衛星鐘原理與應用英達康華志斌主要內容什么是衛星鐘GPS簡介北斗簡介衛星鐘天線安裝注意事項電力系統常用對時信號介紹衛星鐘常見術語釋義IDC520介紹IDC510A介紹IDC540介紹什么衛星鐘衛星鐘是一種授時設備，它通過接收衛星信號，解算并重建當地時間，通過適當的對時信號為需要授時的設備提供對時服務。可以提供定時服務的衛星系統目前有GPS,GLANASS,北斗和在建的伽利略系統。目前國內主要使用GPS和北斗系統。GPS簡介GPS是由美國軍方研制并控制的衛星導航定位系統，1993年建成使用，該系統含24顆衛星（不計備份星），衛星運行周期為12小時，該星座設計使地球上98％的地方在任意時間可視4顆以上的衛星，理論上接收機接收到4顆衛星的信號就可以確定接收天線點的地理位置和當前時間。北斗系統簡介北斗衛星導航系統﹝BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem﹞是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。目前投入使用的為1代北斗系統，由位于地球同步軌道的3顆衛星組成（不含備份星），北斗二代正在建設中，系統全部建設完成后將由5顆靜止軌道和30顆非靜止軌道衛星組成。1代北斗系統下，注冊的正式北斗用戶可通過問答方式得到定位和對時服務，非注冊用戶可以通過設定海拔高度獲得自主對時服務。衛星天線安裝注意事項請保持衛星天線垂直向上的姿態注意使衛星天線有盡量大的可視空域，特別是1代北斗只有3顆同步靜止軌道衛星，任何南向空域的遮擋都將影響系統的正常工作。注意衛星天線不要小弧度彎折，保持天線外保護層的完好，天線饋線不能硬力拉扯，天線饋線不要與干擾性電纜平行鋪設，饋線防雷器注意接地，天線饋線不能隨意延長電力系統常用對時信號介紹PPS/PPM/PPH秒脈沖/分脈沖/時脈沖

秒/分/時脈沖在整秒、整分、整時的準時延發生跳變，輸出一個脈沖，一般脈沖長度在100毫秒到200毫秒之間，本公司設備默認均輸出200毫秒的脈沖。衛星鐘以光耦方式無源輸出，輸出電路原理圖為為給其它設備對時，需要根據要求接入直流電源，脈沖信號設計容量為20毫安，根據接入的直流電源電壓確定串入的電阻的大小和功率，常用使用原理圖為：在個別現場也有使用RS485或TTL電平發送對時脈沖信號的。串口報文對時

一般通過RS232或RS485方式發送對時報文，本公司衛星鐘目前支持兩種格式的對時報文，分別滿足“上海電網GPS時間同步系統技術原則”(簡稱“上海格式”）和“電力系統時間同步系統規范”（簡稱“電力格式”），這兩種報文都屬于廣播報文，每秒廣播一幀，每幀首字節的起始位對應該秒的準時沿。設備出廠時默認輸出“上海格式”，下面介紹“上海格式”，“電力格式”請參考說明書。

<S><T>HHLHHMLMHSLSHDLDHMLMTYHYTYEYDD<A><F>TPHPTPHPC[0DH]

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同幀時時分分秒秒日日月月年年年年校標頻頻頻頻頻頻結

步頭十個十個十個十個十個千百十個驗準率率率率率率束

標位位位位位位位位位位位位位位位字時幀十個十百報符

志節結頭位位分分文位束校

驗

當裝置鎖定有效對時信號發送S，否則就停發S，S的ASCII碼為53H；<T>為發送時間信息的信息頭，T的ASCII碼為54H，因為本廠的衛星鐘都內置守時模塊，精度較一般設備的內部晶振精度高2個數量級以上，當被對時設備收到不帶(S)的報文時仍使用該報文進行對時，除非設備接冗余的對時通道，可通過該字節判斷哪個報文更準確。當衛星鐘沒安裝測頻模塊時，與頻率相關的幀尾部不出現。對時報文默認設置9600bps，一個起止位，8個數據位，一個結束位。IRIG-B對時信號

