GPS授时系统的发展与替代

精密的gps时间系统是GPS卫星导航系统获得精密定位与导航的基础，因此gps导航系统也具有高精度基准时间，记为GPS系统时GPST（GPSTime），并且具有授时功能，它是在GPS主控站的高精度原子钟以及一系列用在监控站的星载原子钟基础上定义的，目前GPST（gps系统时间）为全世界的用户免费提供时间同步能力（守时与授时）。

GPS系统时GPST是原子时系统，它的秒长即为原子时秒长。GPST时是美国海军天文台（USNO）的50个铯原子钟组驱动的原子秒时间标度版本的协调世界时，简记为UTC（USNO）。GPS系统时GPST与UTC（USNO）在1980年1月6日0时是重合的。

由于地球绕自旋轴旋转时会出现抖动，而且自转还会受到太阳、月球和海洋潮汐的影响，这些因素会略微影响地球的自转，进而造成太阳时与原子时的偏差，协调世界时UTC系统会不时地进行调整，通过增加或减少某天的“一秒”来弥补因地球不均匀的自转而导致的误差，行话称为“润秒”或“跳秒”。

授时就是指在全世界任何地方和用户定义的时间参量条件下从一个标准（GPS系统时GPST、世界协调时UTC或者北斗系统时BDT）得到并保持精密和准确时间的能力，包括时间传递。

GPS授时系统实时发送秒脉冲和时间信号，在全球任何位置均能可靠接收到，是理想的时间频率同步时钟源。GPS系统精密授时服务PPS提供的协调世界时UTC时间传递精度在50nsec（95%）以内，未来GPSIII的授时精度将达到5.7纳秒。

GPS全球定位系统的授时功能会给各行各业带来如下好处，首先是广泛地免费分享原子钟的精确时间而不必自己装备原子钟；其次在通信系统、电力系统、金融系统利用GPS全球定位系统精确的授时实现时间同步和运行效率；再次在无线通信系统可以更加有效地利用无线频率资源，在金融系统使追踪金融交易和票据的时间成为可能，通过“共视”技术使国家实验室之间交流高精度的时间。

过去，我国电力系统从变电站到电厂等都采用gps授时系统作为主时钟源，即把GPS作为授时手段，向电力系统的电力自动化设备、微机监控系统、安全自动保护设备、故障及事件记录等智能设备提供授时信号，以实现电力系统的“同步”运行。显然，将GPS系统作为主要授时手段存在重大安全隐患。我国电网每年都有因GPS授时不准而发生事故的，给国家和人民带来了巨大的经济损失。

电力系统要确保自动化设备运转同步进行，首先必须确保每台自动化控制系统内部时钟保持一致，电力系统的安全运行需要高精度的时间同步。动力系统整个电网的同步相位测量、运行稳定性判断、继电保护、电机励磁和调速、功角测量、电流纵差保护、故障定位以及故障录波等技术均需要时间同步技术。安全可靠的高精度的时间同步技术是当代电网乃至未来智能电网正常运行的一项基本要求。

我国电力系统因授时系统问题而导致的电网事故时有发生，电网二次系统的保护、监控和调节功能也因为时间不同步存在较大的问题，影响了电网的安全运行。2005年9月1日的蒙西电网低频振荡事故、2006年7月1日的河南电网保护误动事故，均由于各地上报的数据时标不一致和故障录波信息错位对事故分析造成了困难。显然，研制基于我国北斗卫星导航系统的电力授时系统，可以有效保障我国电力系统安全和国家安全。北斗二代卫星系统授时精度和GPS系统授时精度几乎一样，都达到50ns以内的授时精度。

针对电力授时存在的安全隐患，西安同步电子科技有限公司研发出gps北斗混合授时的电力授时系统，在各大电厂，变电站、电网等均有应用。

2009年9月，国家正式确立“天地互备，以北斗为主”的电力授时体系。从此，“北斗时间”系统被顺利引入我国电网数字化变电站，开辟了智能电网建设的新纪元。北斗授时系统，以我国北斗二代卫星导航系统为基础，以gps授时系统为辅助，实现双冗余备份，使得电力系统时钟更加可靠。

再谈一个离我们日常生活最近的例子，在高速无线通信和宽带网络技术中，通信传输系统的时间基准和时间同步是非常重要的参数，通信和网络所涉及的安全、认证和计费都是以一个共同的标志——时间为基础的，即需要精确的时间和时间同步。特别是对于第三代移动通信（3G）而言，信号传输的带宽和速率较以往大幅度提高，对基准时间的精度要求和时间统一精度的要求也很苛刻，目前差不多所有的3G基站都使用GPS全球卫星定位系统地面接收机的时间模块。

中国移动TD-SCDMA系统是全网时间同步系统，要求所有基站之间严格保持时间同步。TD-SCDMA基站普遍采用GPS授时系统实现站间时间频率同步。我国联通CDMA网络，曾经因为美国GPS全球卫星定位系统授时问题，出现过瘫痪事件。

目前，中国移动一方面通过有线传输网络（IEEE1588）传送精确时间同步信号，另一方面利用北斗二代导航系统作为时钟基准源，基于北斗二代卫星的授时方案已经得到广泛应用，并显示具有和GPS一样的授时精度，可满足TDSCDMA同步要求，使用北斗卫星与GPS卫星双模授时，并互为备份。

显然，随着我国北斗卫星导航系统的完善，我国授时系统的会逐渐采用北斗授时优先，gps授时备用，地面授时辅助的局面，在此西安同步电子科技有限公司将乘风破浪，为我国授时技术的发展贡献一份力量。