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ルビジウムオシレーターの値段が高くなっていた

 このところ飛行機のADS-Bの受信をあれこれやっていました。電波を受信するだけで飛行機の位置が判るのは楽しいですが、私の家のロケーションはあまり良くないので、遠くの飛行機の信号の受信は難しいです。

 そうこうで色々と調べていると、受信側でGPSの時刻信号を使うことで三角測量の要領で飛行機の位置を決定する方法があるようで、これはMLATと呼ばれています。この技術に興味があったので、最近のGPSレシーバーはどんな物が売られているんだろう、と思って調べてみました。すると、現時点ではU-blox NEO-6Mというのが良さそうです。これAmazonにもありますが、Aitendoでも売られていました。

▼AitendoのU-blox NEO-6M
U-blox NEO-6M
 u-blox GPSモジュール [NEO6M-ANT-4P]
 安くてなかなか良さそうです。(現時点の価格は1980円税別)

 実は、以前タクシー用のGPSモジュールを使ってルビジウムオシレーターの校正をやったのですが、1PPS信号のジッタが大きくて周波数合わせに数日間を要しました。もしこのNEO-6Mがジッターの少ない1PPS信号を出すのなら買ってもいいかな、と思ってデーターシート読んでみました。

 すると、NEO-6Tだったら1PPSの精度は30nsくらい保障されるようですが、残念ながらこのNEO-6Mではそういうことは出来ないようです。ちなみにNEO-6Tはちょっと探した限りでは発見できません、つまり手に入らないようです。

 そういえば、うちのルビジウムオシレーターのFE-5680Aを買ったのは3年くらい前で、送料込みで$70くらいだったと思います。今ならもっと安くなってるんだろうな、と思ってヤフオクを調べると、やけに高くて3万円くらいします。ebayを調べても同じような値段です。

▼ebayでFE-5680Aを検索した結果、値段が安い順に表示
FE-5680Aの検索結果

 FE-5680Aは以前に中国の携帯基地局の更新に伴って大量に放出されたらしいのですが、どうも私が買った頃が底値だったようです。そうなってたとは全く知りませんでした。

 ということで話がどんどん長くなってすみません。久しぶりにFE-5680Aに電源入れてみました。

▼ルビジウムオシレーターの出力を周波数カウンタで測定
ルビジウムオシレーターで周波数カウンターの誤差を確認
 上の箱の中にルビジウムオシレーターのFE-5680Aが入っています。ルビジウムからは正確な10MHzが出るので、周波数カウンタの基準クロックが4Hzずれていることになります。まあ、TCXOを使っているような高級機では無いので仕方ないです。

 久しぶりにご神体を見てみました。

▼内部
ルビジウムオシレーターの内部
 ルビジウムモジュールの内部が見えるほど分解するわけにはいかないので、ケースのカバーを開けただけです。

 私が作る物はいいかげんな箱に入っていることが多いのですが、これはきっちりと仕上げたので盗掘の被害にも遭わず今でも健全です。笑;

 なお、FE-5680Aにもいろんなバージョンがあり、見分け方の一つの方法はラベルです。私のFE-5680Aは白いラベルが二つ貼られているタイプでした。

 ということで、何を言いたかったのか判らない、だらだらした文章になってしまいました。すみません。m(__)m

GPSでルビジウムオシレーターの周波数を確認

 久しぶりにルビジウムオシレーターの発振周波数を測定してみました。前にやったのは2012年の6月なので約2年ぶりの測定になります。

 使った機器や測定原理は以前のままなので詳細は以前の記事をご覧下さい。 

▼測定の様子
ルビジウムオシレーターとユニバーサルカウンタ
 上がルビジウムオシレーター、下は位相差測定用のユニバーサルカウンタ。双方の位相差は262.62938msです。

▼GPSモジュール
GPS
 これも以前の記事の時に使ったものと同じです。

 カウンタの値をパソコンに読み取れれば簡単ですが、そういうインターフェイスが無いので手書きのメモを取ることで位相の変化を記録します。

 データーをグラフ化すると、

▼生データー
GPS vs Rubidium
 上位の数字は262msで変わらないので省略し、縦軸はμs単位でプロットしています。

 明らかな外れ値が四つあるのでこれを除外すると次のグラフになります。外れ値はGPSの測地がうまくいかなかった結果発生していると推定しています。

▼異常値を除いたデータ
GPS vs Rubidium 異常値除く
 測定のばらつきが大きい(たぶんGPSの1PPS信号のジッタ)ので5日分ものデーターが必要になりましたが、明らかに右下がりのグラフとなっています。グラフの縦軸はGPSを基準にしたルビジウムの位相で、時間の経過と共に位相ズレ量が減少しています。これはルビジウムの周波数がGPSより高いということになります。

