北斗一號授時技術(shù)及在電力系統(tǒng)中的應用

一．引言

對于一個進入信息社會的現(xiàn)代化大國，導航定位和授時系統(tǒng)是最重要的，而且也是最關(guān)鍵的國家基礎設施之一。精密時間是科學研究、科學實驗和工程技術(shù)諸方面的基本物理參量。它為一切動力學系統(tǒng)和時序過程的測量和定量研究提供了必不可少的時基坐標。精密授時在以通信、電力、控制等工業(yè)領域和國防領域有著廣泛和重要的應用?，F(xiàn)代武器實(試)驗、戰(zhàn)爭需要它保障，智能化交通運輸系統(tǒng)的建立和數(shù)字化地球的實現(xiàn)需要它支持?，F(xiàn)代通信網(wǎng)和電力網(wǎng)建設也越來越增強了對精度時間和頻率的依賴。從建立一個現(xiàn)代化國家的大系統(tǒng)工程總體考慮，導航定位和授時系統(tǒng)應該說是基礎的基礎。它對整體社會的支撐幾乎是全方位的星基導航和授時是未發(fā)展的必然趨勢。

目前的衛(wèi)星授時同步技術(shù)主要有美國的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)GPS、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASS、中國的北斗一號導航定位系統(tǒng)和歐盟的伽利略全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)Galileo,基于授時的安全考慮，現(xiàn)階段國內(nèi)電力企業(yè)主要依賴全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS時間同步技術(shù)，但GPS受美國限制，且GPS是免費使用，因此可靠性低，自主性差。為了滿足電力生產(chǎn)業(yè)務及管理業(yè)務等方面對時間的需求和安全需要，有必要對北斗一號授時時間同步技術(shù)進行研究和推廣應用。在本文中只介紹北斗授時技術(shù)及在電力系統(tǒng)的應用。

本文所指的時間同步是指網(wǎng)絡各個節(jié)點時鐘以及通過網(wǎng)絡連接的各個應用界面時鐘的時刻和時間間隔與協(xié)調(diào)世界時(UTC)同步。

二．北斗授時原理及特點

1．北斗一號授時原理

授時是指接收機通過某種方式獲得本地時間與北斗標準時間的鐘差，然后調(diào)整本地時鐘使時差控制在一定的精度范圍內(nèi)。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)通常由三部分組成：導航授時衛(wèi)星、地面檢測校正維護系統(tǒng)和用戶接收機。對于北斗一號局域衛(wèi)星系統(tǒng)，地面檢測中心要幫助用戶一起完成定位授時同步。

在北斗導航系統(tǒng)中，授時用戶根據(jù)衛(wèi)星的廣播或定位信息不斷的核準其時鐘鐘差，可以得到很高的時鐘精度；根據(jù)通播或?qū)Ш诫娢牡臅r序特征，通過計數(shù)器，可以得到高精度的同步秒脈沖1pps信號，用于同/異地多通道數(shù)據(jù)采集與控制的同步操作。

“北斗一號”為用戶機提供兩種授時方式：單向授時和雙向授時。單向授時的精度為100ns，雙向授時的精度為20ns。在單向授時模式下，用戶機不需要與地面中心站進行交互信息，只需接收北斗廣播電文信號，自主獲得本地時間與北斗標準時間的鐘差，實現(xiàn)時間同步；雙向授時模式下，用戶機與中心站進行交互信息，向中心站發(fā)射授時申請信號，由中心站來計算用戶機的時差，再通過出站信號經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶按此時間調(diào)整本地時鐘與標準時間信號對齊。