Il sistema di posizionamento globale (GPS) è un sistema militare statunitense destinato principalmente alla navigazione globale. Il sistema fornisce informazioni di posizionamento estremamente accurate per la navigazione. Il sistema GPS è costituito da una costellazione di 24 satelliti in orbita. Ogni satellite ha un orologio atomico integrato, che è l';ideale per fornire un riferimento temporale molto preciso.
In questo articolo viene illustrato come utilizzare l';orologio GPS per fornire un riferimento temporale preciso per computer e reti di computer. Il sistema GPS viene spesso utilizzato per applicazioni di temporizzazione del computer, come server di tempo NTP e riferimenti precisi di temporizzazione.
GPS portatile per principianti
Tempo GPS
L';ora GPS viene trasmessa continuamente dal sistema GPS. Il tempo è riferito a UTC (Universal Coordinated Time), che è lo stesso in tutto il mondo e non varia con i fusi orari. Le informazioni sulla temporizzazione GPS possono essere ricevute con apparecchiature relativamente economiche, come un ricevitore GPS e un';antenna.
Il segnale GPS è un segnale radio a bassa potenza molto debole. Il segnale ha due frequenze designate, L1 e L2. La frequenza, L1, è la frequenza GPS civile trasmessa a 1575,42 MHz. Il segnale viaggia in linea retta e può attraversare nuvole, vetro e plastica ma è bloccato da oggetti come metallo e mattoni. La posizione ideale per un';antenna GPS è quindi sul tetto con una buona vista del cielo. Spesso, l';installazione dell';antenna sul lato di un edificio o in una finestra può fornire una buona visione del cielo per fornire risultati adeguati.
Orologio GPS
Il sistema GPS offre un servizio di sincronizzazione temporale gratuito; non ci sono costi di installazione o abbonamento in corso. Molti sistemi di computer utilizzano l';orologio GPS come riferimento temporale preciso. I sistemi server NTP ad alta precisione utilizzano l';orologio GPS come riferimento esterno per sincronizzare i server Network Time Protocol. In genere, un ricevitore GPS può fornire informazioni sulla temporizzazione entro pochi nanosecondi di UTC. La precisione ottenuta con un ricevitore GPS è generalmente più che richiesta per la maggior parte delle applicazioni di temporizzazione della rete di computer.
Uscita del ricevitore GPS
Il ricevitore GPS emette costantemente informazioni sulla posizione e sul tempo. Generalmente, le informazioni vengono trasmesse al e dal ricevitore tramite un';interfaccia seriale RS232. Esistono protocolli di interfaccia GPS standard, il più comune dei quali è NMEA. Il protocollo NMEA consiste in un numero di frasi, o stringhe di caratteri, trasmesse a 4800 bit al secondo. Contenuto all';interno di ogni stringa di caratteri è l';ora esatta e le informazioni sulla posizione. A causa delle latenze coinvolte nella comunicazione seriale, le frasi NMEA non sono generalmente sufficientemente accurate da fornire un riferimento temporale. Pertanto viene utilizzata un';uscita a impulsi al secondo (PPS). Un';uscita PPS è un';erogazione di impulsi accurata al secondo allineata all';inizio di ogni secondo. L';uscita PPS può essere inserita in una linea di controllo sull';interfaccia RS232 per fornire un input di interrupt hardware per una sincronizzazione accurata. Spesso la linea DCD RS232 viene utilizzata come ingresso PPS dal ricevitore GPS. L';uscita PPS combinata con le informazioni di tempistica e posizionamento NMEA fornisce un riferimento temporale molto preciso per i computer.
Antenne GPS
L';antenna GPS è un amplificatore di segnale che aumenta il segnale GPS per la trasmissione lungo un cavo, solitamente coassiale, al ricevitore. Le antenne GPS utilizzate per scopi di temporizzazione sono generalmente dispositivi di montaggio su palo a cupola per l';installazione permanente in un luogo statico. In genere, l';antenna GPS è di dimensioni piuttosto ridotte e misura meno di 900 mm di diametro
Cablaggio GPS
La distanza del cavo che può essere utilizzata da un';antenna e un ricevitore GPS dipende dall';amplificazione dell';antenna GPS e dalla qualità del cavo coassiale utilizzato nell';installazione. Una tipica antenna GPS può avere un guadagno di 35 db. Il cavo coassiale di bassa qualità come RG58 ha un';attenuazione di 0,64 db / m a 1575 MHz. Pertanto, è possibile ottenere una corsa del cavo di 55 m utilizzando il cavo RG58. È possibile ottenere un cavo coassiale di qualità superiore, come LMR400, con un cavo di 200 m. Tuttavia, un coassiale di altissima qualità può essere costoso. Un buon compromesso è il cavo LMR200, che può essere eseguito senza aiuto fino a 80m. Distanze più lunghe possono essere raggiunte con l';ausilio di amplificatori GPS, che amplificano ulteriormente il segnale GPS, per aumentare la distanza del cavo. Come utilizzare il GPS Sviluppato dall';esercito degli Stati Uniti, il GPS incorpora almeno 24 satelliti di comunicazione in orbita alta, tutti contenenti apparecchiature di temporizzazione precise per consentire al satellite di triangolare le posizioni con precisione.
Tuttavia, il riferimento di temporizzazione dell';orologio atomico altamente accurato di ciascun satellite può essere utilizzato anche dai server NTP (Network Time Protocol) per sincronizzare le reti di computer utilizzando il tempo GPS estremamente preciso come riferimento esterno.
Il GPS è una fonte ideale di tempo e frequenza perché può fornire tempi estremamente precisi in qualsiasi parte del mondo utilizzando componenti relativamente economici. Ogni satellite GPS trasmette in due frequenze L2 per uso militare e L1 per uso da civili trasmesse a 1575 MHz, le antenne e i ricevitori GPS a basso costo sono ora ampiamente disponibili.
Il segnale radio trasmesso dal satellite può passare attraverso le finestre ma può essere bloccato dagli edifici, quindi la posizione ideale per un';antenna GPS è su un tetto con una buona visuale del cielo. Più satelliti possono ricevere dal migliore segnale. Tuttavia, le antenne montate sul tetto possono essere soggette a lampi di luce o ad altri picchi di tensione, pertanto si consiglia vivamente di installare un soppressore in linea sul cavo GPS.
Anche il cavo tra l';antenna GPS e il ricevitore è fondamentale. La massima distanza percorribile da un cavo è normalmente solo di 20-30 metri, ma un cavo coassiale di alta qualità combinato con un amplificatore GPS posizionato in linea per aumentare il guadagno dell';antenna può consentire di superare i 100 metri di cavi.
Un ricevitore GPS decodifica quindi il segnale GPS inviato dall';antenna a un protocollo leggibile dal computer che può essere utilizzato dalla maggior parte dei server di tempo e sistemi operativi, inclusi Windows, LINUX e UNIX.
Il ricevitore GPS emette anche un impulso preciso ogni secondo che i server GPS Network Time Protocol (NTP) e i server di tempo del computer possono utilizzare per fornire un timing ultra preciso. La temporizzazione dell';impulso al secondo sulla maggior parte dei ricevitori è precisa entro 0,001 di un secondo di UTC (Coordinated Universal Time o Temps Universel Coordonné)
Il GPS è l';ideale per fornire server di tempo NTP o computer stand-alone con un riferimento esterno estremamente accurato per la sincronizzazione. Anche con attrezzature a costo relativamente basso, la precisione di centinaia di nanosecondi (un nanosecondo = un miliardesimo di secondo) può essere ragionevolmente ottenuta utilizzando il GPS come riferimento esterno.
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