北斗gps卫星时间同步装置（卫星时钟）在广电系统的应用

北斗gps卫星时间同步装置（卫星时钟）在广电系统的应用

安徽京准电子官微——ahjzsz

随着广播电视中心的播出向着自动化、智能化方向发展，对其时间的精确、一致、稳定的需求也越发迫切。在北斗运行之前，GPS是唯一的低成本高精度授时同步系统，因而成为了众多客户的首选方案。现今北斗系统以其同样的授时精度加上我国自行设计与自主控制权所带来的安全性越来越受到一些国家命脉及政治敏感的企事业单位所青睐。 

     我公司研制的北斗高精度时频服务器系列产品以其授时精确，运行稳定和使用方便而被某广播电视中心所采用。其产品具备GPS、北斗双模授时，双机互备，恒温晶振高稳守时或铷原子守时等特性，而在高端的2U设备上更可配备双电源冗余以及更多路的时间输出端口。

    本方案主钟采用了一台2U北斗高精度时频服务器。配备北斗、GPS双模授时模块，配合整机系统可实现4种模式的授时策略，分别为北斗优先、GPS优先、北斗强制和GPS强制。配备双电源供电，以提高整机系统的稳定性。配备恒温晶振守时，用于当GPS或北斗信号受到干扰或丢失的情况下设备依然可以以一个稳定的时间继续工作，偏差可以控制在一天10微秒以内。还配备了双路独立NTP输出，用于将时间输出至广播中心的核心交换机。随后将直播间、导播间、备播间甚至整个办公系统的授时IP指向北斗高精度时频服务器即可使整个广播电视中心获取精准、一致、稳定的标准时间。

    此外，本方案还在直播间、导播间、备播间分别采用了一台北斗标准时钟显示面板，用于直观的显示高精度时间，以方便直播人员的时间掌握。本时钟面板采用NTP网络授时来获取时间，只需用网线接入北斗高精度时频服务器所在的网络中，接通电源即可方便的获取精准的时间显示。

卫星时间同步系统是根据《华东电网统一时钟系统技术规范》、《上海电网GPS时间同步系统技术原则和运行管理规定》和《电力系统时间同步技术规范》设计的时间同步系统，它由时间同步系统主时钟和时间同步系统从时钟组成，可集中或单独组屏。该系统利用GPS（全球卫星定位系统）、北斗或IRIG-B（DC）码发送的秒同步信号和时间信息，向电力系统各种系统和自动化装置（如调度自动化系统、微机继电保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网、雷电定位系统等）提供精确的时间信息和时间同步信号。

1.1 用途

卫星时间同步系统主要用途如下：

1、系统结合美国GPS、中国北斗、俄罗斯格罗娜丝等技术特点并考虑了各种涉及国家安全的关联因素，实现了输入多源头(GPS、北斗、格罗娜丝、高精度守时、IRIG-B码基准等)、输出多制式（TTL、空接点、IRIG-B、差分、串口、网络、光纤等）、满足多设备(系统输出可以任意扩展，可以满足任何规模、任何方式的时间信号需求)的要求，可为电力、煤炭、轨道交通、石油化工、航道水运、邮电电信及相关领域的系统中需要接收时钟同步信号的装置及系统提供高精度、高稳定、高安全，高可靠的时间基准信号。

2、用作各级电力公司（电力局）机关和所属调度所、发电厂、变电站等单位的挂钟。

1.2 特点

1、与外同步时钟信号同步精度高，同步精度优于±0.2μs。

采用多同步源自适应同步技术，同步精度优于±0.2μs。

2、采用冗余结构

支持双GPS热备和双IRIG-B热备且装备有高精度守时时钟。时间同步系统主时钟可同时接入GPS和1路IRIG-B码外同步信号，互为备用。时间同步系统从时钟可同时接入2路IRIG-B码外同步信号，互为备用。主时钟和信号扩展装置都可采用了冗余化装置，保证了GPS时间同步系统的可靠性和稳定性。

3、模块化设计，多种输出接口，使用灵活方便。

可输出满足IEEE STD 1344-1995标准的IRIG-B(AC)码、IRIG-B(DC)码、以及可定义的时分秒脉冲空接点和时间报文信息，每12路为一组。2U装置最多可输出60路,4U装置最多可输出156路。

采用2U或4U 19”标准机箱，可单独组屏，支持光纤或电缆级连输入和输出，为将来卫星时间同步信号的扩展提供了方便，便于维护和管理。

4、双CPU并行处理时间报文输出技术

时间报文输出采用了双CPU并行处理技术，串口报文发送时刻为秒的准时沿，误差不大于+0.2ms。

5、高精度脉冲输出

脉冲输出采用脉冲大电流发生电路，使光电隔离空接点能输出高精度的脉冲信号，误差不大于3μs。

6、高精度守时时钟

采用闭环控制守时技术实现高精度守时时钟，采用OCXO守时精度可达到0.6μs/min，采用TCXO守时精度可达到15μs/min。

7、采用无过冲IRIG-B(AC)码产生技术，产生高精度的IRIG-B(AC)码，精度可达5μs。

8、支持NTP（Network Time Protocol,网络时间协议）版本4

9、LCD显示日期和时间及外同步信息，具有电网频率测量功能

10、所有信号输出口均经过光电隔离，电磁抗干扰达到III级标准。

11、有监视本装置运行状态的告警接点输出，包括电源消失告警、外同步信号消失告警、以及本装置自检异常告警。

12、多卫星系统接入以及不同系统间的无缝切换，保证了授时系统的安全性及可靠性。目前支持接入GPS、北斗、格洛纳斯等卫星系统。

13、适应更多的组网方式,互备方式、主从方式等。灵活多变的组网模式，适用于双钟或多钟互备、子母钟等方式。

14、设备运行状态可通过104规约上传到调度中心

 

