GPS衛(wèi)星同步時鐘對時方法及應(yīng)用

GPS對時裝置由GPS接收器和擴展部分構(gòu)成，GPS接收器負責接收來自衛(wèi)星上的信號，并能自動補償信號在衛(wèi)星與接收器之間的傳輸延時，輸出與國際標準時間UTC保持高度同步的秒脈沖選通信號，并通過串行口輸出與1PPS脈沖前沿相對應(yīng)的UTC標準時間、日期及接收器所處方位等信息。時間信息以RS485和串口兩種通信接口標準發(fā)送信息，擴展部分主要包括中心處理單元、通信接口、同步脈沖發(fā)生及輸出電路。一般GPS對時服務(wù)器有三種對時方式。

1、GPS對時服務(wù)器串口通信校時

串口通信方式是以串行數(shù)據(jù)流的方式輸出時間信息，各個自動保護裝置接收每秒1次的串行時間信息進行校時。在此種校時過程中串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)都采用中斷方式，雙方的中斷處理程序都將占用CPU的時間。此外延時長短還與雙方串口中斷優(yōu)先級的設(shè)置有關(guān)。另外，在串行通信方式中，數(shù)據(jù)是按照一定的波特率逐位傳輸?shù)?，因此總線傳輸也將有延時。該延時長短與波特率以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量均有關(guān)。

在以上影響校時精度的各個因素中，只有傳輸延時是可以準確計算的，其他的只能作大致的估計。在將以上因素綜合考慮后，可以通過給時間信息一個修正值，來保證校時的精度。

2、GPS對時服務(wù)器脈沖中斷校時

脈沖校時方式，即同步時鐘每隔一定的時間間隔輸出一個精確的同步脈沖，監(jiān)控裝置在接收到同步脈沖后進行校時，消除裝置內(nèi)部時鐘的走時誤差。因此，不管是秒脈沖還是分脈沖和小時脈沖，其校時原理都是一樣的。在脈沖校時方式中，導線傳輸、光耦隔離以及中斷響應(yīng)和處理中斷程序都會產(chǎn)生延時，整個延時時間約幾十微秒，所以即使不進行數(shù)據(jù)間修正，精度也可以滿足時間誤差要求在毫秒級的裝置的需要。

3、GPS對時服務(wù)器綜合校時

若僅通過串口通信校時，由于數(shù)據(jù)在總線上的傳輸時間會達到毫秒級，所以必須進行時間修正，而修正值必須根據(jù)現(xiàn)場的具體情況才能確定，給使用者帶來很大的不方便。而如果僅通過脈沖校時，在不進行修正情況下，雖然精度也能基本滿足要求，但是卻不能同時提供與該脈沖相對應(yīng)的日期和時間信息。

所以可以將這兩種方式結(jié)合起來使用即綜合校時。在測控保護裝置中一般都自帶有實時時鐘芯片，可以提供BCD碼形式的年、月、日、星期、時、分、秒信息。

以秒脈沖信號的上升沿作為對實時時鐘進行校時的中斷信號，同時將與上一個秒脈沖相對應(yīng)的串口時間信息加上1 s作為統(tǒng)一時間，供監(jiān)控裝置進行校時。這樣就可以避免在串行通信中由傳輸時間帶來的毫秒級延時，同時不用進行時間修正，就可以滿足時間誤差在毫秒級的裝置的要求。

變電站中, GPS對時系統(tǒng)是非常重要的, -般情況下對時系統(tǒng)需要給微機保護裝置、后臺監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備進行對時。使得整個站的設(shè)備時間一致。在變電站中給設(shè)備的對時方式有B碼對時、串口對時、脈沖對時。但在多數(shù)情況下使用的是B碼對時。

一般情況下電站會自己一套GPS對時系統(tǒng)，天線安裝在戶外屋頂上。當天線接通好時GPS對時裝置會啟動并準確對時。下來的就是裝置與站內(nèi)的微機保護微機后臺系統(tǒng)主機等其它需要對時的設(shè)備對時。通常使用的是屏蔽雙絞線，也就是長說的485通訊線。一端接在GPS裝置上一端接在所要對時的設(shè)備上。通常情況下一根對時485線接3個設(shè)備左右，但有時候這也需要根據(jù)廠家的設(shè)備來決定的。微機保護等對時設(shè)備在裝置內(nèi)部簡單設(shè)置一下對時就成功了。

在變電站對時裝置常用時間同步系統(tǒng)中，使用最為頻繁的要數(shù)全球定位系統(tǒng)為裝置的統(tǒng)一時間做基準，它通過對衛(wèi)星的跟蹤對最佳衛(wèi)星定位、定時等都可通過自動選擇，并且全部滿足電力系統(tǒng)在時間同步方面的要求。比如220kV的變電站通常來說較為重要的變電站需要配置兩臺同步鐘的本體運行，以裝備相互切換的方式實現(xiàn)備用，而擴展的裝置則可以輸出入脈沖碼、IRIG-B(DC時間碼)等多種類型對時編碼信號，在主控室中的對時系統(tǒng)將組成一面屏，如果形成變電站的分為多個小室，那么還可以用光纖連接主控室對時設(shè)備以及其他各個小室的對時設(shè)備。S

擴展單元與主時鐘、各種智能裝置之間因為位置的不同需要使用到不同的介質(zhì)，如果確定為同一屏柜需要采用電纜，而在多個小室變電站中的主時鐘和擴展裝置間使用光纖，那么連接對時各種智能裝置通常會采用雙絞線。比如變電站常用我司自主生產(chǎn)的SYN4505A GPS時間同步裝置，SYN4505A型時鐘同步系統(tǒng)內(nèi)裝高精度恒溫晶振(可選鎖相模塊或者銣原子鐘)，接收GPS(全球定位系統(tǒng))、北斗二代衛(wèi)星信號和遠地傳送來的IRIG-B碼信號獲得時間信息，可根據(jù)客戶對同步時鐘系統(tǒng)的不同需求，選擇相應(yīng)的功能的板卡，同步產(chǎn)生IRIG-B碼信號、秒脈沖、分脈沖、時脈沖、串口時間信息信號、網(wǎng)絡(luò)授時接口(PTP,NTP/SNTP等)及各種報警信息，系統(tǒng)對各種配置信息進行自動保存，是建立時間尺度、實現(xiàn)標準時鐘系統(tǒng)的實用時間同步裝置。

我司與多所知名大學，中電集團，中國航空，航天集團，中國兵器，中船重工，華為等相關(guān)單位緊密合作。在產(chǎn)品優(yōu)化方面可做到根據(jù)用戶需求而定制滿足其要求的技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品。

審核編輯：湯梓紅