GPS授时原理和对时方式介绍

GPS授时系统原理介绍

GPS授时是利用GPS卫星搭载的高精度原子钟，产生基准信号和时间标准，提供覆盖全球的时间服务，其授时精度高达20亿分之一秒。

GPS授时系统主要是利用GPS精确对时的特点来实现装置的统一对时。GPS接收器在任意时刻能同时接收其视野范围内4～8颗卫星信号，经解码和处理后从中提取并输出两种时间信号：

(1)时间间隔为1s的脉冲信号PPS，其脉冲前沿与国际标准时间(格林威治时间)的同步误差不超过1μs；

(2)经串行口输出的与PPS脉冲前沿对应的国际标准时间和日期代码。

GPS授时对时方式

主要有3种对时方式：硬对时(脉冲对时)、软对时(即由通讯报文来对时)和编码对时(应用广泛的IRIG-B对时)。

硬对时一般用分对时或秒对时，分对时将秒清零、秒对时将毫秒清零。理论上讲，秒对时精度要高于分对时。硬对时按接线方式可分成差分对时与空接点对时两种。硬对时仅能实现站内装置对时。

软对时采用通讯报文的方式，传输的是包括年、月、日、时、分、秒、毫秒在内的完整时间。此种对时方式受距离限制较大，且存在固有传播延时误差，所以在精度要求高的场合不能满足要求。

编码对时目前常用的是IRIG-B对时，分调制和非调制两种。IRIG-B码实际上也可以看作是一种综合对时方案，因为在其报文中包含了秒、分、小时、日期等时间信息，同时每一帧报文的第一个跳变又对应于整秒，相当于秒脉冲同步信号。

电力系统常用GPS授时方式比较

变电站自动化系统的构成,具有多厂家、多型号的特点。以往电力系统中大量的设备都是采用硬接点（脉冲）+串行时间报文的方式来实现。但是随着自动化精度的提高，授时精度和授时方式也有了很大的变化，目前通常用于变电站时间同步的授时方式如下:

1、监控网络报文,单纯采用授时装置的串行报文输出信号,送至COM或REM环节进行规约转换后,通过监控网络广播的方式送达各个二次设备。由于监控网络的任务多重性,难以保障授时装置TIM串行报文至设备的实时性和稳定性,且各设备的时间信息处理方式不尽相同,该方式既不能满足电网对子站的时间同步要求也不易满足站内二次设备之间的时间同步性能。

2、监控网络报文与脉冲校正授时装置的串行由监控网络传送至二次设备,同时二次设备直接接收授时装置的校时脉冲，脉冲接点一般包括1PPH,1PPM,1PPS等，一般用来同步被校设备的毫秒或秒的计数。串行时间报文提供当前时间信息。在物理电气接口形式上，硬接点（脉冲）一般采用静态光隔空接点。

3、IRIG-B从原理上也能够满足时间同步性能要求,并且适合于较远距离传输，采用IRIG-B码对时是电力系统授时的主要方式之一。

4、串行报文：授时装置的串行报文直接送至二次设备的专用授时端口,无脉冲校正。串行时间报文一般采用RS232/RS422标准。一般需要4根传输线来传递这些信号。而且在授时装置报文输出稳定的前提下,自动化设备采用特殊的报文传输迟延修正方式,可以作为监控网络报文的补充形式,在一定程度上满足时间同步的性能要求。该方式由于没有统一串行时间报文标准，给接收时间报文带来太多困难。通用性太差,在现场自动化系统二次设备中很少使用。

5、脉冲校正与直接串行报文：类似于监控网络报文与脉冲校正方式,区别是授时装置的串行报文信号直接送至二次设备的专用授时端口。该方式通常作为监控网络报文与脉冲校正方式的补充形式,用于保障自动化系统特殊二次设备接收时间信息的实时性。

6、 NTP/SNTP网络校时：通过电力系统局域网将NTP时间同步服务器与局域网内的计算机、自动化设备相连接，这些自动化设备接收ntp协议，自动校准时间，精度可以达到1-10ms，满足电力系统的要求。

7、IEEE1588网络对时：通过电力系统现有的网络系统，将PTP时间服务器和具有PTP端口的自动化设备相连，中间通过IEEE1588协议实现亚微妙级的时钟同步。

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