Unglaubliches Timing!
Posted: 9th January 2023
Viele Technologien werden immer komplizierter und erschweren es einzelnen Personen oder Unternehmen, das Design und die Entwicklung eines neuen Produkts alleine zu stemmen. Um ein neues Produkt erfolgreich zu entwickeln, wenden sich Ingenieure deshalb gerne an andere Designer und Ingenieure, um gemeinsam Lösungen zu erarbeiten.
Der folgende Artikel beschreibt einen dieser Fälle, bei denen IQD Frequency Products durch ihren Kunden GMV eng in die Entwicklung und Lösung eines akuten Problems mit eingebunden wurde und so beide Parteien davon profitieren konnten.
GMV ist ein multinationales Unternehmen, das die Raumfahrtindustrie mit Systemen und Anwendungen wie Simulatoren, Navigations- und Kontrollsystemen oder On-Board-Software versorgt. Zu den Anwendungen gehören unter anderem Beiträge zum Galileo-System und anderen Missionen der European Space Agency (ESA).
Herausforderungen bei der Produkt-Firmware zur Unterstützung hervorragender Ergebnisse
Im vergangenen Jahr begab sich GMV auf die Suche nach einem Disciplined OCXO für ihr neuestes Produkt. Aufgrund der hohen Holdover-Stabilität, der guten Rauschunterdrückung und der wettbewerbsfähigen Preise wendete sich GMV an IQD. GMV entschied sich für den IQCM-200 zusammen mit dem IQCM-Evaluierungsboard.
Nach einem mehrtägigen Test stellte GMV fest, dass die Produktfirmware nicht den Anforderungen für spezielle Anwendung bei geostationären Satelliten entsprach: Ihr System erfordert eine äußerst präzise und genaue Zeitbasis, um den Synchronisationsfehler zwischen den Bodenstationen zu verringern. Eine Verwendung der original mitgelieferten Firmware hätte Auswirkungen auf die Berechnung der Positionierung dieser geostationären Satelliten nach sich gezogen. Wichtig dabei: Der IQCM-200 ist dafür ausgelegt, sowohl 1 PPS (Puls pro Sekunde) als auch 10 MHz Ausgangssignale mit einer Holdover-Stabilität von ±1,5 μs über einen Zeitraum von 24 Stunden zu liefern. Damit ist das IQCM-200 Modul in der Lage, die Anforderungen von Telekommunikationsstandards für Anwendungen wie beispielsweise LTE-TDD zu erfüllen. GMV erhoffte sich allerdings, den IQCM-200 als eine Art Filter zu verwenden, um die vom GPS-Empfänger erzeugten Störungen im 1-PPS-Signal zu entfernen. Um diese abweichende Verwendung unterstützen zu können, mussten IQD und GMV eng zusammenarbeiten und Lösungsansätze prüfen.
Wie weit kann man für eine optimale Synchronisierung gehen?
Nach sorgfältigen Untersuchungen im IQD-Labor zeigte das 1-PPS-Signal des IQCM-200 während es sich im Lock-Status befand und über einen kurzen Zeitraum von einigen Minuten weniger elektronisches Rauschen als der GPS-Empfänger selbst. Im Lock-Status bedeutet, dass das 1-PPS-Signal der Synchronisationsquelle – in diesem Fall der GPS-Empfänger – weiterhin vorhanden ist und sich somit das 1 PPS Ausgangssignal des IQCM-200 ständig damit synchronisiert. Bei Betrachtung über einen längeren Zeitraum von Stunden zeigten sich jedoch starke Schwankungen im 1 PPS Ausgangssignal des IQCM-200. Da die Hauptfunktion des IQCM-200 allerdings die Leistung während des Holdovers ist, stand die Optimierung der Leistung im Lock-Status in der Vergangenheit nie im Mittelpunkt.
Nach einigen Monaten des Entwickelns und Testens fand IQD schließlich eine Lösung für GMV. Die Firmware wurde angepasst, indem die Frequenz und die Phase-Lock-Zeit in der Firmware geändert wurden, um die Leistung mit Rauschunterdrückung zu optimieren. Durch die Rauschunterdrückung erhält GMV ein wesentlich besseres, präziseres Signal für seine Anwendung.
Abbildung 1 zeigt die von IQD aufgenommenen Phasendaten des GPS-Empfängers (blaue Linie) und die Phasendaten des IQCM-200, wenn er mit diesem GPS-Empfänger verbunden ist (Lock-Status). Die Messung zeigt, dass die alte IQCM-200-Firmware (gelbe Linie) eine Reihe erheblicher Sprünge in der Phasenabweichung aufweist. Die neue Firmware des IQCM-200 (rote Linie) hingegen erweist sich sowohl im Vergleich zum GPS-Empfänger als auch zur ursprünglichen IQCM-200 Firmware als wesentlich stabiler, und das über die gesamte Dauer der Messung. Das IQCM-200 wirkt deshalb jetzt als eine Art Rauschfilter für das Eingangssignal.
Abbildung 1: Die 1-PPS-Ausgangssignale des IQCM-200 mit der neuen Firmware im Vergleich zur Original-Firmware und IQD‘s GPS-Empfänger über einen Zeitraum von mehr als zehn Stunden
Erfolg!
Die Anpassung der Firmware von IQCM-200 hat es GMV ermöglicht, die Zeitangaben an den Bodenstationen genau zu erfassen. Darüber hinaus ist das Datenprotokoll nun beständig, was eine genaue Synchronisierung zwischen den Bodenstationen ermöglicht und die Position der geostationären Satelliten sicherstellt.
Raúl Nieto Freire, Mitglied des GMV-Produktionsteams, sagt dazu: „Der letzte Anwendungsfall für unseren Timing-Empfänger, den WANtime Rx, ist die Integration in eine passive Entfernungsmessungsarchitektur für geostationäre Satelliten, bei der die Genauigkeitsgrenzen für die Orbitbestimmung bewertet werden müssen. In diesem System fungiert unser Zeitempfänger als Zeitbasis zwischen zwei nachführenden Bodenstationen. Hier ist die Genauigkeit und Präzision der Zeitstempelquelle entscheidend für die Kreuzkorrelation der an den beiden Stationen empfangenen Daten.
Das unbearbeitete 1-PPS-Signal des GNSS-Empfängers von GMV wies aufgrund der begrenzten Geschwindigkeit seines internen Oszillators einen digitalen Jitter von +/- 4 ns auf. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem Synchronisationsfehler von 8 ns zwischen zwei Ortungsstationen führen. Durch den Einsatz des IQCM-200 wird dieser digitale Jitter herausgefiltert, was zu einer besseren Synchronisation zwischen den Stationen führt.“
Es war eine große Freude für IQD, mit GMV zusammenzuarbeiten. Dieses Projekt hat IQD die Möglichkeit gegeben, seine Produkte zu verbessern und dabei geholfen, eine neue Anwendung für den disziplinierten OCXO IQCM-200 zu definieren.
Für weitere Informationen darüber, wie unser Anwendungsteam bei Ihrem Projekt helfen kann, zögern Sie nicht, Contact: info@IQDFrequencyProducts.com or +44 (0) 1460 270200