北斗授時(shí)簡介課件

北斗授時(shí)2015年11月10日1北斗授時(shí)2015年11月10日1目錄術(shù)語定義授時(shí)原理物理架構(gòu)產(chǎn)品描述總結(jié)2目錄術(shù)語定義授時(shí)原理物理架構(gòu)產(chǎn)品描述總結(jié)2時(shí)間與時(shí)鐘1PPS（1pulsepersecond）、TODNTP/SNTP原子鐘（氫、銣、銫）銫133的共振頻率為9192631770Hz）晶體鐘（10MHz）TAI（internationalatomictime國際原子時(shí)）UTC（coordinateduniversaltime協(xié)調(diào)世界時(shí)，又稱時(shí)間統(tǒng)一時(shí)）北京時(shí)間：UTC+8一、術(shù)語定義3時(shí)間與時(shí)鐘一、術(shù)語定義3時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間參照：天文時(shí)UTI(UniversalTime)、國際原子時(shí)TAI(InternationalAtomicTime)、協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC(CoordinatedUniversalTime)、北京時(shí)間等。授時(shí)系統(tǒng)三大要素：時(shí)鐘源、時(shí)間傳遞、校時(shí)。4時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間參照：4時(shí)間同步時(shí)間同步是指設(shè)備都工作在同一時(shí)間下，不能有毫秒甚至是微秒級(jí)的差異。便于準(zhǔn)確記錄每個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻，特別是出問題時(shí)可以追根朔源，找到問題的發(fā)生點(diǎn)。頻率同步只是要求工作在某個(gè)固定的頻率上，便于復(fù)用和解復(fù)用，又叫時(shí)鐘同步！5時(shí)間同步時(shí)間同步是指設(shè)備都工作在同一時(shí)間下，不能有毫秒甚至是二、授時(shí)原理（RDSS單向授時(shí)）在單向授時(shí)模式下，用戶機(jī)不需要與地面中心站進(jìn)行交互，但需已知接收機(jī)精密坐標(biāo)，從而可計(jì)算出衛(wèi)星信號(hào)傳輸時(shí)延，經(jīng)修正得出本地精確的時(shí)間。6二、授時(shí)原理（RDSS單向授時(shí)）在單向授時(shí)模式下，用戶機(jī)不需2.1RDSS雙向授時(shí)雙向定時(shí)的所有信息處理都在中心控制站進(jìn)行，用戶機(jī)只需把接收的時(shí)標(biāo)信號(hào)返回即可。中心站系統(tǒng)在TO時(shí)刻發(fā)送時(shí)標(biāo)信號(hào)ST0，該時(shí)標(biāo)信號(hào)經(jīng)過延遲T1后到達(dá)衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)后經(jīng)T2到達(dá)定時(shí)用戶機(jī)，用戶機(jī)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行的處理，也可看做信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)T3的傳播時(shí)延到達(dá)衛(wèi)星，衛(wèi)星把接收的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)T4的傳播時(shí)延傳送回中心站系統(tǒng)。也即表示時(shí)間T0的時(shí)標(biāo)信號(hào)ST0，最終在T0+T1+T2+T3+T4時(shí)刻重新回到中心站系統(tǒng)。中心站系統(tǒng)把接收時(shí)標(biāo)信號(hào)與發(fā)射時(shí)刻相減，得到雙向傳播時(shí)延T1+T2+T3+T4，除以2得到從中心站到用戶機(jī)的單向傳播時(shí)延。中心站把這個(gè)單向傳播時(shí)延發(fā)送給用戶機(jī)，定時(shí)用戶機(jī)接收到的時(shí)標(biāo)信號(hào)及單向傳播時(shí)延計(jì)算出本地鐘與中心控制系統(tǒng)時(shí)間的差值△￡，修正本地鐘，使之與中心控制系統(tǒng)的時(shí)問同步。