IRIG-B對時信號有時又簡稱B格式，最早的B格式信號為方便磁帶機記錄是通過幅值調制調制在1KHz的正弦信號上的，現在稱這種B格式為交流B格式，也叫B格式AC碼。由于其對時精度不高，使用不方便，已不長使用，現在常用的B格式為方波B格式，也叫B格式DC碼，通常通過RS485發送，極少數場合有要求TTL電平發送的。

B格式信號每秒發送一幀，每幀含100個碼元，每個碼元寬度為10毫秒，共有3種碼元，分別對應P碼、1碼和0碼，通過不同的占空比來進行區分，如下圖所示：需要注意的一點是，國際上最早的B格式中不含有年信息，后來在其控制字段擴展了年信息，我國電力行業B格式中的年信息定義與國際標準相同，本公司所有產品的B格式中都含有符合國際標準的年信息。交流格式的年信息見下圖，調制比未嚴格定義，通常未3:1－2:1。P碼1碼0碼NTP/SNTP網絡對時

網絡時間協議NTP（NetworkTimeProtocol）是用于互聯網中時間同步的標準互聯網協議。NTP的用途是把計算機的時間同步到某些時間標準。NTP的設計充分考慮了互聯網上時間同步的復雜性。NTP提供的機制嚴格、實用、有效，采用了Client/Server結構，具有相當高的靈活性，適應于在各種規模、速度和連接通路情況的互聯網環境下工作。在通常的環境下，NTP提供的時間精確度在WAN上為數十毫秒，在LAN上則為亞毫秒級或者更高。

正是由于NTP考慮了互聯網上的各種復雜情況，使其使用復雜，這導致了其簡化版即簡單網絡時間協議(SNTP)的出現。NTP協議適用于同步因特網上的計算機時鐘。當不須要實現RFC1305所描述的NTP完全功能的情況下，可以使用SNTP。它是一個簡化了的NTP服務器和NTP客戶端策略。SNTP被設計在一個專門的服務器(包括一臺集成的無線電時鐘)里操作。SNTP往往只用于局域網對時。由于NTP與SNTP的報文格式是相同的，所以在局域網里NTP的sever也可以給SNTPclient對時，反之亦然。本公司的網絡對時插件嚴格的說是SNTPserver。IEEE1588PTP協議網絡對時

IEEE1588（網絡測控系統精確時鐘同步協議）最初由AgilentLaboratories（安捷倫實驗室）的JohnEidson以及來自其它公司和組織的12名成員開發，后來得到IEEE的贊助，并于2002年11月得到IEEE批準。現在已發展到V2版，本公司的產品支持V2版，V1版的功能還未得到驗證。

IEEE1588的基本功能是使分布式網絡內的最精確時鐘與其他時鐘保持同步，它定義了一種精確時間協議PTP（PrecisionTimeProtocol），用于對標準以太網或其他采用多播技術的分布式總線系統中的傳感器、執行器以及其他終端設備中的時鐘進行亞微秒級同步。該協議為小型同構或異構局域網設計，設計者特別注意降低資源使用，使其可以在低成本終端設備上應用。該協議對內存及CPU性能沒有特殊的要求，只需要最小限度的網絡帶寬。

需要注意的是，PTP協議盡管沒有明確要求硬件支持，但是僅僅通過軟件手段實施PTP將嚴重影響所能達到的同步精度。特別是對于交換機，如果以太網交換機不支持PTP邊界時鐘或透傳時鐘，由于報文交換所造成的包傳遞延遲抖動將使PTP難以達到亞微秒的精度。目前，點對點PTP對時通常都能達到好于0.1微秒的精度。衛星鐘常見術語釋義UT1時間

簡單的說，當時根據天文觀測規定的時間叫做UT1(UniversalTime)。UTC時間

UTC稱為協調世界時UniversalTimeCoordinated，它是由國際計量局（BIPM）、國際地球自轉服務(IERS)組織產生和保持的國際通用的官方時間系統，它采用國際原子時所定義的秒長，通過閏秒的方法使其時刻與世界時UT1接近，它與UT1的最大偏差不大于1秒。

