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Hello,1PPS!从陌生到了解

作者:技术支持&企划  发布时间:2019/11/8 14:35:36

与思拓力以往的RTK产品不同,S6II卓越型RTK为用户提供了一个特别的接口:1PPS,被称为是“高精度时间标尺”,可应用于需要精确时间同步,以保证所有设施协同作业;或是基于精确时间,使用统一参数进行系统集成的场景。

 

 

 

1PPS的概念是什么?

 

1PPS的英文全称是1 Pulse Per Second,即每整秒发出一个脉冲,是一种典型的时间基准信号。1PPS秒脉冲只是定义了脉冲的周期是一秒一次,并没有规定脉冲有效值是高电平还是低电平、以及脉冲的宽度,所以任意小于1秒宽度的脉冲都可以,包括毫秒级甚至纳秒级。

 

 

除了经度、纬度和高程外,包括北斗、GPS在内的全球导航卫星系统(GNSS)还能提供第四个重要的维度信息——时间。因为每颗导航卫星均配备有不同类型的原子钟,可以使导航卫星发送的信号包含有精确的时间数据,再通过GNSS接收机对这些信号解码,就能将任何有需要的设备与原子钟进行同步,把时间计量精度提高到100ns以内(1s=1,000,000,000ns)。

 

 

这与1PPS有什么关系?稍安勿躁,请接着看。

 

不同的全球导航卫星系统,它们的授时原理都相同:在任意时刻能同时接收其视野范围内4-8颗卫星的信号,通过对这些信号进行解码和处理,可以从中提取并输出两种时间信号。一种就是间隔为1秒的同步脉冲信号1PPS,其上升沿与UTC的同步误差不超过1μs;另一种则是包括在串口输出信息中的UTC绝对时间,它与1PPS相对应。

 

 

1PPS对于需要高精度时间同步的精密授时服务至关重要,它会用在哪些领域呢?

 

高精度地图数据
 
发展智能汽车离不开高精度地图的支持,而高精度地图的数据来源则依赖于一辆辆高度系统集成的采集车。
 

对于一辆采集车而言,GNSS接收机提供原始数据,再结合GNSS接收机输出的1PPS数据,将采集车上的相机、IMU、激光扫描设备进行时间同步,确保每一个设备数据采集触发的时间统一。

 

 

时间统一后,这些原始数据会被上传到地图处理服务器,再结合GNSS基准站数据进行高精度POS数据处理,保证相机、IMU、激光点云都有高精度的时间信息,最后通过专业软件进行处理,得到高精度地图。

 

 

自动驾驶

 

高精度地图是汽车自动驾驶的“基础设施”,其中每一个地物都需要基于精确的数据基准。这个数据基准就是通过GNSS接收机获得的。

 

 

GNSS接收机对于自动驾驶有两大作用:提供自动驾驶的实时高精度位置信息;确保各个设备的时间精确、同步,发挥纽带作用让时间统一的就是1PPS。

 

 

 

海底地形测绘

 

多波束测深系统融合了计算机、数字化传感器、水声及导航定位技术,可以对海洋深度、海底地形地貌进行测量。

通常,多波束测深系统利用声波发射与接收,换能器阵再进行声波广角度的定向发射与接收,通过不同传感器对每个波束测点的空间位置进行归算,进而得到与航向相垂直的条带式高密度的水深数据。

 

 

如果将1PPS与多波束测深系统进行结合,那么,船载GNSS接收机可以提供高精度位置数据和时间数据,然后再由多波束数据采集软件进行处理。由于影响多波束数据质量的因素主要有:船载GNSS接收机的定位精度,不同水域声速对多波束测量的影响,潮位的变化对水深的影响,船舶姿态数据对定位和水深数据的影响,换能器阵的相对位置等等。所以,多波束数据融合处理时需要联合1PPS秒脉冲将这些采集数据的设备进行时间同步,保证每一个数据采集时大家的时间统一,不至于因时间错位或是时间差异产生测量误差。

 

 

此外,船载GNSS接收机还能提供侧扫声纳需要的位置信息和时间信息,以便输出高精度的海底障碍物信息。

 

 

由上述三个应用场景可以看到,涉及到多设备数据采集融合处理的,势必需要考虑如何保证各设备时间精确统一的问题,而能够简单方便地将各设备联系起来的纽带就是1PPS。作为时间的裁判,1PPS能确保各设备事件的发生是在同一刻进行。

因此,对于拥有1PPS接口的S6II卓越型RTK而言,它将会有更为广阔的应用天地。这不,前两周,我们技术支持部的同事就带着S6II奔赴一线开展实际应用了。

 

 

海底输电线路勘测项目

 

时间:2019年10月18日

 

目的:某海域进行海底电力线铺设,前期需要获得电力线路水深及海底地形情况,以及探测海底障碍物。

 

海测队原有做法:船载定位终端是一台无1PPS功能的普通RTK,需要为多波束测深系统提供一套单频分体机。

 

 

但是,这会存在以下问题:


1、设备数量和种类较多;


2、需要两套GNSS接收装备:一套普通RTK,一套提供1PPS的分体机;


3、精度低:分体机提供给多波束和侧扫声纳的位置信息误差较大;


4、架设麻烦:分体机进入正常作业需要的时间长,电缆线接口较多;


5、两套GNSS接收装备的成本较高。

 

 

解决方案

 

使用设备:卓越型RTK,它具备1PPS接口。

 

早上赶着风平浪静,带着S6II向测量船出发

 

使用过程在作业船只上架设好S6II,将 1PPS输出线两端分别连接S6II和多波束测深系统,接好定位数据输出线,将数据传输到多波束和侧扫声纳。

 

整个数据跑通后,定位数据和时间数据能直接给侧扫声纳使用,1PPS也能够直接给多波束使用。

 

 

方案成果:S6Ⅱ与普通RTK相比,大大降低了测量成本,更高效、便捷,数据更准确。

 

此外,还针对客户需求,解决客户离岸30KM,RTK电台差分信号传输问题。
 

 

 

此次S6Ⅱ卓越型RTK实现超长距离海测,1PPS输出,能提供多波束、侧扫多设备需求的数据产品解决方案,获得客户好评。

 

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