72.1RDSS雙向授時(shí)雙向定時(shí)的所有信息處理都在中心控制站2.2RNSS授時(shí)與GPS授時(shí)一致，用戶設(shè)備只需接收衛(wèi)星廣播的RNSS導(dǎo)航信號(hào)，即可獲得北斗系統(tǒng)時(shí)間，然后將本地時(shí)間與北斗系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行比較得到本地時(shí)鐘與北斗系統(tǒng)時(shí)間的偏差。如果測站坐標(biāo)已知，并且精度可靠，那么只要收到一顆衛(wèi)星的信號(hào)即可進(jìn)行精確授時(shí)。如果測站坐標(biāo)未知，RNSS只要能接收到四顆或四顆以上衛(wèi)星，即可解算出位置和鐘差，實(shí)現(xiàn)定位與授時(shí)。82.2RNSS授時(shí)與GPS授時(shí)一致，用戶2.3RDSS單雙向授時(shí)對(duì)比雙向定時(shí)和單向定時(shí)的主要差別在于從中心站系統(tǒng)到用戶機(jī)傳播時(shí)延的獲取方式；在北斗系統(tǒng)中單向定時(shí)精度的系統(tǒng)設(shè)計(jì)值為100ns，雙向定時(shí)為20ns；單向定時(shí)需要事先計(jì)算用戶機(jī)的位置；雙向定時(shí)無需知道用戶機(jī)的位置，所有處理都在中心站系統(tǒng)完成。單向定時(shí)由于采用被動(dòng)方式進(jìn)行，不占用系統(tǒng)容量。而雙向定時(shí)是通過與中心站交互的方式來進(jìn)行定時(shí)，因此會(huì)占用系統(tǒng)容量，受到一定的限制。92.3RDSS單雙向授時(shí)對(duì)比雙向定時(shí)和單向定時(shí)的主要差別在2.4三種授時(shí)技術(shù)對(duì)比102.4三種授時(shí)技術(shù)對(duì)比10三、物理架構(gòu)（北斗授時(shí)服務(wù)器/北斗授時(shí)用戶機(jī)）11三、物理架構(gòu)（北斗授時(shí)服務(wù)器/北斗授時(shí)用戶機(jī)）113.1北斗授時(shí)接收模塊北斗高精度授時(shí)接收模塊接收“北斗一號(hào)”衛(wèi)星信號(hào)，采用單向授時(shí)技術(shù)，采用一次下變頻射頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星信號(hào)的快速捕獲、跟蹤、解調(diào)功能，恢復(fù)出衛(wèi)星數(shù)據(jù)和同步信號(hào)。結(jié)合高精度北斗衛(wèi)星授時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)與高精度數(shù)字時(shí)頻標(biāo)合成技術(shù)，完成衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的平滑濾波和最優(yōu)估值、電波的電離層校正、多普勒校正、電波時(shí)延等計(jì)算、TOD時(shí)間信息輸出和時(shí)標(biāo)信號(hào)合成控制。設(shè)計(jì)輸出1PPS性能指標(biāo)優(yōu)于100ns。北斗授時(shí)接收模塊主要包括：接收天線、射頻模塊、中頻數(shù)字接收單元、衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元和用戶接口單元，通過設(shè)定用戶本地位置、北斗衛(wèi)星信號(hào)的接收與衛(wèi)星定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)，生成授時(shí)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單向授時(shí)功能。123.1北斗授時(shí)接收模塊北斗高精度授時(shí)接收模塊3.3時(shí)頻處理模塊時(shí)頻處理模塊是本系統(tǒng)的重要組成部分，主要完成北斗與GPS雙衛(wèi)星系統(tǒng)授時(shí)性能監(jiān)測、判優(yōu)與智能切換、高精度本地時(shí)間維護(hù)、高精度時(shí)頻標(biāo)合成、內(nèi)部協(xié)議分析及轉(zhuǎn)發(fā)、顯示與人機(jī)交互等功能。可根據(jù)對(duì)時(shí)間保持能力的要求高低配置不同的晶體鐘或原子鐘測量兩個(gè)脈沖之間的相位差（時(shí)間間隔）通?？刹捎酶哳l脈沖計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)。3.2時(shí)鐘模塊133.3時(shí)頻處理模塊時(shí)頻處理模塊是本系統(tǒng)的重要組3.4用戶交互模塊設(shè)備基于嵌入式操作系統(tǒng)，采用Web、Telnet、snmp方式，在IE瀏覽器中輸入時(shí)間服務(wù)器的口地址等參數(shù)，完成對(duì)設(shè)備的本地和遠(yuǎn)程集中管理。網(wǎng)絡(luò)管理具有豐富的用戶交互和信息處理能力，主要功能如下：①狀態(tài)查詢：完成系統(tǒng)狀態(tài)的查詢，北斗衛(wèi)星的主要信息、TOD時(shí)間信息、1PPS可用度，網(wǎng)絡(luò)授時(shí)狀態(tài)，主備用衛(wèi)星源，網(wǎng)絡(luò)信息等。②設(shè)備管理：完成北斗授時(shí)接收板的工作參數(shù)設(shè)置和主用時(shí)間源的選擇。③系統(tǒng)管理：完成設(shè)備用戶管理和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，包括添加用戶，修改用戶密碼和刪除用戶。④高級(jí)設(shè)置：包括安全設(shè)置和恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置。安全設(shè)置包括超時(shí)時(shí)間設(shè)置和可登陸IP地址范圍。143.4用戶交互模塊設(shè)備基于嵌入式操作系統(tǒng)，采用Web、Tel3.5應(yīng)用接口模塊應(yīng)用接口單元提供RS232電平標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息(TOD)和秒脈沖信號(hào)（1PPS）等基本時(shí)間同步輸出接口。同時(shí)，可根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)不同電氣特性的接口，例如網(wǎng)絡(luò)授時(shí)接口(NTP／SNTP)，RS422／RS485電平串行報(bào)文信息、電力時(shí)間同步專用的分脈沖（1PPM）和時(shí)脈沖（1PPH）等。

