1、北斗授時北斗授時2015年11月10日時間與時鐘1PPS（1 pulse per second）、TODNTP/SNTP原子鐘（氫、銣、銫）銫133的共振頻率為9 192 631 770Hz）晶體鐘（10MHz）TAI（international atomic time國際原子時）UTC（coordinated universal time協(xié)調(diào)世界時，又稱時間統(tǒng)一時）北京時間：UTC+8一、術(shù)語定義時間標(biāo)準(zhǔn)時間參照：天文時UTI(Universal Time)、國際原子時TAI(International Atomic Time)、協(xié)調(diào)世界時UTC(Coordinated Universal

2、Time)、北京時間等。授時系統(tǒng)三大要素：時鐘源、時間傳遞、校時。時間同步時間同步是指設(shè)備都工作在同一時間下，不能有毫秒甚至是微秒級的差異。便于準(zhǔn)確記錄每個事件發(fā)生的時刻，特別是出問題時可以追根朔源，找到問題的發(fā)生點(diǎn)。頻率同步只是要求工作在某個固定的頻率上，便于復(fù)用和解復(fù)用，又叫時鐘同步！二、授時原理（RDSS單向授時）在單向授時模式下，用戶機(jī)不需要與地面中心站進(jìn)行交互，但需已知接收機(jī)精密坐標(biāo)，從而可計(jì)算出衛(wèi)星信號傳輸時延，經(jīng)修正得出本地精確的時間。2.1 RDSS雙向授時雙向定時的所有信息處理都在中心控制站進(jìn)行，用戶機(jī)只需把接收的時標(biāo)信號返回即可。中心站系統(tǒng)在TO時刻發(fā)送時標(biāo)信號ST0，該時

3、標(biāo)信號經(jīng)過延遲T1后到達(dá)衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)后經(jīng)T2到達(dá)定時用戶機(jī)，用戶機(jī)對接收到的信號進(jìn)行的處理，也可看做信號轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)T3的傳播時延到達(dá)衛(wèi)星，衛(wèi)星把接收的信號轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)T4的傳播時延傳送回中心站系統(tǒng)。也即表示時間T0的時標(biāo)信號ST0，最終在T0+T1+T2+T3+T4時刻重新回到中心站系統(tǒng)。中心站系統(tǒng)把接收時標(biāo)信號與發(fā)射時刻相減，得到雙向傳播時延T1+T2+T3+T4，除以2得到從中心站到用戶機(jī)的單向傳播時延。中心站把這個單向傳播時延發(fā)送給用戶機(jī)，定時用戶機(jī)接收到的時標(biāo)信號及單向傳播時延計(jì)算出本地鐘與中心控制系統(tǒng)時間的差值，修正本地鐘，使之與中心控制系統(tǒng)的時問同步。 2.2 RNSS授時 與

4、GPS授時一致，用戶設(shè)備只需接收衛(wèi)星廣播的RNSS導(dǎo)航信號，即可獲得北斗系統(tǒng)時間，然后將本地時間與北斗系統(tǒng)時間進(jìn)行比較得到本地時鐘與北斗系統(tǒng)時間的偏差。如果測站坐標(biāo)已知，并且精度可靠，那么只要收到一顆衛(wèi)星的信號即可進(jìn)行精確授時。如果測站坐標(biāo)未知，RNSS只要能接收到四顆或四顆以上衛(wèi)星，即可解算出位置和鐘差，實(shí)現(xiàn)定位與授時。2.3 RDSS單雙向授時對比l雙向定時和單向定時的主要差別在于從中心站系統(tǒng)到用戶機(jī)傳播時延的獲取方式；l在北斗系統(tǒng)中單向定時精度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)值為100ns，雙向定時為20ns；l單向定時需要事先計(jì)算用戶機(jī)的位置；雙向定時無需知道用戶機(jī)的位置，所有處理都在中心站系統(tǒng)完成。l單向

