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科普 | 三分鐘了解什么是GPS衛星同步授時服務

1、什么是GPS衛星授時?

GPS衛星同步授時是針對自動化系統中的計算機、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/1PPM和IRIG-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。

（1）NTP網絡授時

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一精準。 

（2）串口授時

時間輸出通過串行接口發送一串以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。

（3）IRIG-B碼授時

B碼授時方式IRIG共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標準。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落地，很多和我們生活息息相關的系統，也有了高精度授時需求。例如電力系統、金融系統、通信系統等。

 

（1）電力系統

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，給系統帶來安全隱患。

（3）通信系統

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，也需要足夠的穩定性。以TD-LTE為代表的TDD時分系統對時間同步的要求更高，系統時間同步要求在±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，進而影響業務的正常進行。

除了上述行業之外，包括學校、醫院、交通調度、地理測繪、氣象監測等各個領域，都對高精度時間同步有需求。

 

 

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