gps时钟服务器的发展应用

一、GPS时钟服务器概述

GPS时钟服务器是将GPS作为时间源，接收GPS卫星信号，从GPS地球同步卫星上获取标准时钟信号信息，将这些信息通过TCP/IP网络传输，为网络设备（用户）提供精确、标准、安全、可靠和多功能的时间服务，同时产生1PPS（秒信号）同步脉冲信号及串口时间信息，前面板显示年月日时分秒等信息，是一款实现时间同步的实用时钟设备。

对于GPS时钟服务器，先主要介绍一下GPS：

1.1 GPS的简介

GPS即全球定位系统（GlobalPositioning System），是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。

全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的

新一代空间卫星导航定位系统 ，由三部分组成：空间部分———GPS星座；地面控制部分———地面监控系统；用户设备部分———GPS 信号接收机。

1.2　空间部分

GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,提供了在时间上连续的全球导航能力。

1.3　地面控制部分

地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。

二、GPS工作原理

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。

GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。

2.1 GPS授时

GPS授时首先通过GPS卫星坐标与接收机的坐标计算出星机“真实距离”。GPS卫星的空间坐标可通过GPS卫星导航电文中的广播星历获知，接收机的坐标则可通过大地测量获得。

2.2 GPS授时系统

GPS授时系统是针对自动化系统中的计算机、控制装置等进行校时的高科技产品，GPS授时产品，接收GPS卫星信号，从GPS地球同步卫星上获取标准时钟信号信息，将这些信息通过TCP/IP网络传输，为网络设备（用户）提供精确、标准、安全、可靠和多功能的时间服务，同时产生1PPS（秒信号）同步脉冲信号及串口时间信息，前面板显示年月日时分秒等信息，是一款实现时间同步的实用时钟设备。　

GPS网络授时系统-示意图

2.3 GPS时间服务器

GPS时钟能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，将这些信息通过各种接口类型来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（计算机、保护装置、事件顺序记录装置、安全自动装置），这样就可以达到整个系统的时间同步，从而完成同步授时服务。

GPS时钟主要分为两类，一类是GPS网络时间服务器，主要输出时标信息，包括1PPS及TOD信息；另外一类是GPS标准同步时钟，后者输出利用卫星信号驯服OCXO或者铷钟得到的高稳定频率信息，以及本地恢复的更平稳的时标信号。

2.4 GPS网络时间服务器

GPS网络时间服务器，主要是一款基于NTP/SNTP协议的时间服务器，接收GPS卫星信号，从GPS地球同步卫星上获取标准时钟信号信息，将这些信息通过TCP/IP网络传输，为网络设备（用户）提供精确、标准、安全、可靠和多功能的时间服务，同时产生1PPS（秒信号）同步脉冲信号及串口时间信息，前面板显示年月日时分秒等信息，是一款实现时间同步的实用时钟设备。

GPS网络时间服务器图

产品功能

1)   以GPS定时信号建立时间参考；

2)   提供1路NTP网络授时接口；

3)   支持标准的NTP、SNTP等网络对时协议；

4)   串口授时，每秒发送一次时、分、秒、年、月、日时间信息；

5)   输出定时同步信号（1PPS），TTL接口输出；

6)   前面板显示年月日时分秒、卫星颗数及工作状态；

产品特点

a)   性价比高，应用广泛；

b)   授时精度高；

c)   完全保证数据安全性，可全设置同一个网段或者不同网段；

d)   支持多种流行的时间发布协议；

e)   整体功耗小，采用无风扇设计，运行可靠稳定。

典型应用

1)   计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统；

2)   电力厂（站）和电网中心调度的时间统一系统及各种时间显示屏；

3)   电子商务系统、B2B网上系统以及数据库的保存及维护等系统；

4)   广电、金融、移动通信、石油、电力、交通、工业以及国防等领域。

技术指标

2.5 GPS标准同步时钟

GPS标准同步时钟一款多功能时钟设备，内装高精度恒温晶振0CXO，接收北斗二代/GPS/GLONASS卫星信号和IRIG-B码信号，优先选择卫星信号，使用外部定时信号对本机进行时间同步，产生交直流IRIG-B码信号、时、分、秒脉冲信号、NTP网络授时，串行口时间信息和1PPS（秒信号）同步脉冲信号，是电力系统建立时间尺度、实现时间统一同步的实用电子仪器。

GPS标准同步时钟图

用GPS授时技术/B码基准解码接收技术/高稳晶体振荡器守时技术授时，实现多基准冗余授时，能够智能判别GPS信号、外部B码时间基准信号的稳定性和优劣，并提供多种时间基准配置方法。