5、定時由于采用被動方式進(jìn)行，不占用系統(tǒng)容量。而雙向定時是通過與中心站交互的方式來進(jìn)行定時，因此會占用系統(tǒng)容量，受到一定的限制。2.4 三種授時技術(shù)對比三、物理架構(gòu)（北斗授時服務(wù)器/北斗授時用戶機(jī)）3.1北斗授時接收模塊 北斗高精度授時接收模塊接收“北斗一號”衛(wèi)星信號，采用單向授時技術(shù)，采用一次下變頻射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星信號的快速捕獲、跟蹤、解調(diào)功能，恢復(fù)出衛(wèi)星數(shù)據(jù)和同步信號。 結(jié)合高精度北斗衛(wèi)星授時數(shù)據(jù)處理技術(shù)與高精度數(shù)字時頻標(biāo)合成技術(shù)，完成衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的平滑濾波和最優(yōu)估值、電波的電離層校正、多普勒校正、電波時延等計(jì)算、TOD時間信息輸出和時標(biāo)信號合成控制。設(shè)計(jì)輸出1PPS性能指標(biāo)優(yōu)于100n

6、s。 北斗授時接收模塊主要包括：接收天線、射頻模塊、中頻數(shù)字接收單元、衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元和用戶接口單元，通過設(shè)定用戶本地位置、北斗衛(wèi)星信號的接收與衛(wèi)星定時信號的恢復(fù)，生成授時信號，實(shí)現(xiàn)單向授時功能。3.3時頻處理模塊 時頻處理模塊是本系統(tǒng)的重要組成部分，主要完成北斗與GPS雙衛(wèi)星系統(tǒng)授時性能監(jiān)測、判優(yōu)與智能切換、高精度本地時間維護(hù)、高精度時頻標(biāo)合成、內(nèi)部協(xié)議分析及轉(zhuǎn)發(fā)、顯示與人機(jī)交互等功能。可根據(jù)對時間保持能力的要求高低配置不同的晶體鐘或原子鐘測量兩個脈沖之間的相位差（時間間隔）通常可采用高頻脈沖計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)。3.2時鐘模塊3.4用戶交互模塊設(shè)備基于嵌入式操作系統(tǒng)，采用Web、Telnet、snm

7、p方式，在IE瀏覽器中輸入時間服務(wù)器的口地址等參數(shù)，完成對設(shè)備的本地和遠(yuǎn)程集中管理。網(wǎng)絡(luò)管理具有豐富的用戶交互和信息處理能力，主要功能如下：狀態(tài)查詢：完成系統(tǒng)狀態(tài)的查詢，北斗衛(wèi)星的主要信息、TOD時間信息、1PPS可用度，網(wǎng)絡(luò)授時狀態(tài)，主備用衛(wèi)星源，網(wǎng)絡(luò)信息等。設(shè)備管理：完成北斗授時接收板的工作參數(shù)設(shè)置和主用時間源的選擇。系統(tǒng)管理：完成設(shè)備用戶管理和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，包括添加用戶，修改用戶密碼和刪除用戶。高級設(shè)置：包括安全設(shè)置和恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置。安全設(shè)置包括超時時間設(shè)置和可登陸IP地址范圍。3.5應(yīng)用接口模塊 應(yīng)用接口單元提供RS232電平標(biāo)準(zhǔn)時間信息(TOD)和秒脈沖信號（1PPS）等基本時間同步輸

8、出接口。同時，可根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)不同電氣特性的接口，例如網(wǎng)絡(luò)授時接口(NTPSNTP)，RS422RS485電平串行報文信息、電力時間同步專用的分脈沖（1PPM）和時脈沖（1PPH）等。 在應(yīng)用接口模塊中，其核心部分是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單元，實(shí)現(xiàn)NTPSNTP授時服務(wù)。NTPSNTP是國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)協(xié)議，用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時間同步，其結(jié)構(gòu)采用clientserver服務(wù)方式，由用戶向時間服務(wù)器申請服務(wù)，服務(wù)器將標(biāo)準(zhǔn)時間標(biāo)簽(timestamp)發(fā)送給用戶，用戶軟件根據(jù)服務(wù)器提供的標(biāo)準(zhǔn)時間及傳輸延遲，計(jì)算本地時間改正，經(jīng)多次計(jì)算并濾波處理，改正后設(shè)置本地時間。客戶端根據(jù)T1、T2、T3、T4計(jì)算

