GPS 時鐘系統(tǒng)（北斗/GPS雙模時鐘系統(tǒng),北斗網(wǎng)絡(luò)授時裝置,GPS對時儀）授時解決方案
隨著電廠、變電站自動化水平的提高，各種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的自動化裝置廣泛應(yīng)用，如調(diào)度自動化系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)裝置、故障錄波裝置。其運(yùn)行實(shí)行分層控制，設(shè)備的運(yùn)行往往要靠數(shù)百公里外的調(diào)度員指揮；電網(wǎng)運(yùn)行瞬息萬變，發(fā)生事故后更要及時處理，這些都需要有統(tǒng)一的時間基 準(zhǔn)。有了統(tǒng)一準(zhǔn)確的時間，既可實(shí)現(xiàn)全廠（站）各系統(tǒng)在GPS（北斗）時間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控，也可以通過事故后各開關(guān)動作、調(diào)整的先后順序及準(zhǔn)確時間來分析事故的原因及過程。統(tǒng)一準(zhǔn)確的時間是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，提高運(yùn)行水平的一個措施。因此，在電網(wǎng)內(nèi)的電廠、變電站及調(diào)度中心等建立的時間同步系統(tǒng)是必要和迫切的。
GPS 時鐘系統(tǒng)（GPS clock）指的是使用全球定位系統(tǒng)（GPS）信號作為時鐘參考源的時鐘。它通過接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號來確定其世界時鐘（UTC）參考源，以達(dá)到高精度和穩(wěn)定的時間測量。GPS時鐘主要應(yīng)用于精確時間測量、網(wǎng)絡(luò)同步以及位置服務(wù)等領(lǐng)域。本文將從以下幾個方面介紹GPS時鐘的作用：
一、GPS 時鐘系統(tǒng)的基本原理
全球定位系統(tǒng)（GPS）是一種基于衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，由一組在地球軌道上繞行的衛(wèi)星和地面控制站組成。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的精確定位依賴于接收器的時鐘準(zhǔn)確性，所以GPS衛(wèi)星也自帶精確的時鐘（Cesium atomic clock），它們是穩(wěn)定的時鐘之一。
原理就是接收GPS衛(wèi)星信號的過程。當(dāng)GPS衛(wèi)星發(fā)射信號時，它的信號中包含確定的時間信息（衛(wèi)星的精確時間），接收器接收到這些信號后就可以測量從信號發(fā)出到接收器到達(dá)的時間差，從而計(jì)算出接收器的位置。由于GPS衛(wèi)星自帶高精度的時鐘，GPS時鐘依賴于GPS衛(wèi)星信號的時間參考來測量時間，因此它可以實(shí)現(xiàn)非常高的時間精度和穩(wěn)定性。這也是GPS時鐘的一個顯著的特點(diǎn)。
二、GPS時鐘的作用
1. 精確時間測量
是全球范圍內(nèi)精確時間測量的重要工具。GPS系統(tǒng)本身也是精確的時鐘之一，而GPS時鐘通過實(shí)時接收GPS衛(wèi)星信號來確定其時鐘參考源，從而獲得高精度的時鐘信號。利用GPS時鐘可以實(shí)現(xiàn)毫秒級別的時間精度，這對于一些需要高精度時間測量的領(lǐng)域非常關(guān)鍵，比如粒子加速器、半導(dǎo)體制造等。
2. 網(wǎng)絡(luò)同步
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)時鐘同步對于系統(tǒng)的正確運(yùn)行和數(shù)據(jù)的一致性非常重要。而GPS時鐘可以通過其高精度的時間測量和穩(wěn)定性，提供一種可靠的網(wǎng)絡(luò)時鐘同步方案。利用GPS時鐘同步網(wǎng)絡(luò)時鐘可以實(shí)現(xiàn)微秒級別的同步，這對于高性能計(jì)算和通信網(wǎng)絡(luò)非常重要。
3. 智能手機(jī)位置服務(wù)
智能手機(jī)的位置服務(wù)是通過GPS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，而GPS時鐘則是維持GPS系統(tǒng)精準(zhǔn)測量的重要組成部分。GPS時鐘的高精度和穩(wěn)定性保證了信號傳輸?shù)臅r間精度，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的定位服務(wù)。如今，智能手機(jī)上的地圖應(yīng)用已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?，而這都離不開GPS定位和GPS時鐘的支持。
4. 科學(xué)研究
在科學(xué)研究中，時間測量對于研究結(jié)果的精度和可靠性至關(guān)重要。而GPS時鐘作為高精度和穩(wěn)定性的時間測量工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多科學(xué)研究領(lǐng)域，如天文學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、氣象學(xué)等。在這些領(lǐng)域中，GPS時鐘可以用來跟蹤地球的自轉(zhuǎn)、軌道的變化、氣候的變遷等重要數(shù)據(jù)，提供科學(xué)家們精確而可靠的時間測量。
