GPS 卫星
GPS卫星 使用原子钟（铷原子钟，是一种计时装置，精度可以达到每2000万年才误差1秒，由接收板、铷振荡器、锁相电路、分频电路等部分组成。）
GPS 接收机
GPS接收机的时钟模块上的GPS接收机负责接收GPS天线传输的射频信号，然后进行变频解调等信号处理，向基站提供1pps信号，进行同步。
输出：
- 频率信号,1PPS 信号以及时间码信息。
- 外部频率输入和外部秒信号输入。
授时仪 与 同步时钟
GPS时钟主要分为两类，
- 一类是GPS授时仪，主要输出时标信息，包括1PPS及TOD信息；
- 一类是GPS同步时钟，后者输出利用卫星信号驯服OCXO或者铷钟得到的高稳定频率信息，以及本地恢复的更平稳的时标信号。
GPS PPS信号（pps ：pulse per second）
ns级别
模块输出的高精度1PPS信号，精度优于50ns，占空比为50％，1PPS信号 上升沿为时间同步点，上升沿时间小于5ns。第一帧串口报文信息与1PPS信号同步精度约为36ms。如图所示：
1PPS信号提供精确的时钟同步信号，脉冲宽度为200-300ms，采用上升沿为准时点，上升时间△T不超过10ns。
NMEA时间数据信息包含了当前1PPS上升沿所 对应的时刻信息，在1PPS上升沿之后1ms开始传送，并在500ms内传完。
对于Ublox F9P模块，UART 输出 NEMA 数据，另外一个GPIO输出 1PPS 脉冲，有如下时序图：
NMEA信息
- NEMA中包含有时间信息，一般是秒级别，也有部分带有毫秒
- 1PPS即每秒输出一个脉冲，图中以高电平触发为例（没画下降沿），接收及处理1PPS脉冲的时间也在ns级别
- 因为NEMA是通过串口发送和接收，而且一次NEMA数据量也有KB级别大小，处理时间远比1PPS时间长
- 通过NEMA中的秒级时间和1PPS脉冲相配合，即可实现高精度时间同步（ns级：依据1PPS的响应时间）
1、 协议格式
NMEA-0183协议采用ASCII码来传递信息，我们称之为帧。
帧格式如下：$aaccc,ddd,ddd,…,ddd * hh
\x0d\x0a
Ø “$”——帧命令起始位
Ø aa（识别符号）ccc（语句名）——地址域
Ø ddd…ddd——数据
Ø “*”——校验和前缀
Ø hh——校验和（check sum），$与*之间所有字符ASCII码的校验和
（各字节做异或运算，得到校验和后，再转换16进制格式的ASCII字符。）
Ø CR LF 回车和换行
通用TOD报文一般支持： g p r m c 、 gprmc、 gprmc、gpzda的输入输出，格式如下：
3.1$GPRMC语句
3.1.1帧格式
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*<13>
UTC（Coordinated Universal Time）时间，hhmmss.ms（时分秒.毫秒）格式
定位状态，A=有效定位，V=无效定位
保留
保留
保留
保留
保留
保留
保留
UTC日期，ddmmyy（日月年）格式
保留
保留
校验和
3.1.2示例
报文：$GPRMC,083550.00,A, 200919,A*57
1） 083550.00 含义：当前UTC时间为8:35:50.00
2） A 含义：当前状态有效
10）200919 含义：20日9月19年
3.2$GPZDA语句
3.2.1帧格式
$GPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>*<7>
UTC（Coordinated Universal Time）时间，hhmmss.ms（时分秒.毫秒）格式
UTC日期，dd （日）
UTC日期，mm（月）
UTC日期，yy （年）
保留
保留
校验和
3.2.2示例
报文：$GPZDA,083550.00,20,09,19,00,00*57
1） 083550.00 含义：当前UTC时间为8:35:50.00
2） 20 含义：当前UTC日期为20日
3） 09 含义：当前UTC日期为9月
4） 19 含义：当前UTC日期为19年
然而在实际的应用中由于TOD信息结束滞后于PPS的上升沿，因此应该注意秒脉冲和时间信息的对应关系。
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