9、出鐘差T及時延改正D，然后修正本地時間，計(jì)算公式如下：D=(T4-T1)-(T2-T3)2T=(T2-T1)+(T3-T4)23.5應(yīng)用接口模塊衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元采用高速數(shù)字信號處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)，具有同時處理多路信號的能力，主要完成衛(wèi)星信號維特比譯碼、校驗(yàn)、數(shù)據(jù)拼裝、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的平滑濾波和最優(yōu)估值、電波的電離層校正、電波時延計(jì)算、多普勒校正和UTC時間解算等功能。TOD時間信息經(jīng)并口傳送至單片機(jī)再由異步串口輸出。秒脈沖合成單元秒脈沖合成單元采用DSP和FPGA共同實(shí)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)處理中加強(qiáng)鐘差信號的數(shù)字濾波和容錯設(shè)計(jì)，以提高抗干擾能力；在脈沖合成設(shè)計(jì)中采用直接數(shù)字合成技術(shù)(DD

10、S)，提高合成設(shè)計(jì)的靈活性及秒脈沖的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定度；針對時頻應(yīng)用的要求與特點(diǎn)，采用先進(jìn)的時間頻率守時技術(shù)，提高時頻信號的可靠性，以滿足高精度時頻應(yīng)用的要求。四、產(chǎn)品描述網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器具有以下功能：1完善的北斗和GPS信號監(jiān)測，自動或手動選擇衛(wèi)星信號。2支持標(biāo)準(zhǔn)NTP網(wǎng)絡(luò)時間傳輸協(xié)議。3支持本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)管，通過網(wǎng)絡(luò)口進(jìn)行參數(shù)配置。4最大支持上萬個用戶的網(wǎng)絡(luò)授時服務(wù)。5提供基于RS232的時碼輸出。6提供高精度1PPS輸出。7提供光纖IRIG-B對時報文輸出。8調(diào)幅波形式的交流IRIG-B碼。9支持RS485方式輸出對時報文。技術(shù)指標(biāo)：1、采用單獨(dú)組屏，擴(kuò)展靈活，便于管理。 2、 多時間源可供選擇

11、，除采用GPS系統(tǒng)外，還可選用我國的北斗星系統(tǒng)，可靠性更高。 3、采用對值班人員透明化設(shè)計(jì)，時間顯示、衛(wèi)星通道狀態(tài)、工作狀態(tài)的指示一目了然。 4、主時鐘和擴(kuò)展時鐘采用冗余配置，自動無擾切換。 5、主時鐘和擴(kuò)展時鐘內(nèi)部有高精度時間自保持單元，精度為精度為710-9。 6、多種對時規(guī)約，可由用戶要求指定。 7、精美標(biāo)準(zhǔn)19”U型（2U或4U）架裝式機(jī)箱，采用標(biāo)準(zhǔn)電力機(jī)柜屏。 8、授時精度高，最高精度達(dá)30ns。 9、有多種對時方式，可靈活配置，支持硬對時（PPS、PPM、PPH）、軟對時（串口報文）、編碼對時（IRIG-B、DCF77）和網(wǎng)絡(luò)NTP對時，可以滿足國內(nèi)外不同設(shè)備的授時接口要求。10、

12、裝置的所有時鐘信號輸出均經(jīng)過光電隔離，抗干擾能力強(qiáng)。 環(huán)境要求 工作溫度：-10C+60C 貯存溫度：-40C+80C 電氣要求 電源：交流220V10% 47HZ63HZ或直流110V/220V 電磁兼容性：符合“GB/T13926_1992工業(yè)過程測量和控制裝置的電磁兼容性”中有關(guān)規(guī)定的要求，并且超過III級標(biāo)準(zhǔn) 功耗：不大于15W 性能指標(biāo)：捕獲衛(wèi)星（鎖定）時間： 熱開機(jī)（瞬間掉電）15秒。 冷開機(jī)（位置未變的重開機(jī)）45秒。 位置改變后重開機(jī) 1分鐘。 本地首次開機(jī) 2分鐘。 位置精度：10m 時間精度;100ns五、總結(jié)不同授時領(lǐng)域?qū)r間同步系統(tǒng)的需求的差異性主要在于以下兩點(diǎn)：1時間同步精度的高低；2接口類型及電氣特性