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科普 | 三分鐘了解什么是GPS衛(wèi)星同步授時服務(wù)

1、什么是GPS衛(wèi)星授時?

GPS衛(wèi)星同步授時是針對自動化系統(tǒng)中的計算機、控制裝置等進行校時的高科技產(chǎn)品，GPS授時產(chǎn)品它從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備（計算機、保護裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動裝置、遠動RTU），這樣就可以達到整個系統(tǒng)的時間同步。

2、常見的授時方式

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

（1）NTP網(wǎng)絡(luò)授時

NTP授時是通過NTP網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器提供授時服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)上以指定時間服務(wù)器為基準(zhǔn)時間源，提供授時服務(wù)，局域網(wǎng)所有的電腦、服務(wù)器和其他設(shè)備均可通過網(wǎng)絡(luò)與時間服務(wù)器保持同步。

具體的實現(xiàn)方案是在網(wǎng)絡(luò)上指定若干時間服務(wù)器，為用戶提供授時服務(wù)，并且這些時間服務(wù)器間應(yīng)該能夠相互比對，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)與時間服務(wù)器保持同步，NTP協(xié)議自動判斷網(wǎng)絡(luò)延時，并對得到的數(shù)據(jù)進行時間補償。從而使局域網(wǎng)設(shè)備時間保持統(tǒng)一精準(zhǔn)。 

（2）串口授時

時間輸出通過串行接口發(fā)送一串以ASCII碼表示的日期和時間報文。報文中可插入時鐘狀態(tài)等信息。這種方法可以通過軟件看到當(dāng)前的時間信息并隨時校正計算機時間。

（3）IRIG-B碼授時

B碼授時方式IRIG共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標(biāo)準(zhǔn)。在時間同步中比較常用，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(biāo)志位。

（4）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。

3、GPS衛(wèi)星同步授時服務(wù)的應(yīng)用場景

 

最早期的高精度授時要求，來自航空航天天飛行器。往往以極高的速度飛行，如果沒有精準(zhǔn)的時間同步，就無法對飛行器的準(zhǔn)確位置進行確認。尤其是太空對接等場景，如果兩個飛行器的時間不同步，那么距離就會差之千里，飛行姿態(tài)也會存在巨大誤差，最終導(dǎo)致嚴重事故。

除了航天領(lǐng)域之外，隨著高精尖科技逐漸在各行各業(yè)落地，很多和我們生活息息相關(guān)的系統(tǒng)，也有了高精度授時需求。例如電力系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。

 

（1）電力系統(tǒng)

我們通常使用的都是交流電，交流電中的電流方向是隨時間變化的。當(dāng)不同的電網(wǎng)設(shè)備進行并網(wǎng)時，如果時間不一致，輕則帶來多余的能量損耗，重則直接短路，毀壞設(shè)備，癱瘓電網(wǎng)，造成大規(guī)模停電。

（2）金融領(lǐng)域

現(xiàn)如今都是數(shù)字化金融，所有的交易都通過電腦和網(wǎng)絡(luò)進行。系統(tǒng)時間不同步，很可能導(dǎo)致交易失敗，在瞬息萬變的市場中錯過機會。不同步的時間，也有可能被黑客利用，給系統(tǒng)帶來安全隱患。

（3）通信系統(tǒng)

通信基站的切換、漫游需要精準(zhǔn)的時間控制，對同步精度的要求高，也需要足夠的穩(wěn)定性。以TD-LTE為代表的TDD時分系統(tǒng)對時間同步的要求更高，系統(tǒng)時間同步要求在±1.5μs。我們現(xiàn)在使用的5G，基本上也是采用TDD時分復(fù)用模式。在大速率數(shù)據(jù)傳輸過程中，對時間同步精度要求極高。如果通信設(shè)備之間時間不同步，將影響時隙和幀，進而影響業(yè)務(wù)的正常進行。

除了上述行業(yè)之外，包括學(xué)校、醫(yī)院、交通調(diào)度、地理測繪、氣象監(jiān)測等各個領(lǐng)域，都對高精度時間同步有需求。

 

 

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