Bachelor's Thesis

Precision time source using GNSS

Final Thesis 6.73 MB Appendix 9.99 MB

Author of thesis: Tomáš Nouza

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Martin Čala, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on measuring the period stability of the output PPS timing signal in GNSS receivers designed for precise timing. The theoretical part includes a market survey of available devices and a detailed analysis of errors and uncertainties associated with their operation. In the practical part, an experimental measurement of PPS signal period lengths is designed and implemented, complemented by the collection of internal diagnostic data from the receivers. The result of the thesis is an analysis of the acquired data, which evaluates the quality of the tested receivers and determines the instability indicators of their timing output.

Keywords:

PPS stability, 1PPS stability, GNSS timing, precise time, time synchronization.

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy odpověděl na dotazy: Oponenta: - Nastiňte, na jaké aspekty kromě Allanovy odchylky by se měly zaměřit budoucí experimenty. - Popište podrobněji problém se synchronizací v architektuře producent-konzument. Doplňte, proč Vámi zvolené řešení synchronizuje spolehlivě. Komise: - Kde přesně vzniká kvantizační chyba? - Jakou anténu jste používal pro testovaný uBlox modul? - Testoval jste oba dostupné režimy uBlox modulu? - Uvažoval jste zpřesnění synchronizačního pulzu použitím fázového závěsu?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Štohl, Ph.D. (člen)
Ing. Soběslav Valach (člen)
Ing. et Ing. Lukáš Zezula, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D.

Cílem bakalářské práce bylo analyzovat možnosti využití přijímačů GNSS jako zdroje přesného času, zpracovat přehled dostupných časovacích modulů, rozebrat zdroje chyb a nejistot při časování s využitím GNSS a prakticky ověřit stabilitu výstupního PPS signálu vybraných přijímačů. Student se v rámci práce seznámil s problematikou přesného časování pomocí GNSS, s parametry dostupných přijímacích modulů a s vlivy prostředí, antény, přijímače i způsobu zpracování signálu na dosažitelnou přesnost časové synchronizace. V práci provedl přehled a základní porovnání vybraných časovacích přijímačů GNSS a následně navrhl a realizoval experimentální měření stability period PPS signálu přijímačů u-blox F9T a Septentrio mosaic-T při různých konfiguracích. Naměřená data zpracoval, doplnil je o diagnostické informace z přijímačů a výsledky porovnal s katalogovými údaji výrobců.
Za podstatný výsledek práce považuji zejména praktické ověření významu časového, resp. fixního režimu přijímače, kompenzace kvantizační chyby pomocí diagnostických dat a posouzení využitelnosti vybraných interních diagnostických ukazatelů pro hodnocení stability PPS signálu. Původně plánované dlouhodobější měření s optimálním umístěním GNSS antény na střeše budovy fakulty se nepodařilo uskutečnit z důvodu zpoždění při přípravě experimentu na straně vedoucího práce. Student však dokázal tento experiment vhodně nahradit alternativním měřením, které bylo pro splnění cílů práce dostatečně reprezentativní.
Mohu konstatovat, že všechny vytyčené cíle bakalářské práce byly splněny. Práce má odpovídající rozsah, přehlednou strukturu a dobrou formální i jazykovou úroveň. Student pracoval s odbornou literaturou, katalogovými listy výrobců i dalšími relevantními zdroji a získané poznatky dokázal využít při návrhu a vyhodnocení experimentů. Dle dostupných informací práce nevykazuje známky plagiátu.
Student se řešení práce věnoval průběžně, na konzultace docházel pravidelně a byl na ně vždy připraven. Konzultoval postup prací, dosažené výsledky i další kroky řešení a bylo zřejmé, že řešené problematice rozumí. Kladně hodnotím jeho samostatný a aktivní přístup, schopnost realizovat měřicí experiment s reálnými GNSS přijímači a prakticky interpretovat naměřená data. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení předložené práce stupněm výborně A/94. Points proposed by supervisor: 94

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Čala, Ph.D.

Práce pana Nouzy s názvem „Zdroj přesného času s využitím GNSS“ obsahuje věcně správně zpracovaný, i když spíše stručnější průzkum trhu GNSS modulů, který odpovídá zadání a poskytuje relevantní přehled parametrů. Na něj vhodně navazuje podrobný a srozumitelný rozbor zdrojů chyb, opřený zejména o zdroj [13] s doplněním o další vhodné zdroje. Pozitivně lze hodnotit také formální správnost výpočtu nejistoty použitého čítače. Pro experimentální část autor volí dva moduly (u-blox a Septentrio), nicméně značení není v celé práci jednotné, což místy zhoršuje přehlednost.

Hlavní část práce spočívá v návrhu a realizaci experimentu, při kterém je 1 PPS signál měřen čítačem a současně jsou logována diagnostická data ze sériové linky. Metodika je v zásadě vhodně zvolená, nicméně by bylo přínosné podrobněji popsat strukturu ukládaných dat. Autor zmiňuje problémy se synchronizací datových toků a jejich řešení pomocí notifikátoru, avšak konkrétní projevy tohoto problému nejsou dostatečně vysvětleny. Následná analýza časových průběhů 1 PPS signálu je provedena správně, nicméně bych ocenil statistické vyhodnocení z většího počtu průběhů.

Klíčovým přínosem práce je kapitola s vyhodnocením výsledků, kde jsou naměřené hodnoty zasazeny do kontextu teorie a interpretovány. Výsledky odpovídají očekávanému chování systémů a autor správně popisuje vliv jednotlivých parametrů na stabilitu 1 PPS signálu. Na druhou stranu je prezentace místy nepřehledná; vhodné by bylo souhrnné grafické porovnání a například využití histogramů pro znázornění rozdělení odchylek (obr. 7.2), případně volba jiných barev, protože modrá a zelená splývají (obr. 7.3). Použitá literatura je převážně relevantní, i když se v citacích objevují drobné formální nedostatky (chybí název konference v [17], duplicita v [23]), které však nesnižují dohledatelnost zdrojů.

Práce jednoznačně prokazuje schopnost autora samostatně zpracovat odborné téma, navrhnout a realizovat experiment a vyvodit z něj relevantní závěry. Přestože by bylo možné některé části dále rozpracovat a rozšířit, tak s ohledem na velkou časovou náročnost současný stav chápu. Dosažené výsledky splňují zadání a mají dobrou vypovídací hodnotu. Navrhuji hodnocení B/89 bodů. Topics for thesis defence:
  1. 1. Nastiňte, na jaké aspekty kromě Allanovy odchylky by se měly zaměřit budoucí experimenty.
  2. 2. Popište podrobněji problém se synchronizací v architektuře producent-konzument. Doplňte, proč Vámi zvolené řešení synchronizuje spolehlivě.
Points proposed by reviewer: 89

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová