GPS系统中，卫星时钟如何实现与地面时钟的同步

通过站间和星地时间比对观测与处理完成地面站间和卫星与地面站间时间同步。具体 *** 作如下：通过分布国土内的监测站负责对其可视范围内的卫星进行监测，采集各类观测数据后将其发送至主控站，由主控站完成卫星轨道精密确定及其它导航参数的确定、广域差分信息和完好性信息处理，形成上行注入的导航电文及参数。通过以上工作同步完成后，星地间的时钟也就同步了！

基于在用户端精确测定和扣除GPS时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定时与校准。GPS定时准确度取决于信号发射端、信号在传输过程中和接收端所引入的误差，主要误差有：

◆ 信号发射端：卫星钟误差、卫星星历（位置）误差；

◆ 信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多路径误差；

◆ 接收端：接收机时延误差、接收机坐标误差、接收机噪声误差。 根据频率和周期互为倒数的关系，可采用比时法（测时间间隔）的方法（以GPS的秒信号为参考）来测量本地钟的频率准确度（Δf/f），以达到校频的目的。Δf/f=（Δt2-Δt1)/(t2-t1) ------------ [3]（式中Δt2、Δt1分别为t2、t1时刻测得的本地钟与GPS时的时差值）。

GPS卫星时钟同步系统利用RS232接口接收GPS卫星传来的信号，然后经主 CPU 中央处理单元的规约转换、当地时间转换成满足各种要求的接口标 （RS232/RS422/RS485 等）和时间编码输出（IRIG_B 码，ASCII 码等）。GPS 卫星时钟同步系统一般由 GPS 卫星信号接收部 分、CPU 部分、输出或扩展部分、电源部分、人机交互模块部分组成。 GPS 时钟同步系统主要有同步脉冲输出、串行时间信息输出和 IRIG- B 码输出三种对时方式。

脉冲同步输出方式，即同步时钟每隔一定的时间间隔输出一个精确的同步脉冲。被授时装置在接收到同步脉冲后进行对时，消除装置 内部时钟的走时误差。脉冲同步的缺点是无法直接提供时间信息，被 授时装置如果时间源就出错，会一直错误走下去。 串行同步输出方式，是将时刻信息以串行数据流的方式输出。

各 种被授时装置接收每秒一次的串行时间信息获得时间同步，在未接收 到广播对时令的这段时间间隔内，装置时钟存在自身走时误差问题， 使用串行方式对时比脉冲对时方式复杂，另外在接收过程中，信息处 理耗费的时间也会影响对时精度，所以主要用于给事件加上时间标 记，如果要提高对时精度，现场应用时还需要再给出秒对时脉冲信号。 利用 1PPS（秒脉冲）信号的上升沿来实现外部时钟与 GPS 时钟的同步 以及将同步误差抑制在满足系统精度要求范围之内。

IRIG- B 码输出方式，IRIG 组织发布的用于各系统时间同步的时 间码标准,其中应用最广泛的是 IRIG- B 版本，简称 B 码。B 码以 BCD 码方式输出，每秒输出一次，内含 100 个脉冲，输出的时间信息为：秒、 分、时，日期顺序排列。B 码信号一般有(TTL)电平方式、RS422 电平方 式、RS232 电平方式、调制信号（AM）四种形式。脉冲对时和串行口对 时各有优缺点，前者精度高但是无法直接提供时间信息；而后者对时 精度比较低，尤其是多小室模式或者监控系统中有多个管理机、多个 子系统的时候时间精度受串口通信时延的影响尤为突出。

B 码对时兼 顾了两者的优点，是一种精度很高并且又含有标准的时间信息的对时 方式，当变电站的智能设备采用 B 码对时，就不再需要现场总线的通 信报文对时,也不再需要 GPS 输出大量脉冲接点信号。按技术规范规 定凡新投运的需授时变电站自动化系统间隔层设备，原则上应采用 IRIG- B 码（DC）时钟同步信号。

