卫星同步时钟在异地时钟同步中的应用

多台设备仪器互相通信配合作业在实时测量、高速物体测控、探测等领域广泛应用。本文针对异地时钟同步技术进行简单介绍。

通常参与协作的多机同步时钟被分类为主机和从机。由于多机位置分散，无线通信成为其沟通的**手段，因此每台设备内部均设置了独立的时钟源，而联合作业输出数据的低误差率指标对多机间时钟同步性提出了更高的要求，以实现在数据计算过程中，时钟误差相对整体误差属于高阶可忽略项。

在工程应用中，整秒边沿的相对差值常常需要控制在亚微秒级甚至几十纳秒以内，同时需要严格限制时钟的抖动噪声。

目前国内外多机间时钟同步采用的是主基站广播，分站接收解析卫星导航电文的方式，主要是通过移动通信网络授时同步实现，利用边沿技术直接获得时钟脉冲边沿同步。然而这些方法的同步精度有时达不到联合测量或测控的要求，而高精度原子钟无线校时价格不菲，限制了其在测绘、工业领域的推广应用。

针对上述问题，为达到更高的同步精度，同时控制成本、简化设计，提出了一种基于卫星授时异地时钟同步方法。利用导航卫星发送的时钟数据块和载波信号，结合锁相环技术输出高精度秒脉冲，利用此脉冲边沿的长期累积误差极限趋近于零的特性，对高稳定晶振累积偏差量进行按需修正，获得异地多机间高度同步时钟。常用的产品型号推荐有SYN2401型PTP精密时钟和SYN2407F型从时钟模块，或模块SYN2306C型。

在应用过程中，异地多机在大部分时间内导航电文的卫星编号相同，只有在触发边界条件的短期内，触发信号源会产生切换，造成不同接收点时钟边沿偏差加大，可通过点对点或广播方式通信更改信号来源优先级，缩短钟差突变的时间。当然，即便是不同星源，其钟差通常可以被控制在几十 ns 甚至是几 ns 之内。因此时钟同步精度在大多数情况下依然可以满足要求。

卫星时钟和晶振时钟的误差特性互补：卫星时钟的秒时钟误差服从正态分布，随机误差大、累积误差小；而晶振时钟与国际标准时间相比，每秒的时间偏移很小，且偏移量较稳定，其随机误差小、累积误差大。根据卫星时钟与晶振时钟的误差互补特性，可利用数学算法或数字电路技术将两者的优点相结合，进而得到高精度同步授时时钟。

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