 どれくらい周波数が高いかは近似直線の傾きから計算できます。近似直線の傾きは -1.2121μs/Dayなので誤差は、1.2121e-6 / (24*3600) = 1.4e-11 となり、10MHzに対する誤差は0.14mHz。つまりルビジウムオシレーターの10MHz出力の周波数は正確な10MHzから0.14mHzだけ高かったことになります。

 実は1mHz以上ずれていたらコマンドを送って補正しようと思っていました。でも、これくらいのズレなら補正するまでも無いのでこのまま放置しておくことにしました。

 約2年前にぴったり合せた(つもり)なので、エージングレートは0.07mHz/年ということになります。まあ測定時の温度などの影響は無視しているのでずいぶん乱暴な話ですが、ルビジウムオシレーターの安定度は凄いということを再認識しました。

 ところで、こういう原始的な方法でデーターを取るのでは無く、マイコンを使って自動的にデータを大量記録したいのですが、Arduino単独ではうまくいきそうもありません。PSoCを併用するか、GP-IB付きのユニバーサルカウンタを買うか。どちらにしてもやっかいですが、なんとかしたいところではあります。

1PPS信号が出るGPSモジュール

 ルビジウムオシレーターの校正にGPSの1PPSパルスを使いましたが、このGPSモジュールを探すのに苦労したので、経緯をまとめておきます。

 1年前は1PPS信号が出るGPSモジュールは結構普通に出回っていたと思うのですが、最近手に入るモジュールでは1PPS信号が省略されている物がほとんどです。トラ技の6月号で、mbedを使ったGPSロガーの製作記事があり、そこにマルツで扱っているMARTY-GBが使われていて、これは1PPSが出るらしいですが、このことを知ったのは最近になってから。あと、MARTY-GBは4980円なので、ちと高い。

 国内で見当たらないなら、e-bayで探して、まず買ったのがこれ。

▼Sirf II
SiRf II GPSモジュール
 右側が本体で、左側の回路はシリアルの簡易インターフェイス

▼Sirf II のアンテナ面
SiRf II GPSモジュール アンテナ面

 価格は送料含んで20ドル以下、商品説明に"Support 1PPS"と書いてあったので買ってみたのですが、これ、GPSとしては動くのですがどうやっても1PPS信号が出てきません。Sirf DEMOという制御ソフトをインストールしてあれこれコマンドをいじってもだめ。

 もしかしたら特殊なコマンドを送れば1PPSが出るかもしれませんが、私には無理っぽいので断念。

 ということ他を探して、ヤフオクで見つけたのが、

▼GSU-36
GPSモジュール GSU-36
 タクシーの配車管理に使うAVM用のGPSモジュールで、1200円(送料別)

▼GSU-36のアンテナコネクタ
GSU-36のアンテナコネクタ(角型灰色)
 灰色の角型コネクタです。
 このコネクタには業界標準みたいなのがあるようで、形と色が合っていれば互換性があるようです。これ以外には、角型-緑とか、丸型-灰色とかあるようです。

▼カーナビ用アクティブアンテナ
カーナビ用アクティブアンテナ
 メーカーのロゴ無し品で、500円でした。Panasonicとかのロゴ入りだと700円くらいから売られています。
 アルミ板は感度を上げるためにくっつけたものです。

 この組み合わせでめでたく1PPSパルスを得ることが出来て、ルビジウムの校正を行うことができました。 AVMでは正確な時刻管理を行うために1PPSを使っているような気がします。また、1PPSに同期した10kHzも出ているのでこれも何か使い道がありそうです。ちなみに、電源を接続するだけで動作し、ソフトの設定などは不要でした。

 以上、安く1PPSパルスを手に入れる方法の紹介でした。

 ところで、ヤフオクを見ていて気付いたのですが、1年前はアナログオシロのいい物が結構出品されていたのですが、これがほとんど無くなってます。中古のオシロをメンテしていろいろ出品されていた方がいたのですが、もうやめちゃったのでしょうか。テクトロの400MHz 4chのアナログオシロ、2465Bあたりが欲しかったのですが、もう手に入らないのかな。

テーマ : ハードウェア
ジャンル : コンピュータ

tag : GPS AVM 1PPS 正確な周波数 ルビジウム

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