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標題: 衛星授時應用解析 [打印本頁]

作者: 花兒點點 時間: 2020-4-27 15:32
標題: 衛星授時應用解析
一：什么是衛星授時

授時設備從北斗導航衛星或者GPS導航衛星的信號上獲取標準的時間信息，將這些信息通過各種類型的接口傳輸給需要時間信息的設備（計算機、主控器、采樣設備、RTU等），這樣就可以達到單個設備的時間校準或者多個系統的時間同步，這個過程就叫做衛星授時。

二:衛星授時工作原理

無論GPS衛星或者北斗衛星上都搭載了原子鐘(銫鐘或者是銣鐘)。有了精確的時鐘，加上地面站的不斷校正，衛星系統的時間會是非常準確的。衛星會在自己的電文中播發一個時間，播發這個時間的信號邊沿是和這個時間值嚴格對應的。通過測量這個邊沿，可以在本地恢復出一個精確的變化邊沿，這個邊沿是與發射時刻同步的。導航電文中提供了當前時刻所在的“周數”，這個周數是從北斗或者GPS系統的起始時間開始計數的，另外通過計算調制在載波上的偽隨機碼的信息可以知道當前的周內秒，有了這些信息即可實現授時功能。

三：常見的授時方式

目前主流的時間同步信號及接口方式有1PPS/1PPM、IRIG-B碼、RS-232串口和NTP網絡授時等。1PPS/1PPM脈沖和IRIG-B碼授時精度最高可達到納秒量級，RS-232和NTP授時一般情況下精度可達毫秒量級。1PPS/1PPM和IRIG-B碼和RS-232都需要專用接口和線纜，而NTP方式則可采用網絡的方式。

a) 1PPS/1PPM授時方式
此格式時間信號每秒或每分時輸出一個脈沖信號。顯然，脈沖輸出不含具體時間信息。

b) B碼授時方式
IRIG共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標準。其中在時間同步應用中使用最多的是IRIG-B編碼，有DC碼 (BC電平偏移)、AC碼 (1kHz正弦載波調幅)等格式。IRIG-B信號每秒輸出一幀，每幀長為一秒。一幀共有100個碼元，由不同脈沖寬度的碼元來代表二進制0、1和位置標志位。

c) RS-232串口授時方式
時間輸出通過EIA標準串行接口發送一串以ASCII碼表示的日期和時間報文。時間報文中可插入奇偶校驗、時鐘狀態、診斷結果等豐富的信息。此種方法可以在計算機上使用軟件直觀的看到當前的時間信息，并且隨時的校正計算機時間，使用非常方便。

d)網絡授時方式
網絡授時是使用NTP協議在互聯網上傳遞統一、標準的時間。具體的實現方案是在網絡上指定若干時間服務器，為用戶提供授時服務，并且這些時間服務器間應該能夠相互比對，提高準確度。局域網內所有的PC、服務器和其他設備通過網絡與時間服務器保持同步，NTP協議自動判斷網絡延時，并對得到的數據進行時間補償。從而使局域網設備時間保持統一精準。

四：常用的計算機授時方法

目前計算機對時間的保持方法比較單一,在計算機關閉時,由主板上的晶體依靠電池供電運行,保持時間。計算機開機后,由計算機的BIOS里安裝的軟件程序進行計時。主板上的晶體長期運行會有漂移,軟件計時會受系統程序或者其它應用軟件程序的影響而產生較大的誤差。所以計算機本身很難保證其時間精度,也無法保證多臺計算機之間的時間同步精度。

為了解決這一問題,利用衛星定位系統的高精度時鐘源作為時間參考,實現全球范圍內的時鐘精密修改和同步。從衛星定位模塊上取得數據和秒脈沖信號通過數據接口傳輸給計算機。在計算機上用授時軟件讀取到數據處理后,得到精確的時間脈沖標志和時間數據。在秒脈沖到來時刻,將接收到的時間數據進行處理,并更新計算機的系統時間。通過這種方法可以保證單臺計算機任意時刻的時間精度,也可以達到多臺計算機之間時間高精度同步的目的。

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