你懂卫星授时吗？此文详解GPS北斗卫星授时服务

您是否了解卫星定位技术的基本原理？本文将深入解析GPS及北斗卫星导航系统的授时服务。

什么是卫星授时?

授时设备通过北斗导航卫星或GPS导航卫星接收的标准时间信号，并将这些信号通过多种接口传递给计算机、主控器、采样装置以及RTU等所需设备。从而实现单一设备的时间校准或多个系统的同步运转；这一操作过程即为卫星授时技术的应用

卫星授时工作原理

无论采用GPS还是北斗系统的卫星，在其载具中均配备了原子钟（包括铯钟或铷钟）。借助精确的时钟配合地面站持续的校准工作后可知，在线时间可被精确测定。接收器将从卫星接收一条时间信息；这条信息中的信号沿边缘与所携带的时间值高度吻合。通过分析信号沿边缘的变化情况，则可推算出发射时刻的具体数值参数；这些参数包括定位所处的时间周数以及当前所在秒位数值等关键数据要素；基于上述数据即可实现高精度的时间授时功能

常见的授时方式

现有的主流时间同步信号与接口方案主要包括：一脉冲输出精确时间基准（1PPS/1PPM）、工业射频通信编码（IRIG-B码）、串口通信协议（RS-232串口）以及网络式时间授时（NTP）等技术手段。其中一脉冲输出精确时间基准与IRIG-B码的授时精度均可达到纳秒级别；而RS-232串口与NTP网络授时在常规应用中通常能达到毫秒级别精度水平；在具体应用中发现：一脉冲输出精确时间基准、IRIG-B码以及RS-232接口均需搭配专用端口与线缆进行连接；相比之下，在不增加额外设备的情况下采用网络化的配置即可实现NTP网络授时而不必依靠物理连接。

a) 1PPS/1PPM授时方式该系统采用的时间信号每隔秒或分发送单个脉冲信号。该系统发送的单个脉冲不具备精确的时间戳标记。

b) IRIG编码体系包含A到H多种不同的编码规范。在时间同步领域中，默认采用的是IRIG-B编码方案；此外还有DC电平偏移（BC）与正弦载波调幅（1kHz）等多种辅助格式。该系统每隔一秒发送一次数据帧，并保证每帧持续时间为一秒钟。每个数据帧由总共100个信息单元构成；这些信息单元通过不同宽度的脉冲来表示二进制数据以及其所在的位置标记。

RS-232串口授时方式经EIA标准串行接口传输一串由ASCII码表示的日期和时间报文。这些报文中包含有奇偶校验内容、时钟状态信息以及诊断结果等丰富的内容。此方案便于在计算机上通过软件直观显示当前的时间信息，并且方便地维护与校正计算机时间

d) 采用NTP协议作为基础的网络授时方式旨在在全球范围内提供一致且精确的时间服务。具体而言，在全球范围内部署多台精度极高的主从型基准服务器，并通过该系统向用户发送精确的时间基准信号；这些主从型基准服务器之间应具备高度同步性机制以提高测量精度；所有接入该局域网的个人计算机、服务器以及相关设备都能通过该网络与主从型基准服务器建立连接；当存在网络安全层延迟现象时，NTP协议能够实时检测并补偿由于这一延迟带来的误差；从而确保整个局域网区域内所有设备都能维持一致且精确的本地钟表。

常用的计算机授时方法

目前计算机维持时间的方式较为单一，在正常情况下主要依赖于主板上的晶体电路依靠电池供电来维持工作状态。当计算机关闭后，在启动前需等待主板上的晶体完成周期性工作从而提供精确的时间基准值。然而，在等待期间由于晶体可能会出现轻微漂移现象可能导致初始基准值出现偏差进而影响整体精度水平。此外由于不同系统的运行可能会引入额外的干扰因素从而导致最终的时间基准产生较大误差因此在实际应用中单纯依赖单一设备的时间基准难以满足高精度需求同样的多台设备间的同步基准也难以达到理想状态

为了解决这一问题