GPS服务授时系统技术建设方案

GPS服务授时系统产品技术建设方案
二〇一二年二月
技术简介
授时系统的时钟同步也叫“对钟”。

要把分布在各地的时钟对准（同步起来），最直观的方法就是搬钟，可用一个标准钟作搬钟，使各地的钟均与标准钟对准。

或者使搬钟首先与系统的标准时钟对准，然后使系统中的其他时针与搬钟比对，实现系统其他时钟与系统统一标准时钟同步。

所谓系统中各时钟的同步，并不要求各时钟完全与统一标准时钟对齐。

只要求知道各时钟与系统标准时钟在比对时刻的钟差以及比对后它相对标准钟的漂移修正参数即可，勿须拨钟。

只有当该钟积累钟差较大时才作跳步或闰秒处理。

因为要在比对时刻把两钟“钟面时间对齐，一则需要有精密的相位微步调节器会调节时钟用动源的相位，另外，各种驱动源的漂移规律也各不相同，即使在两种比对时刻时钟完全对齐，比对后也会产生误差，仍需要观测被比对时钟驱动源相对标准钟的漂移规律，故一般不这样做。

在导航系统用户设备中。

除授时型接收机在定位后需要调整1PPS信号前沿出现时刻外（它要求输出秒信号的时刻与标推时钟秒信号出现时刻一致），一般可用数学方法扣除钟差。

时间同步的另一种方法是用无线电波传播时间信息。

即利用无线电波来传递时间标准．然后由授时型接收机恢复时号与本地钟相应时号比对，扣除它在传播路径上的时延及各种误差因素的影响，实现钟的同步。

随着对时钟同步精度要求的不断提高，用无线电波授时的方法，开始用短波授时（ms级精度），由于短波传播路径受电离层变化的影响，天波有一次和多次天波，地波传播距离近，使授时精度仅能达到ms级。

后来发展到用超长波即用奥米伽台授时，其授时精度约10μs左右，后来又用长波即用罗兰C台链兼顾授时，其授时精度可达到μs，即使罗兰C台链组网也难于做到全球覆盖。

后来又发展到用卫星钟作搬钟。

用超短波传播时号．通过用户接收共视某颗卫星，使其授时精度优于搬钟可达到10ns 精度。

看来利用卫星授时是实现全球范围时钟精密同步的好办法，只有利用卫星，才可在全球范围内用超短波传播时号；用超短波传播时号不仅传递精度高，而且可提高时钟比对精度，通过共视方法，把卫星钟当作搬运钟使用，且能使授时精度高于直接搬钟，直接搬钟难于使两地时钟去共视它。

共视可以消除很多系统误差以及随时间慢变化的误差，快变化的随机误差可通过积累平滑消除。

各种时间传递与同步方法比较
公司产品及特色：
卫星同步时钟（GPS时钟服务器,GPS校时服务器,GPS对时装置,GPS授时器,GPS时钟系统,GPS时钟装置,GPS时钟,GPS卫星同步时钟,GPS同步时钟,天文时钟,卫星时钟,同步时钟）是我公司开发研制的应用GPS技术授时的标准时间显示和发送的装置，该装置以美国全球定位系统（GPS）为时间基准，可以同时跟踪12颗卫星，对时精度达0.1μS。

卫星同步时钟采用表面贴装技术生产，以高速芯片进行控制，具有精度高、稳定性好、功能强、无积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单、免维护等特点，适合无人值守。

卫星同步时钟有2路RS232串行信号，2路RS422/485串行信号，1路TTL脉冲信号，可以适应各种不同设备的对时需要，广泛应用于电力、金融、通信、交通、广电、安防、石化、冶金、水利、国防、医疗、教育、政府机关、IT等领域。

产品的特点
1．时间精度高，脉冲信号精度小于0.1μS，串口信号精度可达10μS。

2．采用双核处理器，同步快。

3．自保持能力强，装置收不到卫星信号后，24小时自保持能力不超过1mS。

4．支持单星授时模式，适用于收星效果不佳的情况（订货时须说明），有屋顶和贴窗天线可供选择。

5．支持电源中断、GPS失歩干接点信号告警（订货时须说明）。

6．机箱经防磁处理，抗干扰能力强。

7．高品质的工业级元件，高水准的电气设计，高密度集成的电路结构，使装置拥有优异的电气隔离和电磁屏蔽表现，整机无可调节器件，极大提高了装置的抗干扰性能与可靠性保障。

8．采用高性能、宽范围开关电源，工作稳定。

9．GPS接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计，信号接收可靠性高，不受地域条件和环境的限制。

