Das DCF-Signal braucht für die 415 km von Mainflingen zu mir etwa 1,4 ms. DCF-Module sind schmalbandig, womit die Flanken der Sekundenpulse zusätzlich verzögert werden. Wenn man dazu was im Netz findet, werden "vielleicht 10 bis 30 ms" genannt.
DCFTest_dn_100.png
Mit einem Signalgenerator wollte ich es genauer wissen, um meine Uhr mit Pollin-Modul auf vielleicht 10 ms genau zu haben.
DCFTest_Delay.png
Gegenüber dem internen Sekundenpuls des Signalgenerators (jeweils CH2) zeigt sich am DCF-Modul eine Verzögerung von 48...50 ms. Ohne Ausreißer über 20 Minuten.
DCF_vs_GPS-PPS.png
Ein GPS-Modul war auch noch da: Hier ist das DCF-Signal aber nur etwa 18 ms hinter dem GPS-PPS. Das GPS-Modul lief schon 1/2 Stunde stabil mit EGNOS-DGPS und kannte schon alle Schaltsekunden seit 1980...
Auch diese Messung war über 1/2 Stunde auf 17...19 ms stabil.
Kann der GPS-PPS eines preisgünstigen GPS-NAV-Moduls im eingeschwungenen Zustand gerne mal 30 ms stabil neben UTC liegen, oder wo ist mein Messfehler?
Der Vorteil, resp die Eigenschaft von DCF und GPS ist die absolute Genauigkeit, da beide von Atomuhren abstammen. GPS-PPS soll einen Jitter von 100ns oder so haben, deswegen muss man einen PLL drauf mit einer Zeitkonstante von einer Viertel Stunde verwenden. DCF kenne ich zuwenig. Ob und weshalb die beiden mit 0 Grad in Phase sein sollten, erschliesst sich mir nicht. Allerdings waere eine Allendeviation der beiden schon interessant. Bedeutet, die Beiden gegeneinander laufen zu lassen und dann die Phase statistisch aufzeichnen. Sinnvollerweise lockt man erst mal je einen 10kHz, (oder 10MHz) PLL auf beide und vergleicht dann deren Phasen.
Kann der GPS-PPS eines preisgünstigen GPS-NAV-Moduls im eingeschwungenen
Zustand gerne mal 30 ms stabil neben UTC liegen, oder wo ist mein
Messfehler?
Du hast keinen Messfehler. Die Genauigkeit des GPS Timepulses hängt vom jeweiligen GPS-Modul und dem darin verwendeten Korrekturalgorithmus und von der Anzahl der empfangenen Satelliten ab.
Von ublox gibt es für die NEO/LEA 6 Module hierzu ein Papier "GPS based Timing":
Kann der GPS-PPS eines preisgünstigen GPS-NAV-Moduls im eingeschwungenen
Zustand gerne mal 30 ms stabil neben UTC liegen, oder wo ist mein
Messfehler?
Die geben einen genaue Periode aus, sind aber nicht UT(C) synchron. UTC ist auch keine physikalische Zeit, das C steht für coordinated. GPS hat eine eigene Zeit, wenn ich mich richtig erinnere wird die ab und zu mit UT... synchronisiert.
GPS Module die eine PPS-UTC Toleranz spec. haben kenne ich nicht.
Es gibt (gab) mal GPS-Empfänger, deren Firmware speziell für Timinganwendungen optimiert wurde. Habe da noch einen von Motorola da, dessen 1PPS-Puls meine 1/10/25MHz-Referenz speist.
Dass DCF und GPS nicht die gleiche Flanke haben, wundert mich eigentlich nicht. Entfernung und Signallaufzeiten=? NTP-Zeit parallel dazu vergleichen wäre mal interessant um zu sehen wie sie auseinanderlaufen? https://de.wikipedia.org/wiki/Network_Time_Protocol
DCF-Module sind schmalbandig, womit die Flanken der Sekundenpulse
zusätzlich verzögert werden.
Tipp: Das DCF-Signal ist (Seit 1983) zusätzlich zur Amplituden-Modulation auch phasenmoduliert. Damit kriegst du den Sekundenwechsel viel, viel genauer.