时钟装置使用按键设置, 脉冲、串口信号输出可编程，操作简单。系统不仅实现了GPS时间服务器（ntp网络时间服务器）与信号扩展箱的板卡全兼容，还提供了丰富的信号接口资源和开放式特殊接口设计平台，具备优异的兼容能力，可提供多路脉冲信号（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接点、差分、TTL、24V/110V/220V有源）、IRIB-B信号（TTL、422、232、AC）、DCF77信号（有源、无源）、时间报文（RS232、RS422/485）、NTP网络时间信号，可以满足现场不同设备的对时接口要求。

产品功能

7)   外参考输入信号包括一路卫星信号，两路IRIG-B(DC)信号；

8)   卫星选择功能：具有六种选择，分别为GPS北斗混合授时，GPS&GLONASS混合授时，北斗GLONASS混合授时，单GPS授时，单北斗授时，单GLONASS授时，满足客户对卫星信号的各种授时需求；

9)   工作模式：包括自动模式，手动模式，守时模式等三种模式，其中自动模式表示优先选择卫星信号，然后选择IRIG-B信号；手动模式表示由用户手动选择外部参考；守时模式表示不接收外部参考，使用设备内部振荡器进行守时；

10)系统设置功能：用户通过按键对波特率、时区，延迟等进行设置；

11)输出IRIG-B交直流信号，输出5路RS232C串口，输出5路1PPS，5路1PPM；

12)1路NTP网络授时功能；

13)干接点报警功能：具有5个报警功能，分别为故障报警，卫星报警，IRIG-B(1)报警，IRIG-B(2)报警，失步报警；

14)自动保存各种配置状态，完全满足各种客户需求。

产品特点

f)   性价比高，应用广泛；

g)   授时精度高；

h)   完全保证数据安全性，可全设置同一个网段或者不同网段，支持多种流行的时间发布协议；

i)   多种授时接口输出，可自由组合，最多可同时输出120组授时接口；

j)   整体功耗小，采用无风扇设计，运行可靠稳定。

典型应用

5)   计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统；

6)   电力厂（站）和电网中心调度的时间统一系统及各种时间显示屏；

7)   电子商务系统、B2B网上系统以及数据库的保存及维护等系统；

8)   广电、金融、移动通信、石油、电力、交通、工业以及国防等领域。

技术指标

2.6 GPS接收天线

GPS接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计，信号接收可靠性高，不受电厂/变电站地域条件和环境的限制。选用高性能、宽范围开关电源，工作稳定可靠，装置电源供电自适应，并且系统电源经专门滤波、消除共模干扰电路处理。

GPS接收天线（可选）

技术指标

GPS时钟服务器天线支架

GPS天线支架与GPS授时天线配套使用，支架长180mm（高）x50mm（底座直径）x20mm（圆柱直径）。

安装概述

本机天线为“蘑菇”型天线，为保证天线安装牢固和可靠，在天线安装时，可选择一根铸铁水管（长度可考虑1～1.5米），将天线置于铸铁管的一端，铸铁管的另一端电焊在加重的金属底座上，然后安置于房顶即可。

当天线馈线垂直向下而具有一定重力时，请注意避免天线顶部直接受力过大而损坏天线。

天线安装时的示意图如下：

在诸多涉及国计民生的重要领域，高精度、高安全性能的GPS同步时钟可以保证整个系统的安全运行，如：通信领域如果各基站之间时间达不到高度统一，就会出现通话中断，掉线等故障；电网调度如果没有精确地时钟基准作为参考就会影响这个系统的正常运转。

由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

三、GPS时钟服务器厂家介绍

我公司是一家集研发、生产、销售、服务为一体的综合性高科技公司，一直专注于时间频率产品的研发、生产和销售，充分发挥自身在时频领域的技术优势和应用经验，结合美国GPS全球定位系统、中国北斗星系统、B码基准解码接收技术、智能驯服恒温晶体振荡器（或原子钟）守时技术，自主开发的具有国内**水平的时频产品，专业用于各行业统一时间基准的授时系统，全自动智能化运行，免操作维护，适合无人值守，为顾客提供端到端一站式专业化时频同步系统解决方案。

公司的产品主要包括：时间服务器、时间检定仪、标准同步时钟、时统设备、IRIG-B码产品、cPCIe授时卡、北斗授时产品、脉冲分配器、高稳晶振、铷原子频率标准（GPS/北斗驯服）、多通道时间间隔测试仪、相位计、时间测试仪、PTP精密时钟、数字面板表、子母钟、U盘读写模块等等。