在應(yīng)用接口模塊中，其核心部分是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議單元，實(shí)現(xiàn)NTP／SNTP授時(shí)服務(wù)。NTP／SNTP是國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)協(xié)議，用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，其結(jié)構(gòu)采用client／server服務(wù)方式，由用戶向時(shí)間服務(wù)器申請服務(wù)，服務(wù)器將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)簽(timestamp)發(fā)送給用戶，用戶軟件根據(jù)服務(wù)器提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間及傳輸延遲，計(jì)算本地時(shí)間改正，經(jīng)多次計(jì)算并濾波處理，改正后設(shè)置本地時(shí)間。153.5應(yīng)用接口模塊應(yīng)用接口單元提供RS232電客戶端根據(jù)T1、T2、T3、T4計(jì)算出鐘差T及時(shí)延改正D，然后修正本地時(shí)間，計(jì)算公式如下：D=((T4-T1)-(T2-T3))／2T=((T2-T1)+(T3-T4))／23.5應(yīng)用接口模塊16客戶端根據(jù)T1、T2、T3、T4計(jì)算出鐘差T及時(shí)延改正D，然衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元采用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)，具有同時(shí)處理多路信號(hào)的能力，主要完成衛(wèi)星信號(hào)維特比譯碼、校驗(yàn)、數(shù)據(jù)拼裝、衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)的平滑濾波和最優(yōu)估值、電波的電離層校正、電波時(shí)延計(jì)算、多普勒校正和UTC時(shí)間解算等功能。TOD時(shí)間信息經(jīng)并口傳送至單片機(jī)再由異步串口輸出。秒脈沖合成單元秒脈沖合成單元采用DSP和FPGA共同實(shí)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)處理中加強(qiáng)鐘差信號(hào)的數(shù)字濾波和容錯(cuò)設(shè)計(jì)，以提高抗干擾能力；在脈沖合成設(shè)計(jì)中采用直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)，提高合成設(shè)計(jì)的靈活性及秒脈沖的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定度；針對(duì)時(shí)頻應(yīng)用的要求與特點(diǎn)，采用先進(jìn)的時(shí)間頻率守時(shí)技術(shù)，提高時(shí)頻信號(hào)的可靠性，以滿足高精度時(shí)頻應(yīng)用的要求。17衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理單元采用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DS四、產(chǎn)品描述網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器具有以下功能：1．完善的北斗和GPS信號(hào)監(jiān)測，自動(dòng)或手動(dòng)選擇衛(wèi)星信號(hào)。2．支持標(biāo)準(zhǔn)NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間傳輸協(xié)議。3．支持本地和遠(yuǎn)程網(wǎng)管，通過網(wǎng)絡(luò)口進(jìn)行參數(shù)配置。4．最大支持上萬個(gè)用戶的網(wǎng)絡(luò)授時(shí)服務(wù)。5．提供基于RS232的時(shí)碼輸出。6．提供高精度1PPS輸出。7．提供光纖IRIG-B對(duì)時(shí)報(bào)文輸出。8．調(diào)幅波形式的交流IRIG-B碼。9．支持RS485方式輸出對(duì)時(shí)報(bào)文。18四、產(chǎn)品描述網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器具有以下功能：18技術(shù)指標(biāo)：