Falls UTC der Erde folgt, koennte der Unterschied von UTC zu irgendwelchen Atomuhren zum Teil in der Physik der Erde begruendet sein. Schaltsekunde und dergleichen. Eine Caesium Atomuhr ist per definition absolut genau, da sie die Zeit vorgibt. Wodurch unterscheiden sich Caesium Atomuhren ? Durch relativistische Effekte, in diesem Fall durch die Schwere der Erde. Mit einer solchen Uhr kann man die Hoehe ueber Meer aufloesen, wobei das Meer schon nicht mal ueberall gleich hoch ist, obwohl alles auf den Meeresspiegel bezogen ist. Diese Frequenz Abweichungen liegen aber unterhalb der fuer Consumer interessanten Schwelle. Die Meereshoehe ist aber schon interessant, und sichtbar in der GPS Hoehe ueber Meer, welche fuer eine feste Position herumeiert.
Bedeutet, die Beiden gegeneinander laufen zu lassen und
dann die Phase statistisch aufzeichnen. Sinnvollerweise lockt man erst
mal je einen 10kHz, (oder 10MHz) PLL auf beide und vergleicht dann deren
Phasen.
Die Phasen- bzw. Frequenzabweichung von DCF77 ist hier mal genauer erforscht und aufgezeichnet worden. Die sind "nicht von Pappe", insbesondere nicht bei Nacht.
Von ublox gibt es für die NEO/LEA 6 Module hierzu ein Papier "GPS based
Timing":
Nettes paper, aber da steht nichts über UTC Abweichung drin.
Vielleicht genau hinschauen
Gleich vorne 1.1
"The base of all timing and frequency applications is the one pulse per second (1PPS) time pulse, which is synchronized to GPS time or UTC"
Die GPS Module haben verwenden einen intelligenten Algorithmus, um auf der Grundlage von mehreren Satelliten, die Laufzeiteffekte zu korrigieren.
In den NMEA Protokollen, die man aus den Modulen auslesen kann gibt es dazu einen errechneten Qualitätswert:
Die geben einen genaue Periode aus, sind aber nicht UT(C) synchron. UTC
ist auch keine physikalische Zeit, das C steht für coordinated. GPS hat
eine eigene Zeit, wenn ich mich richtig erinnere wird die ab und zu mit
UT... synchronisiert.
Da erinnerst du dich falsch, GPS sendet UTC synchrone Zeit aus.
"GPS time transfer is a common method for synchronizing clocks and networks to Coordinated Universal Time (UTC). The government distributes UTC as maintained by the U.S. Naval Observatory (USNO) via the GPS signal in space with a time transfer accuracy relative to UTC(USNO) of ≤30 nanoseconds (billionths of a second), 95% of the time. This performance standard assumes the use of a specialized time transfer receiver at a fixed location. "
Oncore? ha ich auch mal benutzt. Hat aber mit der Frage nichts zu tun
(UTC Abweichungen von DCF und GPS)
Oncore stimmt. Da gab es auch Abweichungen beim 1PPS-Puls zwischen der gleichen Hardware mit den verschiedenen Firmwaren. Die eine war halt auf exaktes Timing mit wenig Jitter optimiert und die andere auf genaue Positionsangaben.
Da erinnerst du dich falsch, GPS sendet UTC synchrone Zeit aus.
...
Vielleicht genau hinschauen
Gleich vorne 1.1
"The base of all timing and frequency applications is the one pulse per
second (1PPS) time pulse, which is synchronized to GPS time or UTC"
GPS time ist nicht UTC. Soi wie ich den Thgread verstehe geht es nicht um UTC und auch nicht darum das GPS möglichst genau mit UTC synct (das halte ich für selbstverständlich).
Welche Genauigkeit am Ende der Zeitpuls hat, bestimmt maßgeblich das
verwendete GPS Empfangsmodul.
Eben, das war die Frage und die lässt sich nach meinem Kenntnisstand nicht beantworten weil eben der UTC sync in GPS Empfängern die ich kenne nicht spezifiziert ist. Ist auch schwierig weil es von diversen Parametern (Laufzeiten, Konstellation usw). abhängt.
GPS time ist nicht UTC. Soi wie ich den Thgread verstehe geht es nicht
um UTC und auch nicht darum das GPS möglichst genau mit UTC synct (das
halte ich für selbstverständlich).
Was soll das verquaste Rumgeeiere.