三、GPS 時鐘系統(tǒng)的類型
按其種類可以分為主鐘（Master clock）和輔鐘（Slave clock）。主鐘是一個高精度的GPS時鐘，可以通過GPS衛(wèi)星接收器來接收GPS衛(wèi)星的信號，并將精確的時間信號提供給其他設(shè)備。而輔鐘一般為網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備，通過與主鐘同步工作，從而保持網(wǎng)絡(luò)的同步和一致性。
此外，還可以按照安裝方式分為內(nèi)置式（Build-in GPS clock）和外接式（External GPS clock）。內(nèi)置式GPS時鐘直接安裝在設(shè)備內(nèi)部，與設(shè)備結(jié)合程度高，通常用于精度要求較高的領(lǐng)域。而外接式GPS時鐘則獨(dú)立于設(shè)備之外，可以為多個設(shè)備提供時間參考，通常用于網(wǎng)絡(luò)同步和數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。
是一種以全球定位系統(tǒng)（GPS）信號作為時鐘參考源的高精度時鐘。GPS時鐘通過接收GPS衛(wèi)星信號來測量時間，實(shí)現(xiàn)高精度和穩(wěn)定的時間測量。GPS時鐘廣泛應(yīng)用于精確時間測量、網(wǎng)絡(luò)同步、位置服務(wù)、科學(xué)研究等領(lǐng)域。盡管GPS時鐘的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，但在實(shí)際應(yīng)用過程中也需要根據(jù)不同需求和場景選擇適合的GPS時鐘類型和安裝方式。
除了各設(shè)備廠家單獨(dú)安裝各自的時鐘同步系統(tǒng)解決對時問題外，更好的解決方案是全廠或站安裝統(tǒng)一的一套G P S 時鐘，所需要對時的地方集中安裝二級時鐘或?qū)︾姅U(kuò)展裝置。GPS 時鐘系統(tǒng)采用此方案的好處是：
?、?該方案能確保廠、站的時間真正統(tǒng)一。
G P S 時鐘受接收天線的安裝位置和天氣的影響較大，如果天線的安裝位置不佳，有遮擋時會造成，無法對時。相關(guān)設(shè)備只能靠內(nèi)部自身時鐘維持，而目前時鐘走時精度約為2秒/每日（DALLAS DS12887）。有些時鐘還要更差些。而廠、站內(nèi)有些安裝位置好的GPS能夠?qū)r，這就造成廠內(nèi)時鐘的不*。對數(shù)據(jù)的分析處理產(chǎn)生影響。采用全廠、站安裝統(tǒng)一的一套G P S 時鐘就可以選擇較好的位置安裝、另外采用雙機(jī)備份提高可靠性。選擇高精度守時鐘。在即使接收不到GPS北斗信號時仍能確保站內(nèi)時間的統(tǒng)一。
?、?精度和可靠性高
由于只選擇一套GPS接收時鐘，因此可以選擇精度高的，并采用雙機(jī)備份方案確保時鐘的可靠性。 而各自單一接收的GPS因受安裝位置、價格的限制，不會采用較高的配置。另外不同廠家、型號的時鐘在性能上也會有一定差異，這就使廠內(nèi)一些數(shù)據(jù)的時間精度受到影響。另外可靠性也不會比雙機(jī)備份方案高。
雙機(jī)備份方案是雙GPS北斗接收，雙電源熱備份，只要有一臺GPS北斗能夠接收到信號就能保證對鐘信號輸出。如果選擇配置高精度守時鐘即使在收不到GPS北斗信號情況下，銳呈高精度守時鐘精度也可達(dá)到3×10－9，即在無GPS北斗信號時每日誤差小于0.26毫秒。
?、?擴(kuò)展、維修方便
銳呈產(chǎn)品為后插板式結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要增加對鐘信號時方便，即使需要的信號是以前訂貨裝置上所沒有的信號也不要緊，只需增加一塊插板即可。信號板還支持熱插拔。不論標(biāo)準(zhǔn)主時鐘、擴(kuò)展時鐘，均使用相同的插板。維修、更換也十分方便。
GPS時鐘同步系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
1.GPS接收器：
接收頻率：1575.42M
冷啟動： 70秒
捕獲時間：熱啟動：15秒，溫啟動：45秒
同時接收衛(wèi)星數(shù)：12
天線接收靈敏度：26±2dB
2.北斗接收器：
接收頻率（BD2 B1 ）：1561.098±4MHz。
接收機(jī)靈敏度：-157.6dBW；
TTFF：冷啟動:35s,熱啟動:1s,失鎖重捕獲:<1s；
數(shù)據(jù)更新率：1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz可選；
RMS：3m,三維；
速度精度(RMS)：0.1m/s；
3.網(wǎng)口支持協(xié)議：NTP/SNTP ，ARP，UDP/ Time，Telnet， TFTP，SNMP，ICMP，DHCP，MD5，NTP V4，V3，V2，V1，NTP SERVER或NTP Client可選擇。
4.對時精度：脈沖、B碼：0.1μS，串口：10μS ，NTP/SNTP：0.2-10ms，PTP:70 ns；
5.電源: 100V～260V交直流兩用，功耗小于15W
6.面板顯示：14位數(shù)碼管顯示日期、時間，3個LED指示狀態(tài)
7.外型尺寸：寬度為19英寸，高度2U。 安裝尺寸：寬440×高89×深280
8.工作環(huán)境： 環(huán)境溫度：－20℃～＋70℃，相對濕度：10％～90％，大氣壓力：85～110KPa
9.絕緣性能：電源回路：1500V 交流50Hz 1分鐘，其它回路： 500V 交流50Hz 1分鐘
上海銳呈電氣有限公司是時鐘同步系統(tǒng)提供商。
