (crystal + counter) ist synchronisiert mit dem GPS-Satelliten unter Verwendung der algorithmen genannt phase-locked loops (PLL) und frequency locked loops (FLL).

    Phasenverschiebung

    Phase-Synchronisation ist erforderlich, da man zwei Uhren, die mit der gleichen Geschwindigkeit läuft, ist doch einer vor den anderen. z.B. Uhr liest 31337.000000001 Sekunden, und die Uhr B liest 31337.000000002 Sekunden. Eine Sekunde später, die Uhr liest 31338.000000001 und Uhr B liest 31338.000000002 -- beide Uhren haben voran eine Sekunde in der Zeit, aber eine Uhr ist immer noch einen Vorsprung von 1 Nanosekunde. d.h., die Uhr B ist 2*pi*10^(-9) Rad/sec phase mit Bezug auf Uhr

    Frequency Mismatch

    Frequenz Synchronisierung ist erforderlich, da eine Uhr schneller laufen als die anderen. z.B. Uhr liest 31337 Sekunden, und die Uhr B liest 31337 Sekunden, aber eine Sekunde später, die Uhr liest 31338 Sekunden, und die Uhr B liest 31338.000000001 Sekunden -- Uhr-B-Lauf schneller als die Uhr A um 1 Nanosekunde/Sekunde.

    In der Praxis

    In der Praxis haben Sie zu berücksichtigen, für diese beiden Probleme, um eine Synchronisation einer Uhr zu einer master-clock, da keine Oszillatoren sind Total präzise und stabil. Also, was GPS hat, ist geben Sie die Uhr langfristige Disziplin durch die Verwendung von FLL und PLL-algorithmen-den Quarz-Oszillator in der GPS ist immer noch relativ instabil im Vergleich zu einem TCXO oder atomaren Oszillator, aber zumindest kann es sein, diszipliniert zu sein, langfristig präzise.

    PLL scheint hilfreich, wenn man sich zwei Signale in-phase-sync, aber ich weiß nicht, wie notwendig die phase synchronisiert ist. Es scheint, dass die Sekunden-sync ist nicht mehr wichtig, ich bin mir nicht sicher (aus dem kurzen überfliegen des wiki-Artikels und meiner kurzen Erfahrung in der hobbiest Elektronik) , PLL lösen würde. Ich bin kein Experte auf GPS wenn, und warum Sie die Uhren einmal synchronisiert. Können Sie erklären, einige dieser Dinge in deiner Antwort?
    Sicher, siehe oben.
    +1; Das ist eine gute Beschreibung von dem, was die algorithmen machen, aber ich weiß nicht, ob dieses Niveau der Genauigkeit ist wichtig für die Berechnung. Der OP hat nicht erwähnt wie genau der sync auf sich hat. Sie scheinen zu implizieren, dass es sein muss-Prozessor-Takt-tick genauer, aber ich bezweifle das. Ich denke, es wäre fast unmöglich zu erreichen, um das Niveau der Genauigkeit aufgrund der Art des Kommunikationskanals zwischen dem Satelliten und dem GPS. Ich bin nur ein kritisches Auge, wenn. Ich weiß nicht, GPSs 🙂
    Gut, GPS nicht nur für die Bestimmung, Standort-es gibt viele GPS ' es, die sind entworfen, um fest in einer position auf einem Dach für die Zeitmessung Zwecke. E. g., Die Trimble Blitze haben UTC +/- 15 Nanosekunden-Genauigkeit 1PPS-Signale. Dieses Niveau der Genauigkeit ist sehr wichtig für viele Anwendungen, wie Handy Basisstationen, high-frequency-trading, multi-point-high-throughput-Netzwerk erfassen etc
    Okay du hast mich überzeugt 🙂

    InformationsquelleAutor Anthony Blake

  2. 1

    Einem gemeinsamen Weg bei der Synchronisierung von Uhren über latent networks (man könnte erwägen einen Sat-Anschluss ein "latent-Netzwerk") ist die Network Time Protocol. Das Protokoll wurde für einen sehr ähnlichen Zweck - Synchronisierung weniger stabile Uhren mit Atomuhren.

    Den NTP-wahrscheinlich wird sich mit mehr Probleme als ein GPS hätte, aber das Studium der Gestaltung von NTP könnte Ihnen ein gründliches Verständnis von, wie synchronisieren Sie zwei Uhren, wenn Sie nicht feststellen können, die Latenz mit 100% Genauigkeit. I. e. wenn Sie nicht können, Messen Sie einfach einen Draht der Länge der Latenzzeit von elektronischen Komponenten und die Anzahl von system-Taktzyklen in den Prozess eingebunden.

    Warum downvote, anonyme downvoter? Ich gebe zu, meine Antwort ist nicht unmittelbar anwendbar in sich selbst (Sie würde nicht starten Sie einfach einen NTP-client auf dem GPS-Empfänger und nennen es getan). Aber so weit wie ich kann sagen, die OP ist auf der Suche nach wissen, wie die Dinge funktionieren, nicht wie implementiert man eine Lösung für ein problem, das Sie tatsächlich konfrontiert sind. Ich kann mir vorstellen NTP ist eine allgemeinere Lösung für das gleiche problem, als was hacks sind separat programmiert in der firmware von jeder und jedem einzelnen Modell der GPS...

    InformationsquelleAutor Merlyn Morgan-Graham

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