Pontos idő és frekvencia-szinkronizálás GPS-ről

Minden GPS műhold cézium atomórákat hordoz, amelyek precízen szinkronizáltak az UTC (Universal Time Coordinated) idővel, és a műholdak a térbeli pozíciójukra vonatkozó jeleken túl pontos idő információt szinkronizáló frekvenciajelet is sugároznak.

GPS, Időkód műszerek, Microsemi

Nevével ellentétben a globális helymeghatározó rendszer (Global Positioning System - GPS) nem csak helymeghatározásra alkalmas, de ez a világszerte elérhető, 24 műholdból álló rendszer a pontos időre vonatkozó információt is közvetíti, továbbá igen pontos frekvenciaforrásként is szolgál.

Minden GPS műhold cézium atomórákat hordoz, amelyek precízen szinkronizáltak az amerikai USNO (U.S. Naval Observatory) által felügyelt UTC (Universal Time Coordinated) pontos idővel, és a műholdak a térbeli pozíciójukra vonatkozó jeleken túl pontos idő információt, ill. 1 PPS (Pulse Per Second) szinkronizáló frekvenciajelet is sugároznak.

Helymeghatározás helyett időmeghatározásra optimalizált GPS vevőkkel rendkívül pontos idő és frekvencia szinkronizáció valósítható meg a műholdak atomóráival. Minden GPS vevő antennát használ a jelek vételére, ám az idő és frekvencia GPS vevők antennái alapvetően különböznek a helymeghatározásra szolgáló vevők antennáitól.
Ezek a készülékek és antennáik telepítést követően általában egy helyben maradnak, míg a navigációra szolgáló vevőkészülékek alapvető tulajdonsága a hordozhatóság.

A GPS műholdak által sugárzott jelek az ún. L1 sávban (1575.42 MHz) érkeznek minimálisan -162.0 dBW jelszinten. E miatt az igen alacsony jelerősség miatt a GPS antennának tiszta rálátásra van szüksége az égre, a legtöbb esetben, lehetőség szerint, épületek tetejére szerelik fel, de léteznek ablak-antennák is. Ez utóbbiakat csak a kevésbé pontosságigényes alkalmazásokhoz használják. Ilyenek például az egyszerűbb számítógépes hálózati időszerverek (Network Time Servers), amelyek tipikusan mindössze microsecundum pontosságú UTC szinkronizációt biztosítanak, amihez elég egy időben egy műholdra való rálátás.
Az egy időben legalább 3 műholdat látó tetőantennát használó időszerverek akár nanosecundum pontosságú UTC szinkronizációt is lehetővé tesznek. A tetőantenna kisebb vizespohár méretű és alakú eszköz, amely tipikusan koaxiális kábelen keresztül, felerősítve továbbítja a GPS jelet a beltéri vevőhöz, ám a kábel csillapítása miatt hosszabb kábel alkalmazása esetén speciális jelkonverzióra is szükség lehet.

A Microsemi GPS vevőkön és hálózati időszervereken túl precíziós frekvenciaforrásokat, cézium, rubídium és quartz oszcillátorokat is gyárt amerikai és németországi gyáraiban.