GPS北斗卫星校时服务器的关键技术和特点

GPS北斗卫星校时服务器的关键技术和特点

京准电子科技官微——ahjzsz

1)       多时间源选择/ 防误/无缝切换技术

时间同步系统至少支持同时接入4类外部时间源：北斗、GPS、PTP及IRIG-B码。时间源优先级可手动配置，当某锁定时间源失效时，采取“少数<多数”动态源选择算法，进行平滑稳定的源选择和源切换。同时，系统实时对比所有接入时间源，过滤存在时间偏差过大和时间输出跳变较大等问题的无效时间源，对各时间源进行时间跳变侦测处理，达到时钟防误的目的。当发生时间源切换时，如果切换的两个时间源之间存在一定的时间偏差，则系统按0.2μs/s步长，逐步对偏差进行校正，实现时间源的无缝切换。

2)       监测上传功能

时间同步系统支持IEC61850/104规约，可将外部时源信号状态、天线状态、卫星接收模块状态、时间跳变侦测状态、时间源选择状态、时钟模块驯服状态、电源模块状态等各类系统运行状态上传至监控后台或调度端。

3)       IEC61588 精密对时

     HR-901GB型 时间同步系统采用最新的IEC61588标准，支持4通道独立网口同时运行，对同步报文加盖高精度硬件时间戳，保证时间戳精度优于8ns，同步精度优于100ns；

支持各网口工作状态（Clock Type）单独配置，支持主时钟、从时钟、边界时钟功能；同时，可对每个网口的Delay Mode、Step、Layer、BMC等参数进行动态配置，支持P2P和E2E模式功能，支持一步法和二步法功能，支持IEEE802.3层和UDP层功能，支持BMC参数修改设置；具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。

4)       基于多重误差补偿算法的高稳1PPS产生电路

作为时间同步源的输入信号，如GPS信号、北斗信号及B码信号，自身发出的同步信息（通常为1PPS），可能因为故障或者本身的误差等原因，而存在一定的波动，使其准确度受到影响。HR-901GB时间同步系统采用多重误差补偿算法，对输入的有效同步源的同步信号进行数据的筛查和量化误差补偿，剔除错误信息，减小和消除同步源本身的粒度误差，提高同步信号的准确度，再利用此同步信号产生高稳定度的本地1PPS，提高了装置的准确度和可靠性。

5)       多端口超前延时补偿技术

当装置根据外部基准源同步本地1PPS时，必然产生内部延时，而针对这个产生的延时，本机超前延时补偿技术能使装置内部的1PPS超前外部时钟源的秒沿，在1PPS经过装置处理后达到与外部时钟源同步。

其次，对于每个输出通道都能单独配置延时补偿。通常一台时间同步系统装置可同时通过不同的端口进行对时，例如，RS485、光口、电口、网口等，每个不同的端口都有不同的延时。因此，对于每种端口进行不同的超前延时补偿可以使不同端口输出的信号都能与外部时钟源同步。

本装置的多端口超前延时补偿技术根据装置内部标准的1PPS和各种不同通道输出的信号配置进行不同的超前延时补偿，从而使装置全面达到与外部时钟源同步，增强了装置的实时性和稳定性。

6)       高精度守时时钟

采用铷原子钟或OCXO实现高精度自守时，铷原子钟守时精度优于2μs/天，远高于1μs/小时的标准要求。采用现代闭环控制守时理论和卡尔曼数字滤波技术，利用外部时间基准对铷钟或OCXO进行控制和驯服，同时系统采用守时补偿技术对晶振进行老化补偿和温度补偿，从而消除外部环境因素对晶振频率的影响，其中老化补偿技术为系统根据晶振长期运行的频率老化曲线，进行曲线函数拟合，动态逼近晶振实际老化率，并进行频率补偿；而温度补偿技术则是系统通过温度传感器获取环境温度值，实时监控温度变化对晶振频率的影响，计算出温度与频率、相位的非线性关系，并进行相应补偿，提高自守时精度和稳定性。系统输出的1PPS信号由内部频率源分频得到，同步于外部时间基准输出的1PPS信号的长期平均值，克服了由于外部时间基准源的秒脉冲信号跳变所带来的影响，使输出的时间同步信号具有很高的准确度和稳定度，时间准确度优于±0.1μs，真正复现了“UTC时间基准”。

