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Trimble 天宝 Thunderbolt GPS驯服钟 介绍

天宝雷电GPS驯服钟(Trimble Thunderbolt GPS Disciplined Clock,简称 Tbolt)是一款经典的 GPS驯服钟,目前已更新至第五代(版本E)。

一般的GPS驯服钟都是将从振荡器分频得到的1PPS信号与从GPS接收器获得的1PPS信号进行比较,通常会集成一个独立的GPS接收器模块。而Tblot 单板集成了GPS接收器、OCXO恒温晶振及控制电路,与将振荡器分频得到的1PPS信号和GPS接收器的1PPS信号进行比较的传统方案不同,Tblot直接使用GPS测量的bias及bias rate信号驯服晶振。

使用Trimble专有的 T-RAIM(Time-Receiver Autonomous Integrity Monitor)算法监测卫星信号以确保接收信号的完整性。

完美匹配Trimble Bullet天线,并可对天线线缆长度延迟进行标定补偿。

Tblot功能及特点:

  • OCXO恒温晶振
  • GPS接收器
  • 使用GPS Bias及Bias Rate驯服OCXO
  • 低相位噪声
  • 10MHz 参考频率信号
  • 使用Overdetermined方案并同步到GPS或UTC时间的1PPS输出
  • Self-Survey模式
  • T-RAIM(Time-Receiver Autonomous Integrity Monitor)信号完整性算法
  • 易于集成Trimble Bullet天线

Tblot使用标准的RS-232接口与PC通讯,默认的串口配置为:9600 bund/No Parity/8-bit/1 stop/start bit

使用Thunderbolt Monitor软件监控和设置Tblot

也可以使用串口终端通过TSIP(Trimble’s Standard Interface Protocol)协议与Tblot进行通讯。

信息包8F-AB(Primary Timing Information,主时间信息)和信息包8F-AC(Supplemental Timing Information,补充时间信息)包含了监测Tblot所需的大部分信息。默认情况下,这些信息包每秒钟会广播发送一次。

参考位置

连接好GPS天线并且上电后,GPS模块会产生精确的1PPS(Pulse Per Second)信号,10MHz频率输出及一些定周期的信号包。其会基于GPS数据解算clock-only的结果。在clock-only模式,先会确定静态参考位置,所有可用的卫星都会基于此参考位置来解算时间信息。此参考位置可由Tbolt自动确定(self-survey)或由用户将已知的参考位置上传至Tblot。时间的准确度和完整性很大程度上依赖于参考位置的准确度。

如用户未上传参考位置,GPS模块会在上电时自动确定参考位置。默认情况下,在进入clock-only模式之前,GPS模块会收集2000个位置数据以确定参考位置。用户可以使用信息包8E-A6调整自动确定参考位置所需的位置数据的数量。GPS模块在完成自动确定参考位置之前,时间输出的准确度会有所降级。

输入参考位置

用户可使用信息包31(XYZ ECEF)或信息包32(Latitude/经度,Longitude/纬度,Altitude/高度)上传精确的参考位置。参考位置将存储在EEPROM中,掉电后也会保持。当EEPROM中存储有参考位置时,GPS模块会跳过参考位置确定的过程,直接进入到clock-only模式。如GPS天线位置有所变化,用户必须发送信息包8E-45清除存储在EEPROM中的参考位置。参考位置清除后,GPS模块会开始自动确定参考位置的过程,除非用户使用信息包31或信息包32上传了新的参考位置。

要在自动确定参考位置的过程中将参考位置存储在EEPROM中,发送信息包8E-4C至GPS接收器。另外,也能使用信息包8E-A9将Tbolt配置为自动存储参考位置。

OCXO 驯服原理

使用“驯服”这个词表示将Tbolt时间输出频率和相位调整到与外部参考源,也就是GPS,对齐或同步的过程。

GPS接收器,同所有射频接收器一样,也是需要本地参考振荡器去检测和解码接收到的RF射频信号。Tblot GPS接收器被设计使用10MHz参考振荡器频率。

Tblot驯服状态

从复位开始,Tblot驯服机制进入到Power-Up(上电)状态。在此状态,振荡器进行预热(Warm-up)并达到稳态,此时,GPS接收器开始搜寻卫星并获取时间或位置数据。初始的同步过程仅仅从通过基于频率偏移信息的调整振荡器频率开始。

在Normal(正常)状态,Tblot使用相位锁保持时间输出的同步。只要能接收到有效的GPS信号及测量数据,Tblot就能正常工作。当GPS接收器中断(例如,GPS信号丢失)会导致Tblot转换到Holdover(留用)状态。用户可使用信息包0x8E-A3命令Tblot转换到Recovery(恢复)状态。

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