由中國科學院國家授時中心(NTSC)產生、保持和發播的我國標準時間UTC（NTSC），與協調世界時UTC的偏差保持在50ns之內。閏秒

正是因為UTC與UT1會形成累積誤差，當誤差累積到一定程度（大于0.9秒）是，就通過增加或減少閏秒的辦法進行解決。優選每年的6月份或12月份的最后一秒位置進行閏秒操作，次選每年的3月或9月的最后1秒位置進行閏秒操作。北京時間BeijingStandardTime，BST

北京時間是我國公認的全國統一的標準時間,采用東8時區的標準區時（StandardZoneTime），它比UTC提早8小時整，即北京時間=UTC+8h。本標準中涉及的時間，除特別注明外，均采用北京時間。時間準確度TimeAccuracy

時鐘輸出（輸入）的時間信號與時間編碼信息（時碼和1PPS等）相對于標準時間（如北京時間）的偏差，稱為時間準確度。時間精度的單位就是時間單位，比如秒，毫秒，微秒。本公司的時鐘產品在同步后時間準確度都好于1微秒，一般為0.5微秒。守時精度

當時鐘產品不能被外部的標準時間信號同步時，時鐘靠內置的守時模塊維持走時，守時模塊的頻率精度就是守時精度，一般用ppm為單位，1ppm就是百萬分之一，是指每過1秒鐘時鐘偏差1微秒。本公司的520時鐘守時精度好于0.1ppm，540時鐘守時精度好于0.01ppm。IDC520GPS衛星鐘簡介IDC520GPS衛星鐘定位為單體衛星種，也可以作為時鐘同步系統的子鐘運行。基本配置為支持GPS與B格式兩路時源輸入，支持16路脈沖輸出，3路RS232對時報文輸出，帶工頻測量功能，1路RS485格式的B碼輸出，帶告警空接點。通過時鐘的4個插槽可以擴展B格式輸出，RS485報文輸出，RS232報文輸出或脈沖輸出，如果單鐘輸出信號路數不夠，可以通過外擴信號擴展盒來擴展485方式的B格式或分秒脈沖。

注意，520衛星鐘不支持NTP對時，不支持交流B格式對時，不支持PTP對時，不能使用北斗信號。IDC520前面板說明（1）液晶顯示窗口，顯示年、月、日、時、分、秒及工頻。（2）POWER:電源指示燈，接通電源即亮。（3）PPS:秒脈沖指示燈，每秒閃亮。（4）PPM:分脈沖指示燈，每分閃亮。（5、6）時間信號來源：指示本機當前時間基準信號來源，包括“GPS”、“IRIG-B”2個指

示燈。如果“GPS”指示燈亮，說明本機當前是接收GPS衛星信號來獲取時間信

息，如果“IRIG-B”指示燈亮，說明本機當前是接收IRIG-B信號來獲取時間信息，如果2個時間信號來源指示燈都不亮，則本機是靠內部守時模塊來維持時

間信息。（7、8）輸入信號監視指示燈：監視本機接收時間信號是否正常，如果“GPS異常”指示

燈亮，則說明本機接收不到同步后的GPS衛星信號；如果“IRIG-B”指示燈

亮，則說明本機接收不到IRIG-B信號。21345、678IDC520后面板說明123467891051:GPS天線輸入2:輸出信號擴展槽（可安裝232信號輸出模塊、B格式輸出模塊、485信號輸出模塊、脈沖輸出模塊及測頻模塊。注意：測頻模塊只能在最左邊的槽位上插一塊。IDC520后面板說明（續）3：雙電源輸入（交直流220V或110V）,注意直流110電源只能在右側端子輸

入。4：16路時間信息輸出接點，每4路為一組，可設置為秒脈沖(1PPS)、分脈沖

（1PPM）、時脈沖（1PPH），每組旁設有一個脈沖指示燈。5：IRIG-B碼485輸入信號。6：IRIG-B碼485輸出信號。7：RS232時間報文輸出信號。8：TTL電平輸出的PPS信號、PPM信號、IRIG-B信號，可用于擴展時間信