GPS Zeit ist UTC! Du wirst verstehen, dass ich auf die Aussage der US-Behörde als Betreiber des zivilen GPS-Satellitensystems mehr Gewicht lege als auf deine aus der Luft gegriffene Behauptung, für die du bislang noch nicht eine belastabar Quelle nennen kannst. Außer deiner "Erinnerung". Du machst dich lächerlich.
US-Behörde als Betreiber des zivilen GPS-Satellitensystems
Man liest dort: How accurate is GPS for timing?
GPS time transfer is a common method for synchronizing clocks and networks to Coordinated Universal Time (UTC). The government distributes UTC as maintained by the U.S. Naval Observatory (USNO) via the GPS signal in space with a time transfer accuracy relative to UTC(USNO) of ≤30 nanoseconds (billionths of a second), 95% of the time. This performance standard assumes the use of a specialized time transfer receiver at a fixed location.
Allerdings steht dort auch, dass es äußere Einflüsse gibt. Dazu zähle ich z.B. Umlaufbahn, Mond, Reflektionen. Ein Sat hängt nicht mit einem Stahlseil millimetergenau an der Erde. Laufbahnen müssen öfter korrigiert werden. Somit könnten zeitweise immer ein paar ns Differenz auftreten?
Somit könnten zeitweise immer ein paar ns Differenz
auftreten?
Nein, denn man verwendet nicht einen Satelliten, sondern mehrere. Dadurch werden die atmosphärischen Ungenauigkeiten herausgerechnet. Was allerdings zu beachten ist, dass die Länge des Antennenkabels mit angegeben wird. Für Timinganwendungen benutzt man ja eine stationäre Antenne und so ein Meter Kabel macht schon ein paar Nanosekunden aus. Deswegen kann man diese Kabellänge entsprechend an das GPS-Modul senden, um das zu kompensieren.
Kann der GPS-PPS eines preisgünstigen GPS-NAV-Moduls im eingeschwungenen
Zustand gerne mal 30 ms stabil neben UTC liegen,
Da beim GPS die Zeit genauso berechnet wird, wie die Position, halte ich das für eher unwahrscheinlich, jedenfalls wenn die Pulsausgabe nicht ganz stiefmütterlich behandelt wird.
30ms ist da eine Ewigkeit. Dann könnte man den Ausgang gleich ganz weglassen und die NMEA-Ausgabe als Zeitmarke benutzen ;-)
Somit könnten zeitweise immer ein paar ns Differenz auftreten?
Ein mittlerer Positionsfehler von drei Metern entspricht einer Zeitfehler von 10ns. Mehr kannst du auch von dem Zeitpuls nicht erwarten. Alleine das empfangene Rauschen setzt da schon Grenzen.
Falls UTC der Erde folgt, koennte der Unterschied von UTC zu
irgendwelchen Atomuhren zum Teil in der Physik der Erde begruendet sein.
Schaltsekunde und dergleichen. Eine Caesium Atomuhr ist per definition
absolut genau, da sie die Zeit vorgibt. Wodurch unterscheiden sich
Caesium Atomuhren ? Durch relativistische Effekte, in diesem Fall durch
die Schwere der Erde. Mit einer solchen Uhr kann man die Hoehe ueber
Meer aufloesen, wobei das Meer schon nicht mal ueberall gleich hoch ist,
obwohl alles auf den Meeresspiegel bezogen ist. Diese Frequenz
Abweichungen liegen aber unterhalb der fuer Consumer interessanten
Schwelle. Die Meereshoehe ist aber schon interessant, und sichtbar in
der GPS Hoehe ueber Meer, welche fuer eine feste Position herumeiert.
Da die Atomuhr der US-Amerikaner auf ca. 1700m Höhe liegt und
die Uhrder Deutschen auf ca. 50m Höhe liegt, müssen bei Uhren-
vergleichen bereits Korrekturfaktoren benutzt werden. Wenn in
Zukunft sog. optische Uhren als Zeitnormal benutzt werden,
spielt es wegen deren deutlich besseren Präzision bereits eine
Rolle, ob die Uhr auf dem Tisch, oder ob sie auf dem Boden steht.
Mit einem Signalgenerator wollte ich es genauer wissen, um meine Uhr mit
Pollin-Modul auf vielleicht 10 ms genau zu haben.
Die Genauigkeit der DCF-Zeit war schon immer eine Langzeitgenauigkeit.
