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科普 | 三分鐘了解什么是GPS衛(wèi)星同步授時服務
來源:正瑞電子        瀏覽:1011         發(fā)布日期:2023-04-12

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品,GPS授時產品它從GPS衛(wèi)星上獲取標準的時間信號,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網絡授時、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網絡授時一般情況下精度可達毫秒量級。1PPS/1PPMIRIG-B碼都需要專用接口和線纜,而NTP網絡授時方式則可采用網絡的方式。

1NTP網絡授時

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NTP授時是通過NTP網絡時間服務器提供授時服務,在網絡上以指定時間服務器為基準時間源,提供授時服務,局域網所有的電腦、服務器和其他設備均可通過網絡與時間服務器保持同步。

具體的實現方案是在網絡上指定若干時間服務器,為用戶提供授時服務,并且這些時間服務器間應該能夠相互比對,提高準確度。局域網內所有的PC、服務器和其他設備通過網絡與時間服務器保持同步,NTP協議自動判斷網絡延時,并對得到的數據進行時間補償。從而使局域網設備時間保持統(tǒng)一精準。 

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前的時間信息并隨時校正計算機時間。

3IRIG-B碼授時

B碼授時方式IRIG共有ABDEGH幾種編碼標準。在時間同步中比較常用,有DC (BC電平偏移)AC (1kHz正弦載波調幅)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01和位置標志位。

41PPS/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


3GPS衛(wèi)星同步授時服務的應用場景

 

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,如果沒有精準的時間同步,就無法對飛行器的準確位置進行確認。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,最終導致嚴重事故。

除了航天領域之外,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)

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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。當不同的電網設備進行并網時,如果時間不一致,輕則帶來多余的能量損耗,重則直接短路,毀壞設備,癱瘓電網,造成大規(guī)模停電。

2)金融領域

現如今都是數字化金融,所有的交易都通過電腦和網絡進行。系統(tǒng)時間不同步,很可能導致交易失敗,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。我們現在使用的5G,基本上也是采用TDD時分復用模式。在大速率數據傳輸過程中,對時間同步精度要求極高。如果通信設備之間時間不同步,將影響時隙和幀,進而影響業(yè)務的正常進行。


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

 

 


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