Synchronizacja urządzeń za pomocą sygnału DCF77: czy to możliwe przy 0,5ms?

Mon Dec 15, 2008 10:09 am   

Witam

Mam następujący problem:
Chciałbym użyć sygnału DCF77 w trochę nietypowy sposób - do synchronizacji
kilku urządzeń oddalonych od siebie. I nie chodzi tu o dekodowanie godziny,
ważne są jedynie co sekundowe impulsy. Jednak we wszystkich odbiornikach
moment impulsu synchronizującego nie może się różnić o więcej niż 0,5ms.
Oczywiście w sieci dużo jest opisów "struktury" tego sygnału, ale nie ma np
czasów opadania/narastania mocy. Może czasy te sięgają kilku milisekund aby
ograniczyć pasmo emisji nadajnika? Jeśli tak, to narastające zbocze impulsów
w każdym z odbiorników może być przesunięte ze względu na różnice poziomów
sygnału, co niweczy ten pomysł. Da się taką synchronizację zrobić na DCF77?

Robert

Mon Dec 15, 2008 10:29 am   

Użytkownik "Rob" <robo2113@wp.pl> napisał w wiadomości
news:gi578n$9lq$1@nemesis.news.neostrada.pl...

Jesli sie nie myle to sa tam elementy pozwalajace osiagnac nawet
wieksza dokladnosc.
http://en.wikipedia.org/wiki/DCF77

Ale .. to bedzie zaawansowany projekt radiowy.

Nie lepiej bedzie poszukac odbiornikow GPS ?

A propos - 0.5ms = 150km ..


J.

Mon Dec 15, 2008 11:07 am   

Właśnie. A to ma być proste i tanie, czyli zwykłe odbiorniczki "low cost" np
na U4224. Czy impulsy uzyskiwane z takich prostych odbiorników nie będą
przesunięte w czasie o więcej niż 0,5ms? (pomijając stałe opóźnienie
wynikające z czasu propagacji sygnału - to łatwo poprawić). Chodzi o to, by
dany egzemplarz odbiornika w jednym miejscu nie odbierał tak, że między
impulsami raz jest 1005ms a raz 997ms, a np "1" logiczna ma 204ms - ze
względu na wahania odbieranego sygnału lub zakłócenia.


Wiem, j.w.

pozdrawiam

Robert

Mon Dec 15, 2008 6:44 pm   

Rob pisze:

Witaj!


Czas narastania jest zdefiniowany i dostępny:
http://www.ptb.de/de/org/4/44/pdf/dcf77.pdf

Z dokładnością 0.5 ms nie będzie łatwo, ale jest to możliwe.

Typowy odbiornik ma obwody rezonansowe dosyć ostro nastrojone, więc żeby
je wzbudzić potrzeba dużo czasu. Np. odbiornik DCF77 którym dysponuje
daje sygnał nowej sekundy ok 30 ms po tym jak taki sygnał daje odbiornik
GPS (poprawność impulsów odbiornika GPS wcześniej sprawdzałem na kilka
sposobów). Wzbudzanie obwodów antenowego i dalszych filtrów zależy też
od chwilowego poziomu sygnału i na wyjściu odbiornika DCF77 który
posiadam jest jitter przekraczający 10 ms.

Jednak, gdy podłączyłem obwód antenowy do oscyloskopu i namierzałem
początek sekundy jako początek zmian w sygnale, to po uwzględnieniu
opóźnienia związanego z ograniczoną prędkością światła, uzyskiwałem
zgodność z sygnałem GPS lepszą niż 1 ms - ale to tylko późną nocą, kiedy
szumy miały niski poziom.

Alternatywnie możesz wykorzystać nie modulacje AM sygnału DCF77, ale
modulację Pseudo Random PSK z tego nadajnika. Podobno da się tu osiągnąć
dokładności 1 us. Jakiś czas temu wykonałem próby odbioru tą metodą
(analiza danych radiowych prowadzona była jednak offline) i osiągnąłem
jittering rzędu kilkudziesięciu mikrosekund i zgodność z odbiornikiem
GPS lepszą niż 1 ms (po uwzględnieniu czasu dolotu fal radiowych do
miejsca odbioru). Rozbieżność z odbiornikiem GPS (sygnał DCF77 opóźniony
dodatkowo o ok 1 ms) bierze się z opóźnienia wprowadzanego przez obwód
rezonansowy anteny odbiorczej (wysoka dobroć) - tak przypuszczam, no
nawet prawie jestem tego pewien - z obliczeń wyszło mi mniej więcej
właśnie takie opóźnienie. Dlatego dokładność będzie też zależała od
części analogowej takiego odbiornika, trzeba by uwzględnić dryfty
temperaturowe... albo zastosować jakąś metodę kompensacji tego
opóźnienia. Cóż... korelacyjne odbiorniki DCF77 nie przypadkiem sporo
kosztują.