Für die Kurzzeitgenauigkeit muss man wegen verschiedenen physikalisch
bedingten Effekte immer mit Schwankungen rechnen. Ich wüsste aber
auch nicht, bei welcher Anwendung die paar ms eine Rolle spielen.
Um z.B. einen Frequenzzähler zu kalibrieren, muss man immer einen
Langzeitvergleich machen. Dann spielen die paar ms keine Rolle.
Die geben einen genaue Periode aus, sind aber nicht UT(C) synchron.
Woher hast du diese Weisheit bzw. was meinst du damit?
Was soll diese Schreibweise UT(C)?
Am 6. Januar 1980 um 00:00:00 wurden GPS-Zeit mit UTC synchronisiert, d.h. die GPS-Zeit wurde zu diesem Zeitpunkt als identisch mit UTC definiert. Bei UTC werden, falls falls wegen der Erdrotation erforderlich, Schaltsekunden eingeführt. Die Sekundenpulse von GPS und UTC bleiben dabei aber synchron.
Anders ist es bei UT. Da folgt die Zeit stetig den Schwankungen der Erdrotation, d.h. UT Sekundenpulse sind nicht synchron zu GPS und UTC.
Ich wüsste aber auch nicht, bei welcher Anwendung die paar ms eine Rolle
spielen.
Bei Lichtgeschwindigkeit entsprechen 30ms einer Strecke von 9000km.
Wenn man über Laufzeitdifferenzen z.B. die Position von Gewitterblitzen aus der Eintreffzeit beim Empfänger berechnen will, darf es schon gerne ETWAS genauer sein.
Bei Lichtgeschwindigkeit entsprechen 30ms einer Strecke von 9000km.
Wenn man über Laufzeitdifferenzen z.B. die Position von Gewitterblitzen
aus der Eintreffzeit beim Empfänger berechnen will, darf es schon gerne
ETWAS genauer sein.
So etwas misst man mit einem Frequenzzähler mit Ofenquarz. Dieser
kann dann ab und zu mit DCF synchronisiert werden. Als direktes
Frequenznormal ist DCF ungeeignet.
Leider sind etliche Beiträge ohne Sachkenntnis, dafür aber mit viel "ich hab da mal was gehört (aber nicht verstanden)". Hilfreich war bisher keiner.
Das GPS-System hat GPS-Zeit, das ist UTC ohne die Schaltsekunden seit 1980. Die Sekundendifferenz zu UTC wird nur 4...5 mal pro Stunde von den Satelliten abgestrahlt. Typischer Einschaltvorgang: Es braucht einige Zeit und genügend Satelliten, bis der GPS-Empfänger Position und Zeit ausgibt. Nach 5 bis 15 Minuten lässt sich beobachten, dass die Zeitanzeige um die Schaltsekunden korrigiert wird, die zur Erstellung der Firmware des GPS-Moduls noch nicht bekannt waren. Mein GPS-Modul Baujahr 2010 liegt zu Beginn 3 Sekunden daneben. Die Schaltsekunden von 2012, 2015 und 2017 kennt es beim Kaltstart nicht.
Ein GPS-Modul hat die Aufgabe, die Entfernung zu den Satelliten über Laufzeiten zu bestimmen, um daraus seine Position auf der Erde zu errechnen. Wie blöd muss ein Konstrukteur sein, diese Laufzeiten bei der Zeitbestimmung nicht zu berücksichtigen!?
Dass DCF "nur" langzeitgenau ist, ist richtig. Innerhalb Deutschlands bei stabiler Wetterlage halten sich die Schwankungen aber in Grenzen: Das zeigt sich bei "DCF_vs_GPS-PPS.png" Die DCF-Sekundenmarke gegenüber GPS-PPS blieb über 1/2 Stunde auf 1...2 ms stabil. Keine wabernde Raumwelle etc. ...
Mein Problem: Gemessene 49 ms Delay des DCF-Moduls zu meinem Testsignal, aber nur 18 ms Versatz zum GPS-PPS. Mir geht es um diese ~30 ms, nicht um µs-Träumereien!
Ich habe das Analog-Forum befragt, weil ich hoffte, dass hier messtechnische praktische Tipps kommen.
Mein Problem: Gemessene 49 ms Delay des DCF-Moduls zu meinem Testsignal,
aber nur 18 ms Versatz zum GPS-PPS. Mir geht es um diese ~30 ms, nicht
um µs-Träumereien!
