卫星授时应用解析

一：什么是卫星授时

授时设备从北斗导航卫星或者GPS导航卫星的信号上获取标准的时间信息，将这些信息通过各种类型的接口传输给需要时间信息的设备（计算机、主控器、采样设备、RTU等），这样就可以达到单个设备的时间校准或者多个系统的时间同步，这个过程就叫做卫星授时。

二:卫星授时工作原理

无论GPS卫星或者北斗卫星上都搭载了原子钟(铯钟或者是铷钟)。有了精确的时钟，加上地面站的不断校正，卫星系统的时间会是非常准确的。卫星会在自己的电文中播发一个时间，播发这个时间的信号边沿是和这个时间值严格对应的。通过测量这个边沿，可以在本地恢复出一个精确的变化边沿，这个边沿是与发射时刻同步的。导航电文中提供了当前时刻所在的“周数”，这个周数是从北斗或者GPS系统的起始时间开始计数的，另外通过计算调制在载波上的伪随机码的信息可以知道当前的周内秒，有了这些信息即可实现授时功能。

三：常见的授时方式

目前主流的时间同步信号及接口方式有1PPS/1PPM、IRIG-B码、RS-232串口和NTP网络授时等。1PPS/1PPM脉冲和IRIG-B码授时精度最高可达到纳秒量级，RS-232和NTP授时一般情况下精度可达毫秒量级。1PPS/1PPM和IRIG-B码和RS-232都需要专用接口和线缆，而NTP方式则可采用网络的方式。

a) 1PPS/1PPM授时方式

此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲信号。显然，脉冲输出不含具体时间信息。

b)  B码授时方式

IRIG共有A、B、D、E、G、H几种编码标准。其中在时间同步应用中使用最多的是IRIG-B编码，有DC码 (BC电平偏移)、AC码 (1kHz正弦载波调幅)等格式。IRIG-B信号每秒输出一帧，每帧长为一秒。一帧共有100个码元，由不同脉冲宽度的码元来代表二进制0、1和位置标志位。

c)  RS-232串口授时方式

时间输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文。时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断结果等丰富的信息。此种方法可以在计算机上使用软件直观的看到当前的时间信息，并且随时的校正计算机时间，使用非常方便。

d)网络授时方式

网络授时是使用NTP协议在互联网上传递统一、标准的时间。具体的实现方案是在网络上指定若干时间服务器，为用户提供授时服务，并且这些时间服务器间应该能够相互比对，提高准确度。局域网内所有的PC、服务器和其他设备通过网络与时间服务器保持同步，NTP协议自动判断网络延时，并对得到的数据进行时间补偿。从而使局域网设备时间保持统一精准。

四：常用的计算机授时方法

目前计算机对时间的保持方法比较单一,在计算机关闭时,由主板上的晶体依靠电池供电运行,保持时间。计算机开机后,由计算机的BIOS里安装的软件程序进行计时。主板上的晶体长期运行会有漂移,软件计时会受系统程序或者其它应用软件程序的影响而产生较大的误差。所以计算机本身很难保证其时间精度,也无法保证多台计算机之间的时间同步精度。

为了解决这一问题,利用卫星定位系统的高精度时钟源作为时间参考,实现全球范围内的时钟精密修改和同步。从卫星定位模块上取得数据和秒脉冲信号通过数据接口传输给计算机。在计算机上用授时软件读取到数据处理后,得到精确的时间脉冲标志和时间数据。在秒脉冲到来时刻,将接收到的时间数据进行处理,并更新计算机的系统时间。通过这种方法可以保证单台计算机任意时刻的时间精度,也可以达到多台计算机之间时间高精度同步的目的。