GPS授时仪器的同步原理及产品介绍

GPS全球定位系统与北斗导航定位系统在提供实时导航信息的同时提供精确的时间信息，导航电文中即包含授时信息。GPS授时仪器一般内装授时型接收机，授时型接收机可提供同步于UTC或者GPS的秒脉冲信号，授时准确度优于50ns，通常在电力、通讯领域作为时间基准使用。

1、GPS授时仪同步概述

在实际应用中，北斗GPS卫星信号的调整、天线被干扰及GPS接收系统故障等因素都会造成卫星失锁或信号偏差，***需要本地时钟同步于定位系统的授时信号，当卫星信号失锁时依靠本地钟授时，卫星信号恢复时，重新同步。

本地时钟的秒信号通常由本地晶振、铷钟或者铯钟经过分频得到，这种依靠简单数字电路产生的信号的同步精度会受系统工作时钟的限制，若系统时钟10MHz，其同步精度在100ns左右;而采用锁相技术设计的同步电路虽然精度高，可在GPS授时仪器产品中应用。

2、GPS授时脉冲同步原理

GPS和北斗定位系统输出的1PPS或100PPS脉冲信号作为授时信号，本地铷钟或晶振的10MHz信号与该信号同步，GPS接收机的秒脉冲信号作为分频计数的开门信号;在GPS接收机的秒脉冲上升沿，分频电路产生的1PPS秒信号触发分频计数器，对OCXO输出信号10MHz进行分频，实现两个脉冲信号的同步。同步精度依赖于OCXO信号与GPS信号的初始相位差，最大同步误差取决于OCXO信号频率;频率越高，同步精度越高，10MHz同步精度最大误差100ns。若要实现1ns同步精度，就要求工作时钟频率高达1GHz，在电路设计上难于实现。

GPS授时仪器同步仿真图

锁相环同步技术是将晶振的10MHz输出信号经过计数器分频得到1PPS信号，该信号与GPS输出的1PPS信号同时送入鉴相器;鉴相输出电压调整压控振荡器输出信号频率和相位，实现两个信号的同步，从而提高同步精度;但是，对1PPS同步，要求鉴相器工作频率较低，鉴相器鉴相和环路滤波器设计调节较为困难，但是可以实现较高的同步精度。

3、脉冲相位测量单元

为实现两个脉冲序列的同步，必须测量两脉冲序列的相位差。脉冲相位差可用两个脉冲上升沿的时间差表示，通常采用计数器实现这一功能。考虑到小型化和高精度的要求，采用鉴相器芯片实现高精度相位测量。

4、CPLD脉冲同步结构

在GPS秒脉冲信号上升沿，微处理器响应中断，并将SYNC信号置为低电平，启动分频计数链对晶振输出的10MHz信号进行107分频，分频输出1PPS脉冲信号与GPS直接输出的1PPS脉冲的相位差为0～100ns，由于以GPS秒脉冲作为分频链的触发脉冲，所以晶振分频输出的秒脉冲只能滞后于GPS秒脉冲，即同步精度为0～100ns，可实现GPS秒脉冲和晶振分频秒脉冲的粗略同步。

在两个秒脉冲序列粗同步后，脉冲同步范围在0～100ns之间，同步精度依赖于微处理器响应速度和晶振的频率，晶振频率越高，同步精度越高。分频脉冲比GPS秒脉冲提前0～100ns。由TDC测量GPS秒脉冲和OCXO分频后秒脉冲的时间差，实现两个脉冲的精确同步。

由于GPS和晶振的频率存在较大偏差，GPS输出1PPS秒脉冲虽然具有20～30ns的抖动，但不存在漂移。晶振频率准确度较低，漂移较大，因此，随着时间延长，GPS输出的1PPS和晶振分频输出1PPS两个信号的相位差会逐渐增大，甚至超过100ns，达到微秒和毫秒量。而通过微处理器控制CPLD增大和减小分频计数链的系数，可实现脉冲的任意时间间隔推后和前移。

5、GPS授时仪器产品介绍

西安同步电子科技有限公司生产各种授时仪器，包括gps授时仪器，北斗授时仪器、CDMA授时仪器、pci授时仪、pcie授时卡、cpci授时仪、串口授时仪，NTP/SNTP授时仪、PTP授时仪、IRIG-B码授时仪器等等。每台授时仪的研发生产销售都是严格按照ISO9001质量体系认证要求执行，截止2016年，西安同步生产的授时仪器有几千台，特别在研究所、电力行业、科研院所等得到广泛应用，得到用户的一致好评。

6、GPS授时仪器应用

我们针对GPS授时仪器提出了基于微处理器和TDC实现脉冲相位精确测量及控制CPLD器件和硅延迟线实现脉冲精确同步的方法。该方法广泛应用于我公司生产的北斗gps授时仪器，因此我公司的授时产品具有同步范围宽、稳定性好、同步精度高的特点，完全满足GPS授时仪器的使用要求，可以广泛应用于电力统、通信统、时统系统和授时、守时及计量测试领域。

7、GPS授时仪厂家介绍

西安同步电子科技有限公司成立于2012年，注册资本1000万元，通过ISO9001质量体系认证，是国内少有的专业从事gps授时仪器研发生产销售的高科技公司，我们本着让利客户，服务用户的宗旨，一直实行厂家直销，少做广告，口碑宣传的政策，得到新老用户的支持与好评，使公司的业绩能够高速增长，技术人员不断完善，服务的客户更是遍布全国。欢迎新老客户来我公司参观指导工作。