GPS授时设备获取时间应用分析
用GPS还是北斗这可能是很多民众的疑问,GPS作为成熟的全球卫星定位系统已经运营多年,为什么中国还有大力发展北斗导航? 这个问题分两点回答。
首先,军事方面。GPS有两段频率,一段频率使用C/A码作为民用,另一段使用P码专属用。在开始民用C/A码的设计时,并没有要求具有太高的设计精度,但设计初步完成后发现精度远远超过设计需求,已经威胁到了民众安全,所以在后期加入了SA(Selective Availability)技术,即人为地将误差引入卫星中和卫星数据中,故意降低GPS精度。虽然SA技术于2000年5月2日4时终止实施,但全世界尤其是各国政府已经对GPS失去了信心。一旦战争爆发,如果仅依赖GPS,所有的导航手段将全部失效,所以出于军事自**来说必要研究北斗导航。
其次,民用方面。目前国内只要可以使用GPS的硬件,射频单元成本中都包含GPS费用,这是非常大的一个支出。而且导航产业目前还在蓬勃发展,国内市场还有巨大的缺口,这些缺口如果用北斗导航覆盖,产生的经济效益不可估量。 但主要的还是军用。
无论GPS卫星或者北斗卫星上都搭载了原子钟(铯钟或者是铷钟)。有了的时钟,加上地面站的不断校正,卫星系统的时间会是非常准确的。卫星会在自己的电文中播发一个时间,播发这个时间的信号边沿是和这个时间值严格对应的。通过测量这个边沿,可以在本地恢复出一个的变化边沿,这个边沿是与发射时刻同步的。导航电文中提供了当前时刻所在的“周数”,这个周数是从北斗或者GPS系统的起始时间开始计数的,另外通过计算调制在载波上的伪随机码的信息可以知道当前的周内秒,有了这些信息即可实现授时功能。
目前主流的时间同步信号及接口方式有1PPS/1PPM、IRIG-B码、RS-232串口和NTP网络授时等。1PPS/1PPM脉冲和IRIG-B码授时精度高可达到纳秒量级,RS-232和NTP授时一般情况下精度可达毫秒量级。1PPS/1PPM和IRIG-B码和RS-232都需要专用接口和线缆,而NTP方式则可采用网络的方式。目前计算机对时间的保持方法比较单一,在计算机关闭时,由主板上的晶体依靠电池供电运行,保持时间。计算机开机后,由计算机的BIOS里安装的软件程序进行计时。主板上的晶体长期运行会有漂移,软件计时会受系统程序或者其它应用软件程序的影响而产生较大的误差。所以计算机本身很难保证其时间精度,也无法保证多台计算机之间的时间同步精度。
为了解决这一问题,利用卫星定位系统的高精度时钟源作为时间参考,实现全球范围内的时钟精密修改和同步。从卫星定位模块上取得数据和秒脉冲信号通过数据接口传输给计算机。在计算机上用授时软件读取到数据处理后,得到的时间脉冲标志和时间数据。在秒脉冲到来时刻,将接收到的时间数据进行处理,并更新计算机的系统时间。通过这种方法可以保证单台计算机任意时刻的时间精度,也可以达到多台计算机之间时间高精度同步的目的。