科普 | 三分钟了解什么是GPS卫星同步授时服务

1、什么是GPS卫星授时?

GPS卫星同步授时是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品，GPS授时产品它从GPS卫星上获取标准的时间信号，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU），这样就可以达到整个系统的时间同步。

2、常见的授时方式

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

（1）NTP网络授时

NTP授时是通过NTP网络时间服务器提供授时服务，在网络上以指定时间服务器为基准时间源，提供授时服务，局域网所有的电脑、服务器和其他设备均可通过网络与时间服务器保持同步。

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。 

（2）串口授时

时间输出通过串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文。报文中可插入时钟状态等信息。这种方法可以通过软件看到当前的时间信息并随时校正计算机时间。

（3）IRIG-B码授时

B码授时方式IRIG共有A、B、D、E、G、H几种编码标准。在时间同步中比较常用，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。

（4）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。

3、GPS卫星同步授时服务的应用场景

 

最早期的高精度授时要求，来自航空航天天飞行器。往往以极高的速度飞行，如果没有精准的时间同步，就无法对飞行器的准确位置进行确认。尤其是太空对接等场景，如果两个飞行器的时间不同步，那么距离就会差之千里，飞行姿态也会存在巨大误差，最终导致严重事故。

除了航天领域之外，随着高精尖科技逐渐在各行各业落地，很多和我们生活息息相关的系统，也有了高精度授时需求。例如电力系统、金融系统、通信系统等。

 

（1）电力系统

我们通常使用的都是交流电，交流电中的电流方向是随时间变化的。当不同的电网设备进行并网时，如果时间不一致，轻则带来多余的能量损耗，重则直接短路，毁坏设备，瘫痪电网，造成大规模停电。

（2）金融领域

现如今都是数字化金融，所有的交易都通过电脑和网络进行。系统时间不同步，很可能导致交易失败，在瞬息万变的市场中错过机会。不同步的时间，也有可能被黑客利用，给系统带来安全隐患。

（3）通信系统

通信基站的切换、漫游需要精准的时间控制，对同步精度的要求高，也需要足够的稳定性。以TD-LTE为代表的TDD时分系统对时间同步的要求更高，系统时间同步要求在±1.5μs。我们现在使用的5G，基本上也是采用TDD时分复用模式。在大速率数据传输过程中，对时间同步精度要求极高。如果通信设备之间时间不同步，将影响时隙和帧，进而影响业务的正常进行。

除了上述行业之外，包括学校、医院、交通调度、地理测绘、气象监测等各个领域，都对高精度时间同步有需求。

 

 

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