您可能想知道,GPS 接收器究竟如何使用從遙遠(yuǎn)衛(wèi)星發(fā)出的微弱電磁信號來確定其在幾米(甚至幾厘米)內(nèi)的位置?在很大程度上,這是因為它們是出色的計時設(shè)備,可以根據(jù)衛(wèi)星信號從軌道到達(dá)它們所需的時間來確定它們的位置。由于電磁信號以光速傳播,因此僅 1 微秒的延遲本身就會轉(zhuǎn)化為 300 米的范圍誤差——遠(yuǎn)低于用戶今天期望的米級甚至亞米級精度。
為了準(zhǔn)確確定其位置,GPS 接收器必須將其內(nèi)部時鐘與軌道衛(wèi)星上的原子鐘同步。為此,它需要同時接收和處理來自至少四顆衛(wèi)星的信號,求解 x、y 和 z 坐標(biāo)以及時間。相反,鑒于其精確的 x、y 和 z 坐標(biāo),全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 接收器可以使用衛(wèi)星發(fā)射的信號來確定時間,其精度接近但不等于衛(wèi)星原子鐘的精度。當(dāng)天空視野受限時(通常是在城市環(huán)境中),來自單個衛(wèi)星的信號可能就足夠了,盡管時間精度低于跟蹤多顆衛(wèi)星時的精度。
因此,各行各業(yè)都在使用專門的 GPS 接收器來無線傳送和分發(fā)高度準(zhǔn)確的定時和同步,這并不奇怪。多年來,4G LTE 移動網(wǎng)絡(luò)基站一直依靠我們基于 GNSS 的定時產(chǎn)品組合中的模塊來同步相鄰的信號塔,以最大限度地減少它們之間的干擾,并確保移動用戶跨越小區(qū)邊界時的順利切換。隨著這些計時模塊可以實(shí)現(xiàn)的精度從微秒提高到納秒,新的用例正在轉(zhuǎn)向該技術(shù)以利用其獨(dú)特的優(yōu)勢。
與定位性能同步發(fā)展
計時精度方面的改進(jìn)與定位精度的改進(jìn)同步進(jìn)行。u-blox F9 GNSS 接收器平臺為大眾市場帶來了可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高精度定位(低至分米級),同時也大大提高了計時精度,采用新一代多星座、多頻段高精度GNSS 接收器。這使得工業(yè)應(yīng)用能夠以有線定時和同步解決方案成本的一小部分獲得絕對時間的 5 納秒計時精度——相對時間的計時精度甚至更低。
同步電網(wǎng)
對時序要求越來越苛刻的一種應(yīng)用是電網(wǎng)。我們越來越多的電力是使用高度間歇性的資源(如風(fēng)和陽光)產(chǎn)生的。同時,我們供電的應(yīng)用也在發(fā)生變化,從主要的電阻負(fù)載(例如通過電阻加熱提取功)到電容負(fù)載(通過電容器提取功,用于從交流轉(zhuǎn)換為直流) 。
這些變化使電網(wǎng)管理更具挑戰(zhàn)性。一方面,電網(wǎng)管理者需要確保在每一個瞬間,饋入電網(wǎng)的電力在某處被消耗。當(dāng)經(jīng)過的云和陣風(fēng)可以從一瞬間到下一瞬間上下?lián)軇影l(fā)電量,這遠(yuǎn)非顯而易見。然后,容性負(fù)載(如電感負(fù)載,第三類)會導(dǎo)致電壓和電流之間的相移,進(jìn)而導(dǎo)致必須管理的不穩(wěn)定性。
同步什么???
這就是為什么同步相量(也稱為相位管理單元)在現(xiàn)代電網(wǎng)中變得不可或缺的原因。同步相量監(jiān)測電網(wǎng)各部分的相位,以檢測可能威脅電網(wǎng)穩(wěn)定性的系統(tǒng)范圍振蕩的開始。為了提取有意義的數(shù)據(jù),同步相量的采樣頻率需要高于電網(wǎng)的 50 Hz 脈沖,并且必須以微秒級相對計時精度與所有其他同步相量同步。
但是,如果電網(wǎng)中存在故障(例如短路)導(dǎo)致部分網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉怎么辦?能夠定位故障對于快速恢復(fù)服務(wù)至關(guān)重要。定位越準(zhǔn)確,服務(wù)技術(shù)人員的干預(yù)就越有針對性。相鄰行波探測器之間 100 納秒的相對定時精度足以將故障鎖定在 30 米以內(nèi)。
u-blox LEA-M8T 符合在中國部署
在依靠同步移動通信網(wǎng)絡(luò)基站數(shù)年之后,我們現(xiàn)在看到對使用 u-blox 定時模塊進(jìn)行電網(wǎng)監(jiān)控的興趣越來越大。我們的LEA-M8T 多星座授時模塊使用單顆衛(wèi)星提供優(yōu)化的授時精度,現(xiàn)已符合中國電網(wǎng)部署的規(guī)定。
新興用例
無線定時和同步在越來越多的垂直行業(yè)中獲得了關(guān)注。智能工廠中的快速生產(chǎn)線需要緊密同步,高頻交易等對時間敏感的金融應(yīng)用中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也是如此。支持 GNSS 的無線授時提供了一種易于部署、低成本的授時解決方案,可追溯到協(xié)調(diào)世界時 (UTC)。
與其他所有范式轉(zhuǎn)變一樣,從單頻段到多頻段 GNSS 的過渡帶來了一個機(jī)會:領(lǐng)先于競爭對手并率先獲得其好處——在這種情況下,就提高了計時精度而言。
審核編輯:郭婷
-
接收器
+關(guān)注
關(guān)注
15文章
2598瀏覽量
75711 -
gps
+關(guān)注
關(guān)注
22文章
2995瀏覽量
171813 -
GNSS
+關(guān)注
關(guān)注
9文章
919瀏覽量
50473
發(fā)布評論請先 登錄
浙江賽思電子原子鐘的底層邏輯:時間測量的科學(xué)與技術(shù)

芯片原子鐘的應(yīng)用優(yōu)勢與場景

GPS對時裝置如何提升工業(yè)系統(tǒng)的時間精度?

谷歌地圖GPS定位
微型銣原子鐘技術(shù)剖析與應(yīng)用、銣鐘,銣原子鐘,銣原子振蕩器
分享原子鐘在科研領(lǐng)域的重要性

GPS時鐘同步產(chǎn)品技術(shù)及特點(diǎn)

如何將PLLs配置為使用CLKIN1而不是XTAL_24?
如何將RT-Thread移植到NXP MCUXPressoIDE上

如何將python文件導(dǎo)入到ROS系統(tǒng)中

評論