Dodatkowo może sprawić kłopoty różna propagacja fal radiowych - możemy
odbierać falę powierzchniową, albo odbitą od jonosfery (której wysokość
się zmienia) i to też może wprowadzać drobne zmiany opóźnień - choć w
Polsce może być to dopiero istotne, gdy zejdzie się z dokładnością do
kilkudziesięciu mikrosekund).

A ogólnie warto rozejrzeć się za alternatywą, tj. GPS (dokładność zwykle
lepsza niż 1 us), impulsy synchro nadajników TV...

pzdr
mk

Mon Dec 15, 2008 6:45 pm   

mk pisze:

Oczywiście czas opadania (Bild 4)

pzdr
mk

Tue Dec 16, 2008 7:29 am   

Bardzo dziękuję, to jest to o co mi chodziło. Jak mogłem nie znaleźć
wcześniej tego PDFa?
Zawsze najcenniejsze są jednak wnioski praktyczne.

Pozdrawiam
Robert

Tue Dec 16, 2008 7:53 am   

Możesz polecić jakiś konkretny niedrogi model GPS z wyjściem tych impulsów?
TV też byłoby dobre, tylko analogowe sygnały niedługo znikną z eteru.

Robert

Tue Dec 16, 2008 8:26 pm   

Rob pisze:

Bo po germańsku, więc ciężko wyszukać, a na stronie angielskiej PTB nie
ma odnośnika do tego pliku...


Najwięcej doświadczeń mam z popularnym na Allegro odbiornikiem GPS firmy
Novatel sprzedawanym przez allegrowicza "palmtopy" (cena z przesyłką <
50 zł).
Sprawdzałem z użyciem oscyloskopu różnice między impulsami z dwóch
odbiorników GPS pracujących nieopodal: zmierzone różnice są rzędu 200 ns.
Producent modułu deklaruje zgodność z sekundą systemu GPS (a w praktyce
UTC) lepszą niż 1 us.
Po impulsie na łączu szeregowym następuje transmisja w której
przekazywana jest informacja o pozycji geograficznej, godzinie i wiele
innych danych (w zależności od konfiguracji modułu). Jednak informacja o
godzinie jest spóźniona o 2 sekundy - taka dziwna cecha tego modułu, w
dodatku nieudokumentowana.

Jeśli moduł nie odbierze sygnału z co najmniej 3-ech satelitów, to nie
wytwarza impulsów. W oprogramowaniu odbiornika jest opcja określająca w
jakich warunkach impuls 1 pps ma być wytwarzany, ale odbiornik na zmiany
ustawień nie reaguje. Widać opcja tyczy innego firmware.

Nie zachwyca również wysoki pobór prądu tego odbiornika, ok. 150 mA.

Zgodność impulsów ww. odbiornika z sygnałem RWM (9996 kHz) i DCF77 AM
jest lepsza niż 1 ms (po uwzględnieniu czasu dotarcia sygnału), czyli
zgodność na poziomie błędu pomiarowego. Zgodność z DCF77 PSK lepiej niż
100 us, po uwzględnieniu czasu dotarcia i opóźnienia obwodu
rezonansowego anteny (oszacowane zgrubnie).
Zgodność z sygnałami czasu Polskiego Radia (225 kHz): od kilkudziesięciu
ms do kilkuset ms - sygnały czasu niestety nadawane są dość dowolnie,
mimo e-listownych interwencji do GUM.

Zerknij do archiwum naszej grupy - parę razy pojawiły się opisy tego
odbiornika.

Do kosztów należy doliczyć jeszcze antenę GPS (chociaż ww. dobrze działa
w otwartej przestrzeni z kawałkiem drutu w tej roli). Warto rozważyć
zakup modułu ze zintegrowaną anteną. Przed zakupem warto zapoznać się z
dokumentacją modułu. Nie każdy moduł ma wyprowadzony sygnał 1 pps,
chociaż po rozpruciu takiego i pomacaniu sondą oscyloskopową tu i tam,
zwykle taki się udaje znaleźć.

ps. Czy zdradzisz zastosowanie?

pzdr
mk

Wed Dec 17, 2008 12:20 pm   

tak, wysłałem na prv

Rob

Wed Dec 17, 2008 12:58 pm   

Wróciło. Podaj proszę swój adres.

R