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    GPS卫星同步时钟系统注意事项：

为保证 GPS 卫星同步时钟系统的功能、精度和效率，应做好日常的保养和维护工作，应定时对 GPS 对时系统各个部件进行检查，首先 应检查装置显示面板上的天线信号是否正常，再检查显示面板上锁定 的卫星数量（一般应大于 3），以上两项正常后再用显示面板上所显示的时间与各个对时设备上所显示或打印的时间进行比对，以确认对时系统内所有参与对时的设备的对时单元工作正常，定时对系统内的各个部件进行巡检以保证整个系统的可靠性。

在GPS屏内还应加装监视装置,运行状态的告警接点输出，包括电源消失告警、IRIG- B 信号消失告警以及本装置自检异常告警以便及时反应 GPS运行情况。正常工作时，电源指示应该正常，“1PPS”脉冲指示灯每秒闪烁一次，当发出“IRIG- B信号消失告警”表示本机未 正确收到 IRIG- B 的输入信号，应做进一步检查。

GPS时钟是全球卫星定位系统中的重要组成部分，它主要用于提供卫星的时间戳信息和同步卫星之间的时钟。GPS时钟有效的话，其输出的时钟应该是准确和稳定的。如果GPS时钟输出错误的时钟，那么其实就是无效的，对于卫星的定位和通信会产生很大的影响。IT行业中的很多领域都需要准确的时间信息，如果GPS时钟输出的时间有误，那么将会导致严重的后果。因此，我们平时应该注意GPS设备及时进行校准和维护，确保其输出的时间准确无误。

GPS卫星时钟守时原理：

北斗时频的“XBD211-XO NTP网络时间服务器”通过接收卫星信号给终端设备授时的，当时间服务器失去卫星信号的情况时，就不能保证时间准确性了，这就需要时间服务器具守时功能。时间服务器内置高精度温补晶振，在卫星失锁的情况下，还可以实现长时间、高精度的守时功能，并提供准确时间信息和脉冲输出时间，是建立时间尺度和实现时间统一的专用授时仪器。时间服务器也可选择恒温晶振、铷原子钟、驯服恒温晶振模块、驯服铷钟模块等守时精度更高的模块。

GPS卫星时钟产品功能：

“XBD211  NTP网络时间服务器”具时钟服务器是为大、中型局域网设备提供精确、标准、安全、稳定的多功能网络时间同步服务的最佳解决方案，“XBD211-XO NTP网络时间服务器”时钟服务器采用高精度GPS/北斗双模授时接收机，提供精确的秒同步时钟信号，并由GPS/北斗授时接收机秒信号驯服校准，内置高稳定度铷原子钟，并由GPS/北斗授时接收机秒信号驯服校准，守时精度实现日漂移10微秒，XBD211时钟服务器采用软硬件协同的网络安全技术，标准的NTP和SNTP网络对时协议，工业级服务器主板，同时还可支持串口授时、1PPS脉冲信号输出，B码输出等功能。同时，“XBD211-XO NTP网络时间服务器”内置双电源和锂电（选配），适合于政府等保密机房，在不允许外接卫星天线的情况下，可以在室接上卫星天线外把卫星时钟服务器时间校准，然后拔掉天线把设备抱到室内运行。

“XBD211 NTP网络时间服务器”提供的高精度的网络同步时钟直接溯源于GPS/北斗系统中各个卫星的原子钟（也可以根据用户的要求选择其他卫星授时系统作为时间的基准源），设备由高精度高灵敏度授时型GPS接收机、高可靠性工业级服务器主板、高亮度OLED液晶显示屏和高品质1U工业机箱等部件组成， 时钟服务器采用高效的嵌入式Linux *** 作系统，配合北斗时频自主知识产权的卫星授时、网络同步、频率测控等技术，该产品系统整体功耗小，采用无风扇设计，运行可靠稳定，可以为计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统、电子商务系统、网上B2B系统以及数据库的保存及维护等系统需要提供精密的标准时间信号和时间戳服务，已经被成功应用于政府金融、移动通信、公安、石油、电力系统、交通能源、工业以及航空航天测控等领域。

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