GPS时钟在数字同步网中的应用

郑瑜

[摘 要]本文首先介绍了gps，并分析了gps时钟同步原理，在此基础上，阐述了有关gps时钟同步系统的设计问题，并对其在电台的应用情况进行了深入研究，希望能够为广播电台有关人员提供参考。

[关键词]gps时钟；同步；原理；电台

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0120-01

引言：从全球范围内来看，不同时区的时间存在差异，对于电台而言，确保时间的精确度十分重要，因此需将gps时钟同步技术应用到具体工作过程中，以北斗二代或GPS卫星授时源联合局域网网络统一授时，确保时间达到同步的标准，提高时间的精确度。

一、gps时钟同步原理

（一）gps时钟同步原理

gps时钟同步指的是采用gps技术实现时钟同步的过程。具体需要通过gps信号的传输来实现，包括一站单机授时法与共视比对授时法两种。两种授时法的差别在于使用gps接收机的数量不同，前者仅需一台接收机便可完成授时，而后者则需要两台的同时作用。具体授时方法包括以下两种：（1）一站单机授时。一站单机授时，要求采用一台gps接收机来完成，采用接收机，接收在某个固定位置的卫星信号，以此确保需要调整时间的时钟，其时间能够与gps时间相对应，提高时钟时间的标准程度，与此同时，使GPS卫星成为授时源，提高授时精度。（2）共视比对授时。共视比对授时，要求采用两台gps接收机来完成，需将两个接收机，分别安置在不同位置，以从两个不同的位置出发，共同实现对卫星的观测，实现对卫星信号的接收，以此达到将时钟时间调整为标准时间的目的。实践证明，采用上述方法所确定的时间，精确度更高，这是该方法优势的主要体现。

（二）北斗二代授时

gps授时具有准确性高的特点，但受技术所属因素限制，当前国内主要以北斗二代授时源为主，综合采用gps方法实现电台授时，既提高了授时的安全性，又能够在北斗授时出现问题时，采用gps作为备用，提高授时的联系性，对于电台的正常运行具有重要意义。具体授时方法包括单向授时与双向授时两种，授时的实现如下：（1）当电台需要时间服务时，用户机能够接收由中心站发出的时间信号，以及卫星的精确坐标参数。电台可根据所接收到的信息，计算出电波从地面中心站到接收机的时延，以此为基础，达到时间同步的目的。（2）当电台需要时间服务时，用户机能够接收由中心站发出的时间信号，经固定延迟后，再接收相应的回答信号，由此计算电波往返的时延。进而实现授时。与前一种授时方法相比，该方法可有效抵消信号传播中的误差，精确度更高。

二、gps时钟同步系统设计

Gps时钟同步系统的设计，应以不同模块的设计为主，总的来说，系统主要包括接收天线、射频处理单元、BD信息处理单元、授时信息融合处理单元、I/O接口单元、显示控制单元、电源模块等。

（1）接收天线。接收天线是系统的重要组成部分，功能在于实现对信号的接收，以此为授时过程提供依据。所接收到的北斗卫星信号，能够被放大，进而被发送到射频处理模块。

（2）射频处理模块。射频处理模块能够将自身所接收到的信号，进行再次放大，并对信号进行下变频、滤波等处理，在此基础上，将其输送到BD信息处理单元。

（3）BD信息处理单元。该单元的主要功能在于获取北斗卫星系统所提供的时间信息。

（4）授时信息融合处理单元。BD信息处理单元所获取的时间信息，能够被传输到授时信息融合处理单元中，该单元的功能，在于对所接收到的时间信息，进行综合处理，使其时间信息得到统一。

（5）I/O接口单元。I/O接口单元的功能在于输出1pps和RS-232信号，显示控制单元完成必要的信息显示和键盘输入及其它人机界面功能。

（6）显示控制单元与电源模块同样属于北斗授时系统的主要模块。

三、gps时钟在电台的应用

（一）gps时钟的应用

gps时钟在电台的应用，需要在各模块功能共同发挥的基础上实现。模块使用基本的TPC套接字编码，面向客户端，实现相应功能。总的来说，客户端以及服务器对Socket机制要求不同，在TPC套接字编码的支持下，机制能够有效的满足不同要求。gps时钟同步系统时间比对以及调整时间功能的实现，需要客户端首先发出请求，在此基础上，服务器则会实现监听功能，并分析客户端的请求内容，判断其是否合理，并根据判断结果，向客户端反馈，以此达到提高时间调整效率的目的，确保广播节目正常播出。

（二）NTP授时精度测量

NTP又称网络时间协议，指的是通过因特网服务于计算机时钟的时间同步协议。该协议相对复杂，在调整时间分配方面，具有较高的精确度，而为了确保NTP授时精度能够得到进一步的提高，需要建立相应的测量系统来实现。

从理论的角度分析，将NTP用于电台中，精确度能够达到十亿分之一秒，但需认识到的是，由于gps时钟同步，以共视比对授时为主，要求采用两台gps服务器，实现对同一个卫星的监测，而受种种原因影响，两个服务器在信号的反馈时间方面会存在一定的差别，因此，实际上，NTP在电台中的应用，也会造成一定的授时偏差，因此，必须加强对NTP授时精度测量的重视，要做好相应的软件以及硬件的设计工作，以此提高授时精确度，确保广播节目源更加标准。

（三）雷达时评测评系统

雷达时评测评系统的功能，在于进一步提高时钟同步效果。系统硬件设备可采用外接gps模块，也可采用板内gps模块，两种模块不应同时工作，且两种模块分别对应着不同的秒脉冲和数据串口连接形式。如外接gps模块运行，则应将秒脉冲以及数据串口连接到接口板，跳线帽接到下方，确保广播信号源正常接收。

系统软件包括数据接收软件。方位时标软件、点迹时标精度测算、借口管理等软件。不同软件具有不同的功能。首先，方位时标软件的功能在于，接收由单片机所传输的正北和范围的毫秒时间，并结合gps时间，计算出绝对时间，完成广播信号源的收集等工作。

结论

gps时钟同步在电台等各领域都有所应用，在gps技术的支撑下，时钟同步能够有效的实现，将其用于电台中，对于广播信号源的收集以及利用，具有重要价值，因此，电台必须加强对该技术的重视。

参考文献

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