號，也可用于產品測試。9：本機運行狀態的告警接點輸出，包括電源告警、GPS告警、IRIG-B輸入

信號告警及裝置自檢異常告警。10：接地螺釘。IDC520常見問題1。怎樣改變520衛星鐘輸出的對時報文的波特率

打開IDC520的機箱，在印制板的中部位置找到1組叫X19的跳線插，根據印制

板上的指示選擇需要的波特率進行跳線，本設備支持從600bps到19200bps的

波特率，默認波特率為9600bps。本公司510A的波特率設置方法與此類似，

其它產品不再單獨說明。2。可不可以把兩個不同的串口設置成不同的波特率

不能，本設備所有串口的波特率和報文格式是統一設置的，永遠保持相同。3。怎樣更改秒/分/時脈沖

本設備的對時脈沖根據需要可以設置為秒脈沖、分脈沖或時脈沖中的一種。

對時脈沖4個一組可以獨立設置，一改一組，一組4個。打開520上蓋，可以看

到一組一組的脈沖輸出，在每一組附近都有一個3位一組的跳線插，印刷著“S”

“M”“H”，將“S”短接輸出秒脈沖，將“M”短接輸出分脈沖，將“H”短接輸出時脈

沖。跳線完成后，本組附近的指示燈將與本組脈沖輸出同步閃亮，通過該指

示燈可以判斷改組脈沖輸出是否正確。出廠默認輸出分脈沖。IDC510ANTP網絡時間服務器簡介IDC510A定位于一臺獨立工作的NTP網絡時間服務器，接收1路獨立的信號源，通常為GPS，可以升級成接收北斗信號。設備標準配置雙網口輸出（10/100M自適應），帶測頻功能，帶雙路RS232對時報文輸出。由于不提供脈沖對時信號和B格式輸出，該產品主要用于主站對時。510A前面板說明12345（1）液晶顯示窗口，顯示年、月、日、時、分、秒和頻率。（2）POWER:電源指示燈，接通電源即亮。（3）PPS:秒脈沖指示燈，每秒閃亮。（4）SYNC:同步指示燈，當收到有效的衛星信號并鎖定時，該指示燈亮。（5）ALARM：告警燈，當時鐘源為GPS時，如果連續33分鐘收不到有效

對時信息則該燈亮；510A后面板說明42315678910111：GPS或北斗天線。2：輸出對時網口1。3：輸出對時網口2。4：雙電源輸入（交直流輸入，左側只支持220V，右側支持110V－220V）。5：測頻輸入口（接入220V市電）。6：RS232對時報文口1。7：RS232對時報文口2。8：電源缺失告警：電源異常時告警，長開觸點，正常開，告警合。9：系統異常告警：系統自檢異常時告警，長開觸點，正常開，告警合。10：時鐘源異常告警：與前面板告警燈聯動，長開觸點，正常開，告警合。11：接地螺釘。IDC510A常見問題1。怎樣改變510A能否輸出對時脈沖和B格式信號？

打開IDC510A主要是針對主站用戶設計的，只支持以太網SNTP對時和串口報

文對時，不能輸出對時脈沖和B格式。2。可不可以把510A的兩個以太網口的地址設置在兩個不同的網段？

可以，本設備的兩個網口是獨立的，用戶可以把它設置在兩個不同的網段，

也可以設置在相同的網段，甚至可以是相同的IP地址。3。我想通過IDC510A的網絡口得到測頻數據，行嗎？

IDC510A的網絡口只能輸出NTP對時報文，如果要得到頻率數據，請使用串

口輸出的頻率報文。4。IDC510A帶不帶守時模塊？

IDC510A在生產時沒有安裝單獨的守時模塊，但是當不能接收到衛星信號時設

備依靠GPS模塊內置的晶體維持守時，通過實測，該模塊的溫補晶振可以達到

0.1ppm左右的守時精度。5。我忘記了510A的IP地址，現在想修改其IP，怎么辦？

在計算機上運行本設備隨機光盤上的維護軟件“SNTPManager”，將待設置網

口與本計算機使用網線直連，根據軟件提示可以方便地設置。IDC540時間同步系統簡介IDC540時間同步系統是本公司生產的授時設備中的高端產品，采用靈活的插槽式設計。使時鐘同步系統中的主鐘與子鐘可以由同一個平臺通過插裝不同組件的組合來完成。它目前可以提供最多品種的對時信號，由于基于插槽式設計，未來還可以根據需要增加新的對時信號插卡，目前PTP輸出插件正在設計中，預計10年5月份PTP對時插件就可以供貨。另外，該設備還支持在線熱插拔，為設備的在線擴充和維護提供了方便。什么是時間同步系統？

