ntp时间同步服务器在电力自动化系统中的应用方案

GPS校时器在广播电视播出系统中的应用

　一、广播电视校时方式

　　在广播电视系统中，特别是在自动播出系统中，实时时钟有着重要的作用。地方电视台要在19：00整准时转播中央电视台新闻联播，在电视节目的播出中，应客户要求需要准时插播广告，包括播出系统中主备工控机之间的切备等都必须准确、同步守时。原先各台基本都采用中央一套、二套节目电视信号中场逆程第16行传送的标准时间频率经专用设备解码后进行校时，但有时卫星信号接收和微波传输可能会受到干扰等不可预见的原因，使得校时有误。现在基本都更换为安全性、稳定性及精度更高且设备简单的GPS校时系统进行校时。

　　二、GPS系统简介

　　1、概况

　　GPS全称“全球定位系统”（Global  Positioning  System）,七十年代由美国国防部投资建造，到1994年全面建成。GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

　　空间部分：GPS卫星星座由21+3颗GPS导航卫星组成（3颗备用），均匀配置在6个轨道平面上（每轨道面四颗），运行周期约为11小时58分，轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP），这就提供了在时间上连续的全球导航能力。每个卫星上都配备了微型的星载钟，它发播的信号能覆盖全球各个角落。因此GPS能在全球范围内提供精确的时间频率。

　　地面控制部分：提供GPS卫星的卫星星历（对于GPS用户而言GPS卫星是一种动态已知点，是根据卫星发送的卫星星历算出来的。所谓“卫星星历”，是一系列描述卫星运行及其轨道的参数）。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准——GPS时间系统。地面监控系统的站点包括一个主控站，三个注入站和五个监测站。监测站是一种无人值守的数据采集中心，设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机，监测站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站的主要任务是收集各监测站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值,编算导航电文,控制和协调各个监测站和注入站的工作及调度卫星。注入站的主要任务是在每颗卫星运行至上空时把导航电文注入GPS卫星，这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。

　　GPS接收机按用途可分为：导航型、授时型和测地型接收机。在电视播出系统中，一般采用授时型GPS接收机，这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时。

　　2、授时型GPS接收机

　　GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。

　　GPS信号有两个载波频率：L1=1575.42M，L2=1227.60M，一般授时型GPS接收机只使用L1=1575.42M这一频段。天线单元变换、放大接收到的GPS信号，并传给接收单元，接收单元实时计算出时间并输出时间编码，以供GPS子钟显示和外部设备的校时。

　　授时型GPS接收机测时方法有两种：一为单站单机测时法，一为共视法。单站单机测时就是应用一台GPS接收机，在一个已知坐标的观测站上进行测时的方法，需观测一颗GPS卫星便可得到标准时间。共视法则是在两个观测站上各设一台GPS接收机，并同步观测同一卫星来测定两用户的相对偏差，从而达到减少误差的目的，一般测时精度可达数十毫微秒。实际应用中我们一般采用单站单机测时法。

　　3、GPS接收机输出信号模式

　　GPS接收机输出的时间信号有两种，一种用于GPS子钟的时钟显示，各厂家生产的信号模式都有所不同，一般有TTL电平秒脉冲（晶体管——晶体管逻辑电路Transister-Transister-Logic），RS-422方波输出等等；另一种为时间编码信息，通过RS-232或RS-422输出给播出工控机进行授时，不同厂家的输出时间编码也常不同。

　　三、系统实例

1、校时系统框图如下

　　2、工作流程

　　GPS卫星天线接收GPS卫星发出的带标准时间信息的1575.42M载波信号，经变换放大后传给GPS接收机处理，GPS接收机实时计算出标准时间，并分别编码为TTL信号和RS-232/RS-422信号。TTL信号输出到GPS子钟，使子钟直接显示出时间。RS-232/RS-422信号经RS-232/RS-422分配器分配给各个播出工控机，工控机的校时程序通过串口接收信号，解出标准时间，并对本机校时，得以实现各工控机时间与标准时间同步的目的。

　　四、常见的问题

　　1、GPS天线应朝向天空，不得有遮挡物。

　　2、由于GPS信号的载波频率一般使用L1=1575.42M，所以应避免外来该频段信号的干扰。

　　3、RS-232信号的一般传输距离只有15～20米，传输距离太长可采用RS-422信号，或在两边各加一个RS-232转RS-422的转接头实现长距离传输。

　　4、如GPS授时接收机与GPS子钟分开采购，还应先与厂家确认GPS接收机和GPS子钟的时间码是否匹配，否则GPS子钟无法正常显示时间。