Also da die GPS Empfänger in der Regel sehr genau sind (< µs zu UTC -ja ich hab's eingesehen) kann man das als Referenz sehen. Es sei denn du hast da irgendein Fernost Teil für zwofuffzich geschossen. Messtechnisch wäre es hilfreich Hersteller und Typen deiner Empfänger zu kennen.
DCFTest_Delay.png
Gegenüber dem internen Sekundenpuls des Signalgenerators (jeweils CH2)
zeigt sich am DCF-Modul eine Verzögerung von 48...50 ms.
Wie ist denn dein Flankendetektor in der Signalaufbereitung vom DCF77-Signal eingestellt?
Der Detektor kann nicht in die Zukunft sehen, also muss die Flanke nach der Demodulation und Filterung zeitversetzt hinten rauskommen. Für den genauen Zeitpunkt müsstest du das HF-Signal ansehen.
30ms ist da eine Ewigkeit. Dann könnte man den Ausgang gleich ganz
weglassen und die NMEA-Ausgabe als Zeitmarke benutzen ;-)
Die NMEA-Ausgabe mit 4800 oder 9600 Baud dauert ca. 30ms... Nach einem Kaltstart oder bei schlechtem Empfang schwankt die Dauer noch, weil unterschiedlich lange Sätze ausgegeben werden. Nach einer halben Stunde ist sie dann konstant. Dass das PPS-Signal davon beeinflusst wird, kann man sich kaum vorstellen.
Aber die Berechnung dauert auch ungefähr 30ms, und erst dann weiß der dumme Empfänger, wann die Sekunde begonnen hat. Kann eigentlich auch nicht sein, aber man hat Pferde vor der Apotheke gesehen...
Wenn das immer noch nicht reicht ist vermutlich die Time-Nuts Mailingliste der geeignet Platz, die Leute dort wissen worum es geht und die Problematik wurde dort schon öfters diskutiert.
Aber die Berechnung dauert auch ungefähr 30ms, und erst dann weiß der
dumme Empfänger, wann die Sekunde begonnen hat. Kann eigentlich auch
nicht sein, aber man hat Pferde vor der Apotheke gesehen...
Man könnte auf die Idee kommen, das Delay aus der vorherigen Berechnung abzuleiten und dann das 1PPS-Signal genau richtig verschoben synchronisiert zum Takt der rohen Empfangdaten auszugeben. Der Empfänger muss nur richtig auf den GPS-Rohdatentakt eingerastet sein.
Das erspart den Pferden viel Ungemach ;-)
Ein GPS-Modul hat die Aufgabe, die Entfernung zu den Satelliten über
Laufzeiten zu bestimmen, um daraus seine Position auf der Erde zu
errechnen. Wie blöd muss ein Konstrukteur sein, diese Laufzeiten bei der
Zeitbestimmung nicht zu berücksichtigen!?
Laufzeiten ? Welche Laufzeiten ? Zwischen Satelliten und Empfaenger. Nur stehen die Sateliten nicht. Und die Bahndaten sind auch nicht konstant, resp fest. Beim langen Einschaltvorgang werden erst die Bahndaten heruntergeladen. Beim schnellen Einschalten werden die letzten Bahndaten verwendet.
Doch weitgehend. Oder siehst du den Mond Zickzack fliegen?
Die Frage ist eher, ob die Ephemeriden dem GPS-Empfänger bekannt sind,
oder ob er sie sich aus dem Datenstrom vom Satelliten extrahieren muß.
Weniger Zickzack wie langsam aendernd. Und ja die Bahndaten sind im NMEA Datenstrom enthalten, dauert halt eine Viertel Stunde zum herunter laden.
Weshalb sind die Bahndaten nicht konstant ? Weil das Schwerefeld ein ortsabhaengiger Vektor ist. Mit nicht nur der Komponente zum Erdmittelpunkt...
Das ist ja der witz daran, die braucht's nicht, das laesst sich alles rechnen, aus den Zeitverschiebungen und den Bahndaten. 3 Satelliten fuer die Zeit und ein zusaetzlicher fuer die Zeit.
DCFTest_dn_100.png
(5,5 KB)
DCFTest_Delay.png
(2,6 KB)
DCF_vs_GPS-PPS.png
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