衛(wèi)星授時(shí)應(yīng)用解析

一：什么是衛(wèi)星授時(shí)

授時(shí)設(shè)備從北斗導(dǎo)航衛(wèi)星或者GPS導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信息，將這些信息通過各種類型的接口傳輸給需要時(shí)間信息的設(shè)備（計(jì)算機(jī)、主控器、采樣設(shè)備、RTU等），這樣就可以達(dá)到單個(gè)設(shè)備的時(shí)間校準(zhǔn)或者多個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步，這個(gè)過程就叫做衛(wèi)星授時(shí)。

二:衛(wèi)星授時(shí)工作原理

無論GPS衛(wèi)星或者北斗衛(wèi)星上都搭載了原子鐘(銫鐘或者是銣鐘)。有了精確的時(shí)鐘，加上地面站的不斷校正，衛(wèi)星系統(tǒng)的時(shí)間會(huì)是非常準(zhǔn)確的。衛(wèi)星會(huì)在自己的電文中播發(fā)一個(gè)時(shí)間，播發(fā)這個(gè)時(shí)間的信號(hào)邊沿是和這個(gè)時(shí)間值嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的。通過測量這個(gè)邊沿，可以在本地恢復(fù)出一個(gè)精確的變化邊沿，這個(gè)邊沿是與發(fā)射時(shí)刻同步的。導(dǎo)航電文中提供了當(dāng)前時(shí)刻所在的“周數(shù)”，這個(gè)周數(shù)是從北斗或者GPS系統(tǒng)的起始時(shí)間開始計(jì)數(shù)的，另外通過計(jì)算調(diào)制在載波上的偽隨機(jī)碼的信息可以知道當(dāng)前的周內(nèi)秒，有了這些信息即可實(shí)現(xiàn)授時(shí)功能。

三：常見的授時(shí)方式

目前主流的時(shí)間同步信號(hào)及接口方式有1PPS/1PPM、IRIG-B碼、RS-232串口和NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)等。1PPS/1PPM脈沖和IRIG-B碼授時(shí)精度最高可達(dá)到納秒量級(jí)，RS-232和NTP授時(shí)一般情況下精度可達(dá)毫秒量級(jí)。1PPS/1PPM和IRIG-B碼和RS-232都需要專用接口和線纜，而NTP方式則可采用網(wǎng)絡(luò)的方式。

a) 1PPS/1PPM授時(shí)方式
此格式時(shí)間信號(hào)每秒或每分時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。顯然，脈沖輸出不含具體時(shí)間信息。

b) B碼授時(shí)方式
IRIG共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標(biāo)準(zhǔn)。其中在時(shí)間同步應(yīng)用中使用最多的是IRIG-B編碼，有DC碼 (BC電平偏移)、AC碼 (1kHz正弦載波調(diào)幅)等格式。IRIG-B信號(hào)每秒輸出一幀，每幀長為一秒。一幀共有100個(gè)碼元，由不同脈沖寬度的碼元來代表二進(jìn)制0、1和位置標(biāo)志位。

c) RS-232串口授時(shí)方式
時(shí)間輸出通過EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口發(fā)送一串以ASCII碼表示的日期和時(shí)間報(bào)文。時(shí)間報(bào)文中可插入奇偶校驗(yàn)、時(shí)鐘狀態(tài)、診斷結(jié)果等豐富的信息。此種方法可以在計(jì)算機(jī)上使用軟件直觀的看到當(dāng)前的時(shí)間信息，并且隨時(shí)的校正計(jì)算機(jī)時(shí)間，使用非常方便。

d)網(wǎng)絡(luò)授時(shí)方式
網(wǎng)絡(luò)授時(shí)是使用NTP協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)上傳遞統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間。具體的實(shí)現(xiàn)方案是在網(wǎng)絡(luò)上指定若干時(shí)間服務(wù)器，為用戶提供授時(shí)服務(wù)，并且這些時(shí)間服務(wù)器間應(yīng)該能夠相互比對(duì)，提高準(zhǔn)確度。局域網(wǎng)內(nèi)所有的PC、服務(wù)器和其他設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間服務(wù)器保持同步，NTP協(xié)議自動(dòng)判斷網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，并對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)償。從而使局域網(wǎng)設(shè)備時(shí)間保持統(tǒng)一精準(zhǔn)。

四：常用的計(jì)算機(jī)授時(shí)方法

目前計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)間的保持方法比較單一,在計(jì)算機(jī)關(guān)閉時(shí),由主板上的晶體依靠電池供電運(yùn)行,保持時(shí)間。計(jì)算機(jī)開機(jī)后,由計(jì)算機(jī)的BIOS里安裝的軟件程序進(jìn)行計(jì)時(shí)。主板上的晶體長期運(yùn)行會(huì)有漂移,軟件計(jì)時(shí)會(huì)受系統(tǒng)程序或者其它應(yīng)用軟件程序的影響而產(chǎn)生較大的誤差。所以計(jì)算機(jī)本身很難保證其時(shí)間精度,也無法保證多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的時(shí)間同步精度。

為了解決這一問題,利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)的高精度時(shí)鐘源作為時(shí)間參考,實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的時(shí)鐘精密修改和同步。從衛(wèi)星定位模塊上取得數(shù)據(jù)和秒脈沖信號(hào)通過數(shù)據(jù)接口傳輸給計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)上用授時(shí)軟件讀取到數(shù)據(jù)處理后,得到精確的時(shí)間脈沖標(biāo)志和時(shí)間數(shù)據(jù)。在秒脈沖到來時(shí)刻,將接收到的時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并更新計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間。通過這種方法可以保證單臺(tái)計(jì)算機(jī)任意時(shí)刻的時(shí)間精度,也可以達(dá)到多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間時(shí)間高精度同步的目的。lw