1、采用單獨(dú)組屏，擴(kuò)展靈活，便于管理。

2、

多時(shí)間源可供選擇，除采用GPS系統(tǒng)外，還可選用我國的北斗星系統(tǒng)，可靠性更高。

3、采用對(duì)值班人員透明化設(shè)計(jì)，時(shí)間顯示、衛(wèi)星通道狀態(tài)、工作狀態(tài)的指示一目了然。

4、主時(shí)鐘和擴(kuò)展時(shí)鐘采用冗余配置，自動(dòng)無擾切換。

5、主時(shí)鐘和擴(kuò)展時(shí)鐘內(nèi)部有高精度時(shí)間自保持單元，精度為7×10-9。

6、多種對(duì)時(shí)規(guī)約，可由用戶要求指定。

7、精美標(biāo)準(zhǔn)19”U型（2U或4U）架裝式機(jī)箱，采用標(biāo)準(zhǔn)電力機(jī)柜屏。

8、授時(shí)精度高，最高精度達(dá)30ns。

9、有多種對(duì)時(shí)方式，可靈活配置，支持硬對(duì)時(shí)（PPS、PPM、PPH）、軟對(duì)時(shí)（串口報(bào)文）、編碼對(duì)時(shí)（IRIG-B、DCF77）和網(wǎng)絡(luò)NTP對(duì)時(shí)，可以滿足國內(nèi)外不同設(shè)備的授時(shí)接口要求。10、裝置的所有時(shí)鐘信號(hào)輸出均經(jīng)過光電隔離，抗干擾能力強(qiáng)。

環(huán)境要求

工作溫度：-10°C+60°C

貯存溫度：-40°C+80°C

電氣要求

電源：交流220V±10%

47HZ~63HZ或直流110V/220V

電磁兼容性：符合“GB/T13926_1992工業(yè)過程測量和控制裝置的電磁兼容性”中有關(guān)規(guī)定的要求，并且超過III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

功耗：不大于15W

性能指標(biāo)：捕獲衛(wèi)星（鎖定）時(shí)間：

——熱開機(jī)（瞬間掉電）≤15秒。

——冷開機(jī)（位置未變的重開機(jī)）≤45秒。

——位置改變后重開機(jī)≤1分鐘。

——本地首次開機(jī)≤2分鐘。

位置精度：10m

時(shí)間精度;±100ns19技術(shù)指標(biāo)：

1、采用單獨(dú)組屏，擴(kuò)展靈活，便于管理。

2五、總結(jié)不同授時(shí)領(lǐng)域?qū)r(shí)間同步系統(tǒng)的需求的差異性主要在于以下兩點(diǎn)：1．時(shí)間同步精度的高低；2．接口類型及電氣特性。誤差因子及解決方法授時(shí)精度能否達(dá)