GPS北斗卫星授时系统(NTP同步时钟设备)的应用与发展
GPS北斗卫星授时系统(NTP同步时钟设备)的应用与发展
一. GPS信息和信息时代
信息时代特点：一是信息量快速增长(需要大内存时)； 二是信息传输数字化(数字通信发展等)； 三是信息享受全球化(互联网普及等)四、信息技术应用集成化(如ITS—智能交通系统)。
信息的主要来源：
除了因特网、电视网、移动通信网之外，重要的卫星信息源(例如，导航卫星能够提供最重要的位置和时间信息的遥感卫星能够提供各种地球表面的遥感数据)。
GS信息的特点：
(1)覆盖全球，全天侯，昼夜连续工作)2)单向广播体制，GPS接收机不发送信号，电磁兼容性好，有无限多用户。 但是，没有通信功能)3)可以向地面、海上、上空的各种动态静态用户实时提供高精度的7维信息(3维位置、3维速度、精密时间)。
GS信息的应用领域：
大致分为三种。 (1)动态导航位置，包括陆上各种车辆、水上各种舰船以及空中各种飞机和飞机的导航位置)静态测绘定位，广泛用于地图测绘、矿床勘探、铁路、公路、隧道建设等。 )3)精确定时和时间同步在国际时间协调、时频测量传递、数字通信、网络技术等领域非常有用。
二. GPS时间同步的原理和技术
1、关于时间的一些基本概念：
(1)、时间(周期)和频率：
相互呈倒数关系，两者密切相关，时间基准的基础是频率基准，因此也有人称晶体振荡器为“时基振荡器”。 时钟由频率刻度、分频电路和钟面显示装置构成。
)2)、4种实用的时频标准源(简称时钟) :
晶体钟
铷原子钟
氢原子钟
铯原子钟
(3)、常用时间坐标系：
时间概念包括时间(点)和时间间隔(段)。 时间系统(时间坐标系)由作为时间起点和时间尺度单位的秒定义(分为地球秒和原子秒)构成。 常用时间坐标系：
世界时(UT ) )。
地方
原子钟(AT )。
协调世界时(UTC )。
GPS时
(4)、定时、时间同步和守时：
定时(指根据基准时间标准校准本地时钟的过程)； 上课时(指用适当手段播放标准时间的过程)；
时间同步(指母钟与子钟之间时间一致的过程，也称为时间统一或简称时统)；
(守时)是指当地时钟维持校准标准时间的过程，国内外守时中心一般采用由铯原子钟和氢原子钟组成的守时组来守时。 严守时间组时钟长期运行性能最好的是主时钟(MC )。
2、GPS时间是怎么制作的？
为了得到精密的GPS时间，将其精度设定为100n s (相对于utc (usno/MC ) ) :
所有GPS卫星上都装有铯表；
GPS全卫星和地面观测站构成闭环自动修正系统；
采用utc(usno/MC )作为参考标准。
3、GPS定位、定时和频率校正原理
(1)、GPS定位原理)基于正确测定GPS信号的传输延迟(t )，得到从GPS卫星到用户的距离(r ) r=ct----- ) ) )式中，c为光速r=Xu、Yu、Zu是用户的位置参数)
(2)、GPS时序原理：
基于客户端准确测量并扣除的GPS时间信号传输延迟(t )，实现本地时钟定时和校准。 GPS时序的精度取决于信号发送端、信号发送过程中、接收端引入的误差，主要误差如下。
信号发送端(卫星时钟误差、卫星星历(位置)误差；
信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多径误差；
接收端)接收机延迟差、接收机坐标误差、接收机噪声误差。
) 3、GPS校准原理：
由于频率和周期相互呈倒数关系，为了频率校正的目的，测量本地时钟的频率精度(f/f )可以参考时间比法(测量间隔)的方法(GPS的秒信号)。 f/f=(T2 -T1 )/(t2-t1 )----) )式中，T2、t1分别是在时刻T2、t1测定的本地钟表与GPS时的时刻差.
4、进一步提高定时精度的几种方法：
采用GPS双频、相位测量技术
选择更高精度的GPS时间传递接收机；
采用GPS共视法比对技术和卫星传输双向法技术。
三. GPS在时频领域的应用
1、协调和建立国际时间标准：
从20世纪80年代末开始，国际计量局(BIPM )时间部开始正式采用标准化的GPS共视比对方法，沟通全球几十个守时中心的主时钟，建立了精度最高的国际原子钟(TAI )和国际协调世界时(UTC/BIPM )。 我国有三个实验室参加了国际时间标准的协调，它们是：
中国科学院陕西天文台(CSAO )；
国家计量研究院(NIM )；
> ③航天无线电计量测试研究所（BIRM）2、新型时频计量传递系统的建立
（1）、传统时频计量传递的特点：
①一般是按国家级计量单位、一级计量站、二级计量站和使用单位四级逐级传递；
②受检时频标准源或仪器设备必须往返搬运，检定校准后的状态在搬运中难免受到破坏；
③传统的时频计量一般只能按检定周期（一般为一年）进行，难以进行经常性和实时的计量测试。
（2）、通过采用GPS共视法时间比对和互联网技术，可以建立不需搬运的、实时的、完全新型的时频遥远校准系统。
3、GPS时间同步技术在电信、电力和铁路领域的应用：
①我国的通信网已基本上实现了数字化，为了保证整个电信网络的正常运行、提高网络服务质量和增强网络功能，通信网必须采用高精度的时间同步技术。目前，我国的通信网采用的是4级时钟（铯原子钟、铷原子钟、高稳晶体钟和普通晶体钟）分级时间同步的方法。随着电信技术的发展，通信网时间同步精度的要求越来越高。这种分级时间同步的方法已不能满足要求。因此，我国的通信网迫切需要采用GPS时间同步技术。GPS时间同步技术的优点：精度高、可靠性好、成本较低。
②GPS时间同步技术在电力供电系统、铁路运输系统也有广阔的应用前景。
四、结语:
从以上的论述可以看出：GPS卫星信号是一种十分重要的全世界可共享的信息源，GPS信息可以提供精确的定位、定时和校频，GPS时间同步技术在国际时间频率的协调、新型时频计量传递系统建立、数字通信系统、电力和供电系统、铁路运输系统以及许多其他领域都有广阔的应用前景。