7)       可调节的延时补偿方式

        HR-901GB时间同步系统采用了可调节的延时补偿方式，弥补了传统时间同步系统的缺陷，可灵活实现输出信号1秒以内的超前或者滞后的任意延时补偿，补偿分辨率达10ns，可完全实现与主钟的时间同步，即达到零延迟，是真正复现的时间信号。

8)       WEB界面配置功能

支持WEB界面参数配置及状态显示，包括了GPS&COMPASS、NET、IO-OUT、IEC61850（MMS）、PTP、Source（源状态）、Log（日志）七个部分，可对系统参数、网络配置、协议配置、同步模式等进行灵活配置，同时显示源状态和系统日志，保证系统运行的实时监控和记录。

9)       采用冗余结构

支持双GPS冗余对时、GPS与北斗冗余对时以及IRIG-B码热备。主时钟和扩展装置都采用了冗余化设计，提供双冗余可热插拔电源模块，保证了时间同步系统的可靠性和稳定性。

 

术语：

1)      协调世界时   universal time coordinated，UTC

以世界时作为时间初始基准，以原子时作为时间单元（s）基础的标准时间。

2)      北京时间   Beijing standard time，BST

我国的标准时间。

注：北京时间为东八时区的标准区时，比UTC早8 h整，即BST = UTC + 8 h。本文中的标准时间，除特殊注明者外，均为北京时间。

3)      无线时间基准信号  radio time reference signal

以无线通信方式传播的时间基准信号。

4)      有线时间基准信号  wired time reference signal

以有线通信方式传播的时间基准信号。

5)      时间同步系统   time synchronization system

能接收外部时间基准信号，并按照要求的时间准确度向外输出时间同步信号和时间信息的系统。

注：时间同步系统通常由主时钟、若干从时钟、时间信号传输介质组成。

6)      时间同步装置   time synchronising device

时间同步装置又称时钟装置，包括主时钟和从时钟。

7)      主时钟   master clock

能同时接收至少两种外部时间基准信号（其中一种应为无线时间基准信号），具有内部时间基准（晶振或原子频标），按照要求的时间准确度向外输出时间同步信号和时间信息的装置。

8)      从时钟   slave clock

能同时接收主时钟通过有线传输方式发送的至少两路时间同步信号，具有内部时间基准（晶振或原子频标），按照要求的时间准确度向外输出时间同步信号和时间信息的装置。

9)      时间报文   time message

包含时间信息和报头、报尾等标志信息的字符串。

10)   秒脉冲   1 pulse per second, 1PPS

一种时间基准信号，每秒一个脉冲。

11)   分脉冲   1 pulse per minute, 1PPM

一种时间基准信号，每分一个脉冲。

12)   时脉冲   1 pulse per hour, 1PPH

一种时间基准信号，每小时一个脉冲。

13)   时间准确度   time accuracy

时钟装置输出的时间与标准时间（如北京时间）的一致性程度。

14)   时间同步准确度   time synchronization accuracy

经时间同步后，被授时时钟输出的时间与授时时钟输出的时间的一致性程度。

15)   IRIG-B码   inter-range instrumentation group-B, IRIG-B

一种IEEE STD 1344-1995 标准的串行时间码。

16)   网络时间协议   network time protocol, NTP

一种通过网络服务于计算机时钟的同步时间协议。

17)   精确时钟同步协议   precision time synchronization protocol, PTP

一种IEC61588标准定义的精确时间同步协议。