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  • GPS校时服务器可实现精密时间同步
  • 点击次数:713 发布时间:【2015-03-18】
  •    GPS校时服务器为了满足CDMA通信系统对时间同步北斗一号卫星导航定位系统由空间卫星、地面控制与标校系统、用户设备三部分组成。其中空间卫星部分 包括两颗地球静止卫星(赤道面东经80°、140°)、一颗 在轨备份卫星(赤道面东经110.5°);地面控制与标校 系统包括一个配有电子高程图的地面中心定位控制站, GPS校时服务器以及几十个分布于全国的参考标校站。卫星导航定位与授时系统是现代化大国极为重要的 基础设施,GPS校时服务器提供的精密授时在一个国家的 工业、国防、通信等领域有着广泛和重要的应用。目前 的校时服务器主要有美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯的全球GPS校时服务器GLONASS、欧洲的伽利略 全球导航定位系统Galileo以及中国的北斗一号导航定位 系统。北斗卫星系统是中国自主研发的卫星导航定位系 统,可以为中国全境和周边部分邻国提供定位、导航、 授时和简易通讯服务,特别是对于确保中国国防与通信 安全有着重要意义。
      GPS校时服务器在电力系统的许多领域,诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准。利用GPS卫星信号进行对时是常用的方法之一。当由串行口0读入UTC时间信息,并判断其为某一分钟的59秒时刻之后,CPU将P3.2置高,从而在整分时刻发送一个脉冲。当再一次读入时间信息,并判断其为整分时刻时,重又将P3.2置低,以禁止发出脉冲。依次循环,即可得到的1PPM脉冲信号。GPS校时服务器采用同样的方法,也可以产生1PPH的脉冲信号。
      GPS校时服务器在单向授时模式下,用户通过接收北斗广播电文信 号,自主获得本地时间与北斗标准时间的钟差,实现时 间同步。地面中心站在出站广播信号周期内的*帧数 据段发送标准北斗时间(含时间修正数据)和卫星的位 置信息,同时把时标信息调制在出站信号中。卫星信号 经中心站到卫星的传输延迟、卫星到用户的传输延迟后 传送到用户。用户根据本地信号与接收卫星信号之间时 标的差值获得卫星观测时间,然后GPS校时服务器根据广播电文中的卫 星位置信息、延迟修正信息以及接收机事先已知的自身 位置信息综合计算。一般来说,如果用户自身坐标已知 且足够精密,则观测一颗卫星就可实现精密时间同步; 如果可观测多颗卫星,则授时度与稳定度更高。
      GPS校时服务器在双向授时模式下,用户需要与地面中心站交互信 息,向地面中心站发送授时申请信号,中心站收到授时 申请后通过卫星发送时标信号给用户,用户将接收到的 时标信号返回给中心站。中心站把接收时标信号的时间 与发射时间相减并除以2,即可获得中心站到用户的单向 传播时延。GPS校时服务器中心站将该传播时延值发送给用户,用户便 可根据接收到的时标信号及单向传播时延完成用户本地 时间与系统标准时间的同步。
      GPS校时服务器单向授时模式与双向授时模式的区别主要在于用户到中心站传输时延的获取方式。单向授时模式要求用 户根据卫星及自身位置信息等自主计算传输时延,由于卫星位置误差以及建模误差(电离层模型、对流层模型 等)都会影响到GPS校时服务器传输时延的精度,所以单向授时模式的 授时精度较低,一般为100ns,双向授时模式授时精度可达到20ns。单向授时模式的优点在于不占用卫星系统容量,而双向授时模式由于需要用户与中心站交互信息,占用了卫星系统的一定容量。
      GPS校时服务器提供两个输入输出串行口,一个用作主通信口,可通过此串行口对校时服务器进行设置,也可从此串口读取国际标准时间、日期、所处方位等信息。另一个串行口用于RTCM格式的差分数据的输出,当无差分信号或仅用于GPS授时,此串行口可不用。1PPS脉冲是GPS校时服务器标准的TTL逻辑输出形式,当导航输出有效时,该脉冲的上升沿与时间相对应。1PPS脉冲是每秒中输出的正脉冲信号,其幅值为5V,1PPS脉冲的上升沿与UCT标准时间的秒脉冲同步,其误差在正负1μs之内。
      北斗导航系统作为GPS校时服务器的时间/时钟同步源,其授时精度可以满足CDMA无线通信系统运行的需要。 采用北斗/GPS双模方式,可以大大降低单纯倚赖GPS授时带来的网络风险,提高网络安全性。同时也应看到,时间/时钟的高可靠性与高精密性是CDMA系统正常运行 的核心和基础。作为一项新的网络技术,北斗/GPS双模授时系统在CDMA系统中的应用,还应通过实验室与现 网试验等多种手段充分验证其可靠性与精密程度,并高 度关注其在GPS校时服务器中的可管可控。
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