Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frequenznormal gebaut, Hilfe bei GPS Kalibrierung gesucht.


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von Timmy (Gast)


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Hallo,

ich habe mit einem wirklich sehr gutem OCXO ein 10 MHz Frequenznormal 
gebaut. Das Problem dabei ist, dass ich jetzt natürlich anhand einer 
perfekten Referenz das Teil kalibrieren muss. Ich habe gelesen, dass GPS 
dazu die erste Wahl sei. Deshalb habe ich mir das hier gekauft:

https://www.adafruit.com/product/746

Es funktioniert auch tadellos. Nur.... wie kann ich jetzt sicher sein, 
dass der PPS Pin auch wirklich so supergenau ist, wie GPS sein soll?

von pegel (Gast)


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Wenn du keinen weiteren Vergleich hast, bleibt nur die Beobachtung über 
einen längeren Zeitraum.

von m.n. (Gast)


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Timmy schrieb:
> Es funktioniert auch tadellos.

Das GPS-Modul oder Dein Frequenznormal?
Das pps-Signal ist langzeitkonstant, hat aber einen Jitter von einigen 
zig Nanosekunden, weshalb man je nach gewünschter Genauigkeit eine 
längere Zeit integrieren/mitteln muß.
Welchen OCXO verwendest Du und welche Genauigkeit soll es denn werden?

von Theor (Gast)


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Das klassische Henne-Ei Problem.

Hast Du Zugang zu irgendwas "Genauem"? Vermutlich nicht. So geht es den 
meisten von uns. Die Cäsium-Uhr würde vermutlich nicht in die Bastelecke 
passen.
Mal etwas sachlicher formuliert: Als Normalbürger hat man keine 
Möglichkeit eine Zeitreferenz selbst zu bauen, deren Genauigkeit in etwa 
den externen Referenzen wie GPS, DCF77 etc. gleichkommt. Der technische 
Aufwand ist unerreichbar hoch.

Also bleibt Dir nur der Vergleich, des Pulses mit sich selbst (wie Pegel 
das schon angedeutet hat) über lange Zeiträume mit einer Orientierung 
Deines OCX an eben dem GPS-Signal.
Wenn es da Schwankungen gibt, heisst das, dass der Puls eine gewisse 
Konstanz im Beobachtungszeitraum nicht unterschreitet.
Der Umkehrschluss, dass der GPS-Sekundenpuls absolut genau ist, ist aber 
nicht zulässig. Dazu müsstest Du, wie gesagt, eine Referenz haben, die 
mindestens eben so genau ist.

Kurz: Du kannst nur einen negativen Beweis erzielen, aber keinen 
positiven.

von Theor (Gast)


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Ups. Der folgende Satz:

Wenn es da Schwankungen gibt, heisst das, dass der Puls eine gewisse
Konstanz im Beobachtungszeitraum nicht unterschreitet.

muss noch ergänzt werden.

Es kann aber auch heissen, dass der OCX diese Schwankungen hat oder 
beide Signale.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Es gibt GPS Empfänger mit zusätzlichen 10kHz Referenzausgang welcher ans 
GPS System angebunden ist. Dafür gibt es relativ einfache PLL 
Schaltungen mit denen man einen billigen 10MHz VCXO anbinden kann. Dann 
kannst Du mit einem 2 Kanal Oszi die beiden Oszillatoren mit genügend 
Auflösung vergleichen und den guten OCXO justieren. Damit erzielt man 
ziemlich gute Genauigkeiten. Mit Erfahrung kann man dann aus der 
Verschubrate die ungefähre Genauigkeit berechnen.

http://leapsecond.com/time-nuts.htm

Alternativ kannst Du den guten OCXO mit der PLL anbinden. Dann ist er 
nur mit aktivem GPS wirklich genau. Deshalb bevorzuge ich die erstere 
Möglichkeit.

Edit: Einen Präzisions-OCXO sollte man mindestens 30 Tage vor der 
Kalibrierung "einlaufen" lassen und nicht mehr abschalten. Jeder 
Neustart hat in der Regel einen Hysterese Effekt zur Folge. Die meisten 
Quarzoszillatoren kehren niemals genau beim Wiedereinschalten wieder auf 
die alte Frequenz zurück.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Timmy schrieb:
> Nur.... wie kann ich jetzt sicher sein,
> dass der PPS Pin auch wirklich so supergenau ist, wie GPS sein soll?

Dein GPS sagt dir die Position auf wenige Meter genau. Entsprechend 
genau bestimmt es die Zeit, da die, genauso wie die 
Positionsinformation, aus der Rechnung rauspurzelt. Als Unsicherheit für 
das Signal am PPS Pin kommt das Timing im Empfänger, i.e. langfristig 
muss das Signal am PPS Pin die richtige Frequenz mit der Genauigkeit der 
Uhren auf den Satelliten und dem Bodensegment haben, kurzfristig kann er 
jittern, was du mit deinem OCXO aber sehen solltest, wenn du die 
Phasenlage zum PPS misst.

von Jacko (Gast)


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Wenn du dir ordentlich Mühe für deinen sehr guten OCXO
gegeben hast, solltest du bei der Verifizierung auch keine
"dünnen Bretter bohren".

GPS-PPS ist nicht verkehrt:
Gute Langzeitgenauigkeit, die sich bei guten Empfangsbedingungen
mit guter Satellitenanordnung schon in wenigen Stunden Richtung
10^-8 bis 10^-9 und besser bewegt.

Dagegen DCF:
Noch bessere Langzeitgenauigkeit! Die kann man bei Auswertung
des Sekundenpulses aber erst in Tagen bis Wochen nutzen!
Jeder Sekundenpuls kann gern mal +/-25 ms verschoben sein,
erst nach 25.000 s (7 Stunden) hat sich das auf 1 µs (10^-6)
relativiert. - Alterungserscheinungen beim OCXO kannst du damit
erst in Wochen bis Monaten erkennen!

Bau dir also eine Vergleichsschaltung OCXO/GPS-PPS
und registriere die Abweichungen über einige Stunden bis Tage.
Das sollte dir einen Eindruck von der Genauigkeit und Stabilität
deines OCXO liefern.

Drunter gehts kaum, wenn es unter 100 EU bleiben soll.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Bevor man sich in den Stories verliert ... Du musst nach dem Warmlaufen 
des Quarzes, mindestens eine viertel Stunde lang integrieren. Es gibt 
sonst auch PLL chips, die den OCXO dem GPS nachziehen koennen. Falls der 
OCXO einen Verstelleingang hat. Hat er aber wahrscheinlich. Da gibt man 
den 1 PPS als Referenz rein und den OCXO an den VCO Eingang. Und setzt 
die Zeitkonstante auf 15 Minuten. Nach einem Tag oder so ist er dann 
synchronisiert.

Wenn man nur an der Abweichung interessiert ist, laesst man den Feedback 
offen.
Resp macht den Feedback und zeichnet das Steuersignal auf.

von Pandur S. (jetztnicht)


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Der 1PPS Puls ist uebrigens nicht ultragenau. Sondern nur im Mittel. Der 
Puls kann einige zehn Nanosekunden abweichen/jittern. Siehe auch bei
http://leapsecond.com/
https://radio.g4hsk.co.uk/projects/10mhz-gps-disciplined-oscillator-and-ntp-server/

von ZF (Gast)


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Timmy schrieb:
> Es funktioniert auch tadellos. Nur.... wie kann ich jetzt sicher sein,
> dass der PPS Pin auch wirklich so supergenau ist, wie GPS sein soll?

Hallo Timmy,

lies mal hier:
http://ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf

In Kurzform:
Ein guter OCXO ist kurzzeitstabil und hat hoffentlich geringes 
Phasenrauschen; der GPS puls is Langzeitstabil und absolutgenau. Geht es 
dir darum den OCXO einmalig auf die genaue Sollfrequenz einzustellen, 
oder willst Du ihn dauerhaft koppeln? Falls Letzteres, solltes du die 
Zeitkonstante der Regelung ungefähr auf den Schnittpunkt der beiden 
Allandeviatsionskurven legen, falls nur einmalig abgleichen solltest du 
mindestens so lange integrieren, besser länger.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Man kann auch mehrere GPS-Pulse miteinander vergleichen. Die Genauigkeit 
liegt irgendwo bei der zehnten Stelle. Der Artikel von Ulrich Bangert 
ist ein sehr guter Einstieg, und auf leapsecond werden irgendwo 
GPS-Empfänger verglichen. Es gibt bessere, die für den Zweck optimiert 
sind.
Weitere Suchbegriffe für die Ungenauigkeiten bei GPS sind 
"sawtooth-correction" und Hängebrücke="suspension bridge".
http://www.leapsecond.com/pages/m12/sawtooth.htm

: Bearbeitet durch User

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