1.  技术指标

2.1 物理参数

2.1.1 机箱

        时间同步系统主时钟和时间同步系统从时钟都采用标准19″机架式机箱，能牢固安装在配电盘内立柱上，高度为2U或4U。机箱外壳有可靠接地点。

外形尺寸：482.6mm(W)×260mm(L)×89mm(H)（2U）

482.6mm(W)×260mm(L)×178mm(H)（4U）

颜    色：计算机灰 （RAL 7032）或用户指定。

重    量：5kg

 

2U机箱：

 

4U机箱：

 

2.1.2 天线

接收天线和安装底座配套。

天线尺寸：直径95（mm）×高度128（mm）

底座尺寸： 90×30（mm）×高度110（mm）

底座安装方式：阳管螺纹, 内径24（mm）×高度60（mm），

底座安装位置：屋顶，可见大部分天空

重量（包括安装底座）：3 kg

电缆：RG-59 /RG-58型，标准长度30m，或用户指定。

2.2 环境条件

2.2.1 装置工作环境

工作温度：-25℃~ +55℃

储存温度：-40℃~ +85℃

湿    度：5％ ~ 95%，不结露

2.2.2 天线工作环境

工作温度：-40℃~ +80℃

储存温度：-45℃~ +90℃

湿    度：100%，结露

2.3 电磁兼容性

装置在变电站保护室和控制室的电磁场环境下能正常工作，符合“GB/T13926-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性” 中有关规定的要求，达到Ⅳ级标准。

Ø 绝缘性能： GB/T13926-2002 Ⅳ级

Ø 抗高频干扰： GB/T 15153.1-1998 Ⅳ级

Ø 抗快速瞬变干扰：GB/T 17626.4-1998 Ⅳ级

Ø 抗静电放电干扰：GB/T 15153.1-1998 Ⅳ级

Ø 抗工频磁场干扰： GB/T 17626.8-1998 Ⅴ级

Ø 抗脉冲磁场干扰： GB/T 17626.9-1998 Ⅴ级

Ø 抗阻尼振荡磁场干扰： GB/T 17626.10-1998 Ⅴ级

Ø 抗射频电磁场辐射干扰： GB/T 17626.3-1998 Ⅳ级

Ø 抗浪涌干扰： GB/T 15153.1-1998 Ⅳ级

2.4 供电电源

GPS时间同步系统采用交直流共用方式供电。

2.4.1 交流电源

额定电压：单相AC85-265V

频率：50Hz，允许偏差± 5Hz；

波形：正弦，波形畸变不大于5%。

2.4.2 直流电源

额定电压：DC100～280V；

纹波系数：≤5%。

防护：防浪涌、输入滤波

2.4.3 功率消耗

不大于50W。

2.5 平均无故障间隔时间MTBF

正常使用条件下无须维护。

MTBF：在正常使用条件下不小于50000h

2.6 时间信号输入输出接口

2.6.1 时间信号接收（输入）

1）时间同步系统主时钟

时间同步系统主时钟有一路GPS接口和1路IRIG-B（DC  RS-422）时码接口。第一路IRIG-B接口接收另一台时间同步系统主时钟发送的信号。也可实现两路无线加一路有线输入，实现多时间源输入。

当时间同步系统主时钟同时正常接收GPS卫星定时信号和IRIG-B（DC RS-422）时码时，GPS发送的秒同步信号作为主时钟的外部时间基准，IRIG-B（DC  RS-422）时码作为后备。当GPS失步时，第一路IRIG-B（DC）接口接收的时间信号优选作为主时钟的外部时间基准。

GPS卫星同步时钟只支持一路GPS接口或一路IRIG-B接口。

2）时间同步系统从时钟

时间同步系统从时钟用于当时间同步系统主时钟输出的时间同步信号不足时，提供所需的扩充单元以满足不同使用场合的需要。

时间同步系统从时钟的时间信号输入有两路IRIG-B（DC  RS-422）时码输入。当时间同步系统从时钟只接一路IRIG-B（DC  RS-422）时码输入时，该路输入可以是IRIG-B（DC）输入1，也可以是IRIG-B（DC）输入2。

当时间同步系统从时钟接入两路IRIG-B（DC）时码输入时，以IRIG-B（DC RS-422）输入1作为该时标扩展装置的外部时间基准，IRIG-B（DC RS-422）输入2作为后备。

2.6.2 时间信号输出

时间同步系统主时钟、时间同步系统从时钟能提供下列时间同步信号输出：

1）1PPS和1PPM脉冲信号（TTL电平）输出，作为检测口  

2）可定义的1PPS、1PPM脉冲信号（空接点）或24V有源脉冲输出

2）可定义的1PPS、1PPM脉冲信号（差分信号，即RS-422电平）     

3）时间日期报文串口（RS－232或RS-422）输出                                      

4）IRIG-B（DC RS－422）时码输出

5）IRIG-B（DC  TTL）时码输出

6）IRIG-B(AC)时码输出

7）DCF77（空节点）时码输出

8）测频数据输出

9）NTP网络输出                                    

    各个输出之间相互隔离，各种同步信号的数量可根据实际需要组合，每个信号输出接口只能接入一台需授时的设备。在共地无要求时，IRIG-B（DC  RS－422）时码输出每路可接入8台需授时的设备。