10．串口、脉冲信号输出可编程，按键设置,操作方便。

11．装置具有多种串行信息输出与交互方式，以满足不同用户的需求。

12．装置可通过数码管在线显示当前收星个数，直观反映装置的同步状况。

13．架装式结构，1U、19”标准机箱,安装方便。

产品的技术指标
1．运行条件
1）装置环境条件
工作温度：-200C～+700C；
贮存温度：-450C～+850C；
湿度：<95%。

2）电源
交流供电：220V±20%或110V±20%，47Hz～63Hz；
直流供电：220V±20%或110V±20%。

（缺省为220V交直流供电，如需110V交直流供电，订货时须说明。

）
3）抗干扰
在雷击过电压、一次回路操作、开关场故障、二次回路操作及其它强干扰作用下，装置不误动作。

装置快速瞬变干扰试验、高频干扰试验、辐射电磁场干扰试验、冲击电压试验和绝缘试验符合标准GB/T13926-1992（工业过程测量和控制装置的电磁兼容性），并达到Ⅲ级及以上标准。

2．技术参数
1）GPS接收天线
天线环境要求：
工作温度：-45℃～85℃；
贮存温度：-50℃～90℃；
湿度：100%，结露；
体积：φ96×126mm。

2）GPS接收器
接收频率：1575.42MHz（L1信号）。

接收灵敏度：捕获〈-130dBm，跟踪〈-133dBm。

同时跟踪：正常状态下可同时跟踪8～12颗GPS卫星；
装置冷起动时不小于2颗卫星；
装置热起动时不小于1颗卫星。

捕获时间：装置冷起动时小于5min，装置热起动时小于1min。

内部电池：电池类型：锂电池；
电池寿命：≮25000h。

3）功耗：≤15W。

4）平均无故障间隔时间(MTBF)≥70000小时；平均维修时间（MTTR）：一般不大于30分，使用寿命不少于10年。

正常使用条件下无须维护。

5）输出时间与协调世界时（UTC）时间同步准确度：≤0.1μS。

6）时间同步信号接口：
1PPS/PPM/PPH脉冲信号：（TTL电平）准时沿：下降沿，下降时间≤10nS；
下降沿的时间准确度≤0.1μS；
脉冲宽度：200mS
注：脉冲信号如须上升沿有效，定货时须说明
时间报文：
装置共有两个RS232口、两个RS422/485口，串口的波特率、信息格式相同（如果用户需要两组波特率、信息格式不同的串口，需订货时说明）。

A．通讯波特率:1200、2400、4800、9600可选。

B．数据格式:信息位8位，一位起始位，一位停止位，异或非校验，校验帧头之后校验字节之前的时间数据,ASCⅡ码。

C．信息格式: 每秒发送一次，格式为:
＜Ｓ＞＜Ｔ＞DDDDDDDDDDDDDDD＜Ａ＞
↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑
桢桢时时分分秒秒日日月月年年年年校标
头头十个十个十个十个十个千百十个验准
位位位位位位位位位位位位位位字时
节结束
其中，与秒脉冲（PPS）的前沿对齐。

例如:现在是2002年6月13号18点45分36秒，则发送信息格式为:ST18453613062002A。

如果装置刚上电或装置失去同步, 则装置的信息格式里将不出现<Ｓ>码,即以<Ｔ>为桢头的格式表示输出的信息未经同步,以<Ｓ><Ｔ>为桢头的格式表示输出的信息为同步后的标准时间。

1.几台计算机对时
用串口线缆把GPS时钟装置的串口分别与几台计算机的COM口连接起来，计算机安装运行我公司提供的“串口对时软件”，即可校准计算机本地时间。

2.局域网的时间同步
局域网中选一台WINDOWS操作系统的计算机作为局域网标准时间服务器（兼用），用串口线缆把GPS时钟装置的串口与这台计算机的COM口连接起来，计算机安装运行我公司提供的“串口对时软件”校准计算机本地时间，同时安装运行我公司提供的“SNTP服务器软件”。

在局域网上的其它计算机安装运行“SNTP客户端软件”。

这样，整个局域网上所有的计算机即可实现同步。

4U系列特点及应用方案：
本多功能局域网络NTP时间服务器具有如下特点：标准19英寸4U机箱，方便网络机柜安装，自带液晶触摸屏(分辨率外观高档时尚；可用于自动对局域网上的所有电脑进行时间校对，使所有电脑的时间都严格与北京时间保持同步、一致，避免时间误差。

购买本NTP时间服务器，免费提供客户端、服务器端的时间同步软件，免费指导整个网络的时间同步配置。

由于本NTP时间服务器严格遵循NTP系列的标准时间协议，所有用户也可以采用第三方时间同步软件，同时支持XP以上操作系统自带的时间同步功能。

本NTP时间服务器内部集成了高可靠GPS卫星定位模块，外部适配30米超长天线，可将天线安装于室外开阔地带，使卫星信号最强；具有自定义字符串时间信息输出功能，也可以按要求定做特殊格式时间输出；可以通过RS232、RS485、局域网络等各种通讯接口驱动200块以上的液晶或数码管显示的同步子种（如图所示的各种时间显示终端），应用于政府机关、交通运输、电信、学校、厂矿等各种企事业单位或公共场所进行时间校对和对外显示。