GPS授時工作原理

          首先通過GPS衛(wèi)星坐標與接收機的坐標計算出星機“真實距離”。GPS衛(wèi)星的空間坐標可通過GPS衛(wèi)星導航電文中的廣播星歷獲知,接收機的坐標則可通過大地測量獲得。

           假定接收機與GPS衛(wèi)星時間同步,利用GPS“測距碼”信號測算出信號的傳輸時延,再根據(jù)傳輸時延和信號傳播速度(取真空光速值)計算出星機“偽距離”。

    偽距離的失真主要由以下2個因素造成:1)接收機與GPS衛(wèi)星的不同步造成了傳輸時延的測算誤差;2)GPS信號在穿越電離層和大氣對流層時,傳播速度會發(fā)生變化,不再等于真空光速,從而造成傳播速度的誤差。

    信號傳送速度引起的測量誤差可按統(tǒng)計模型,用GPS導航電文中的修正參數(shù)推算出來。**的雙頻GPS接收機還可通過雙頻段測量的方式較為精確地修正電離層誤差。

    因此,用式(1)、(2)可推算出接收機時鐘與GPS時鐘的鐘差,通過調整鐘差實現(xiàn)與GPS衛(wèi)星鐘的同步,即

        式中P實為通過坐標計算得出的星機真實距離;p偽為通過測量時延和光速計算出的偽距離;c為真空光速; 為接收機時鐘與衛(wèi)星鐘的鐘差;△為因電離層和對流層速度變化引起的距離測量誤差。接收機對GPS衛(wèi)星的跟蹤實現(xiàn)的是接收機時鐘與衛(wèi)星鐘的同步,而衛(wèi)星鐘與“真實時間”(或者說GPS地面基準時間)的偏差是無法直接測量的。衛(wèi)星鐘相對于“真實時間”的誤差可通過導航電文中的時間參數(shù)修正。

    綜上所述,接收機t時刻的鐘差可按式(3)計算

         式中 (t)為t時刻接收機與GPS地面基準時間(GPST)的鐘差;P(t)為測量偽距離;p(t)為通過坐標計算出的真實距離; (t)為衛(wèi)星鐘與GPST的鐘差,可通過導航電文獲知;a, (t)和△ (t)是電離層和對流層修正參數(shù),可通過導航電文中的參數(shù)推算出來。

    GPS時間的精度高,守時能力強,長期穩(wěn)定性好,但由于GPS信號以電磁波方式傳送,易受外界干擾,短期穩(wěn)定性較差。將GPS的長期穩(wěn)定性和物理時鐘的短期穩(wěn)定性相結合是提高時間精度較為有效的方法。此外,GPS共視比對也是提高外圍站點時間精度較為有效的辦法,通過共視比對可將站問誤差控制在15 ns以內 。

    1.2、同步傳送鏈路和同步接口

    常規(guī)情況下,單站GPS時間同步可滿足各種應用需要,但考慮到非常時期、信號劣化、接收機故障等因素,建設優(yōu)良的地面時間鏈路是非常必要的。

    為提高時間同步信號的傳遞精度,應盡量克服同步傳送鏈路的抖動、擁塞和不對稱性。時延抖動、信道擁塞和時延的不對稱性信號將影響DCLS、網絡時間協(xié)議(NTP,Network Time Protoco1)的時延補償精度。

    因此,DCLS信道宜采用SDH系統(tǒng)的64 kbit/s帶外開銷數(shù)據(jù)信道,NTP信道宜采用**數(shù)據(jù)通道或低荷載數(shù)據(jù)通道。地面時間傳送鏈路的建設意義重大,不僅可提高時間同步的可靠性,而且還為時間同步設備狀態(tài)監(jiān)測提供信道支持。

    目前主流的時間同步信號接口有1 PPS、IRIG—B和NTP等。1PPS秒脈沖精度較高,可達1 pus;IRIG—B(AC)精度可達30 pus;NTP一般情況下精度可達1 ms,通過修改實時操作系統(tǒng)的中斷機制和采用低時延交換機,精度可達25 pus[3],能滿足絕大部分應用需要。在電力時間同步網中,站間同步宜采用IRIG—B的直流方式,即DCLS;站內對時可采用1PPS接El、IRIG—B的交流接El或NTP接El。1PPS和IRIG—B(AC)都需要**接口和線纜,而NTP方式則可采用站內局域網,方便、經濟。隨著變電站數(shù)字化程度的逐步提高,應進一步推廣NTP對時方式。


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  • GPS授時工作原理

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