時間同步系統TimeSynchronisingSystem是能夠按照所要求的時間精度和準確度向外輸出時間同步信號和時間編碼信息的系統，通常由主時鐘、若干從時鐘、時間信號傳輸介質、時間信號用戶設備接口構成。IDC540前面板說明12345671）電源指示燈，橙色，當系統的＋5V電源和＋12V電源工作正常時該燈

亮，任一電源工作不正常則該燈不亮。2）PPS指示燈，綠色，每秒閃爍一次，指示秒脈沖。3）PPM指示燈，綠色，每分鐘閃爍一次，指示分脈沖。IDC540前面板說明（續）4）液晶屏，顯示各種時間信息，配置信息，運行信息。5）時間信號來源指示燈，共3個綠色指示燈，分別標識為“時源1”、“時源

2”、“時源3”，每次只能有1個燈亮，若“時源1”燈亮則表示目前系統與

時源1同步，其他兩個指示燈同理。若3個指示燈都不亮則表示系統處

于守時狀態。6）時源同步狀態指示燈，共3個綠色指示燈，分別標識為“時源1”、“時源

2”、“時源3”，任一燈亮則表示該時鐘源已經與輸入信號鎖定。7）鍵盤，共四個鍵，分別是“項目”鍵、“>”（右移）鍵、“＋”（累加）鍵、

“確定”（回車）鍵，使用這四個鍵可以切換顯示畫面或輸入配置信息。540后面板說明12345678910111213141516IDC540共有16個槽位，其中1號槽位固定為電源槽位，16號槽位固定為測試告警插件槽位。2－15號槽可任意插信號輸出插件，時源插件可任意插在13－15共3個槽位上。如果要配置冗余電源，可以插在2號槽位上（電源插件占兩個槽位）。IDC540常見問題1。我的540機箱中插有北斗板同步插件，沒插GPS同步插件，在用戶現場發現北

斗同步插件長時間運行都不同步，為什么？

北斗同步插件運行時需要置入有效的海拔高度。本公司產品出廠時都根據用

戶現場位置置入的大概的海拔高度，如果海拔高度誤差大，會出現北斗插件

不能同步的問題，如果現場還有另一臺鐘插有GPS插件，可以將GPS鐘顯示

的海拔高度通過前面板置入本鐘，這時北斗插件就可以正確同步。2。我的時間同步系統在一臺540機箱中同時插有GPS同步插件和北斗同步插件，

使用中是否還需要手動置入本地的海拔高度？

不需要。如果一臺機箱中同時裝有GPS同步插件和北斗同步插件，設計會自

動將GPS同步插件上得到的海拔高度傳給北斗同步插件，使北斗同步插件能

結算出正確的本地時間。3。我發現北斗同步插件上電后告警燈閃爍，這正常嗎？

在北斗同步插件剛上電的半小時內如果北斗模塊在解算過程中發覺海拔高度

異常，會通過告警燈閃爍進行指示，提示海拔高度可能不準確，經過一段時

間后北斗同步插件仍有可能進入同步狀態，如果連續半個小時不能同步，北

斗插件就會點亮告警燈進行告警。如果本設備未插有GPS插件又是在本地首

次投入運行，就要手動置入海拔高度了。4。我的540子鐘通過B格式接收主鐘的對時信號，同步后子鐘顯示海拔高度和衛

星數都是0，這正常嗎？

正常，衛星鐘顯示當前時源的地理位置信息和當前時源使用的衛星數，如果

當前時源不含有地理位置信息和衛星數，則該項目顯示為0。因為B格式中不

含有地理位置信息