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GPS時間系統Z計數器--GPS周反轉

說到GPS大家首先想到的肯定是定位,但其實除了定位之外它還有一個非常重要的功能是授時,時間對GPS系統來說非常重要。

GPS時間系統Z計數器--GPS周反轉

GPS導航電文内播發的時間并不是我們常用的日月年格式,GPS時間系統采用了特殊的Z計數器(Z count )計時方式,具體實作是使用P(Y)碼發生器産生的X1作為輸入信号 ,X1的序列周期為1.5s . 在GPS導航電文的交接字(HOW)内,二進制的Z計數采用 了長度為29bit,高10位表示星期數(WN 周數),低19位表示本星期内的周内秒(TOW 1.5s).

GPS時間系統Z計數器--GPS周反轉

GPS采用周計數WN (Week Number) ,由于WN使用10個bit來表示最大周為1023,當計滿一個周期便會清零,重新從零開始計數,周期約為20年就會有個GPS WN Rollover。從GPS系統時的起始時刻算起:

第一次GPS周數翻轉是1999年8月21日,

GPS時間系統Z計數器--GPS周反轉

第二次GPS周數翻轉是2019年4月6日,

GPS時間系統Z計數器--GPS周反轉

第三次GPS周數翻轉将會在2038年11月20日

GPS時間系統Z計數器--GPS周反轉

測試周翻轉的方法如上圖,場景開始時間Start time設定為2038年11月20日23:30:00,場景持續1小時,11月21日00:30:00結束。 在21日零時會出現第三次GPS周翻轉WN rollover=3 用以測試接收機能否正确識别模拟器設定時間。

我國北鬥導航系統也有類似周計時翻轉問題,但設計之初吸取了GPS周翻轉周期短問題,使用13bit作為周計數使用,翻轉周期為8192周約為160年,考慮GNSS接收機使用壽命等因數,提供足夠多的時間讓以後GNSS接收機設計者設計合理軟體而有效規避該問題。

周内秒計數采用了19bit二進制數表示最大可達524 287,但是一周7天的秒數共計604 800s 還不太夠。是以采用序列X1的1.5s周期計數時,隻需要403200個1.5s周期就夠了。是以看到設定界面有 Z count 的周内秒TOW機關為1.5s和1s之分。周内秒計數在下一個周六午夜及星期日零時等于零,然後進入下一個周内秒計數周期,如此循環往複。

Z count内的資料不用設定,PosApp軟體會自動安裝設定的場景起始時間自動轉換。