gps授时系统的应用及误差分析

随着各个行业对计算机应用的要求逐渐提高，gps授时系统开始发挥着重要的作用。很多客户在对gps授时系统进行咨询时，对gps授时系统中时间同步的实现原理及实现方式，都表示从未涉及的疑惑，本文主要针对gps授时系统在计算机系统中的应用，对gps授时系统的应用原理及实现方式进行答疑解决。

随着信息技术和网络技术的发展，计算机在人们的生活和工作中发挥越来越重要的作用，其中许多关系到国民生计的相关领域，都需要依靠计算机系统的精确控制和高可靠性。

因此，在行业需求中对计算机的时钟同步性和精度要求**，任何错误的发生都可能引起巨大的损失。但在实际的工作中，由于各种环境、电压等的影响，计算机内部的时钟不断的改变，导致在要求**严格的环境中，普通计算机时钟无法正常工作。因此，如何将各个计算机的时钟进行同步是十分重要的问题。

1、gps授时系统应用原理

鉴于以上问题，我们引入gps授时系统，以符合以计算机运行的网络环境为条件，满足计算机运行中的网络内时间的高精度同步。NTP(网络时间协议)是一种通过因特网服务于计算机时钟的时间同步协议。它提供了一种同步时间机制，能在庞大而复杂多样的因特网中用光速调整时间分配。

GPS(全球定位系统)是中距离圆形轨道的卫星导航系统，可以为地球表面提供精确的定位、测速和高精度的时间标准。GPS 系统覆盖范围广泛、定速定时精度高、可移动等特性，使其广泛运用于日常生活，使用者只需要GPS接收机就能获取这些服务。

NTP网络时间协议已经成为了Internet标准协议之一。在Internet上，使用NTP 授时可以获得几十毫秒级的精度。在局域网中，使用网络时间协议可以获得小于1 毫秒的精度。

NTP在网络上提供准确时间是以服务器的形式存在于网络上的, 这一服务器一般称为gps网络时间服务器, 它一般采用国际标准时间U T C，标准U CT 时间源可以来自外部的原子钟、天文台或GPS等卫星时间源。

网络时间服务器和需要校时的服务器或主机之间时间信息的通信是以NTP协议进行的。在需校时的服务器或计算机上安装上N TP 协议（一般计算机自带NTP协议），就能自动获取网络上基于N TP 的时间信息, 并依据该信息自动校正本机的时钟

2、gps授时系统的实现方式

目前，用于计算机系统时间同步的gps授时系统均采用以NTP标准协议为基准，投入gps授时设备以gps授时系统为主服务设备，gps授时设备主要通过与gps卫星天线连接，接收gps卫星时间信息，以NTP协议为基准输出，为局域网内的网络计算机等设备提供时间统一。

gps授时系统拓扑图

如图所示，为gps授时系统实现的拓扑图，gps授时设备在一般常规的选择中，为满足大多工业需求的时间服务，我公司主要推荐SYN2101型时间服务器，属于常规性的gps授时设备，在满足工业级基础的需求上，除可实现局域网内的时间同步之外，具有**的性价比。

在其他更高要求的场合，如研究计量等场所，是以时统量级的设备作为gps授时系统中的授时基准设备，如SYN2151型NTP时间同步服务器，在常规授时设备的基础上，进行升级，大幅度提高性能指标，可满足10M/100M/1000M网口自适应，同时支持WEB信息配置管理模式，目前这一款已被应用于工业级的高标准要求上。

3、gps授时系统存在的误差分析

gps授时系统，通过网络实现计算机时钟的同步，由于时间同步工作是通过网络实现的，而网络传输是需要时间的。这样客户机接收到服务器回送报文中的时间戳，并不能代表服务器当前的准确时间，而是一段时间之前的时间信息，这一段时间就是网络传送所花费的时间。因此，要获得准确的当前时间就必须考虑要网络延迟造成的影响。

因此如果仅仅依靠网络的单程传送来获取网络的延迟信息也是不精确的，这是因为同步两端的时钟是不一致的，仅仅依靠两个时间戳是不能确定网络延迟的。实际上，可以通过计算报文的来回程时间来估计网络延迟。

NTP 授时原理如图所示，其中，T1为客户端请求报文的客户端时间，T2 为服务器接收到客户端报文请求的服务器时间。T3 为服务器响应客户端报文的服务器时间，T4为客户端接收响应报文时客户端时间。

NTP 用于分布式时间服务器和客户端进行时间同步，从理论上讲精度可以达到十亿分之一秒。在NTP 授时过程中的其中一个假设是两次往返时延相等，这个假设就是NTP 授时偏差的主要原因。

由于网络传输的往返路径往往是不对称的，这其中既有路由器、网关等设备负荷的影响，又由于在一次往返传输的过程中，路由表的改变也会影响到往返时间的测量。即使NTP 采用多次测量的方法等NTP 方法的改进，也无法彻底解决网络时延的不确定性问题。因此将NTP 往返时延当成一个不变的变量，是NTP 授时原理的一个主要误差原因。

通过测量计算，结果显示，NTP在局域网内授时精度为1-10ms。

4、 小结

关于gps授时系统的应用及误差分析，这里主要介绍了gps授时系统的应用原理，实现方式，同时分析了由网络时延等不确定因素导致NTP 授时存在偏差，得出NTP授时精度为1-10ms。

gps授时系统在实际应用中，利用NTP授时来实现时间同步的授时精度，有时候并不能满足一些项目上的需求，为达到更高的精度，可考虑采用PTP授时方式为基准的gps授时系统。

PTP授时方式主要依据于IEEE1588 协议，全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，定义了一个能够再测量和控制系统中事项高精度时钟同步的协议。它能够使系统中各类不同的精确度、分辨率和稳定性的时钟同步起来，利用最小的网络和本地计算资源，通过硬件和软件将网络设备的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间小于10μs 的运用，达到纳微级的同步精度。

如有需求，可咨询我公司业务洽谈。