高精度自動(dòng)校時(shí)鐘在中波轉(zhuǎn)播臺中的應(yīng)用

引言

時(shí)間，在我們的生活之中，無時(shí)無刻不顯示出它的作用。時(shí)間的準(zhǔn)確性則是一個(gè)關(guān)乎國計(jì)民生的重大問題，而中波轉(zhuǎn)播臺則對時(shí)間的準(zhǔn)確性有著特殊的要求。隨著中波轉(zhuǎn)播臺走向數(shù)字化、自動(dòng)化，時(shí)間的準(zhǔn)確性對中波轉(zhuǎn)播臺自動(dòng)控制系統(tǒng)的影響也越來越大。隨著科技的進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)應(yīng)用于中波轉(zhuǎn)播臺。而采用GPS技術(shù)的高精度自動(dòng)校時(shí)鐘則通過接收并解調(diào)出全球定位系統(tǒng)(GPS)的基準(zhǔn)時(shí)間信號，校準(zhǔn)并使中波轉(zhuǎn)播臺的時(shí)間同步，應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)之中。

高精度自動(dòng)校時(shí)鐘GPS系統(tǒng)

高精度自動(dòng)校時(shí)鐘主要由GPS系統(tǒng)和衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)這兩部分構(gòu)成，而在高精度自動(dòng)校時(shí)鐘中，起主導(dǎo)作用的就是GPS系統(tǒng)，它是同步校準(zhǔn)的關(guān)鍵。導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)，全稱為“授時(shí)與測距導(dǎo)航全球定位系統(tǒng)”，簡稱為“全球定位系統(tǒng)(GPS)”。

GPS系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶部分三個(gè)部分組成。GPS空間部分主要由二十四顆衛(wèi)星組成的星座，衛(wèi)星分布在六條升交點(diǎn)相隔60°的軌道面上，軌道傾角為55°。每條軌道上分布著四顆衛(wèi)星，相鄰兩個(gè)軌道上的衛(wèi)星相隔40°，在地球上任何地方至少同時(shí)可以看到四顆衛(wèi)星。衛(wèi)星的發(fā)射信號能覆蓋地面面積的38%，在軌道的任何位置，它對地面的距離和波束覆蓋面積基本不變。同時(shí)在波束覆蓋區(qū)域內(nèi)，用戶接收到的衛(wèi)星信號強(qiáng)度近似相等，這對提高同步校準(zhǔn)精度十分有利。

地面監(jiān)控部分包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測站。監(jiān)測站的主要任務(wù)是對每顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測，精確測定衛(wèi)星在空間的位置，向主控站提供觀測數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測站還配有GPS接收機(jī)，對每顆衛(wèi)星連續(xù)不斷地進(jìn)行觀測，每6秒進(jìn)行一次偽距測量和積分多普勒觀測，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)。監(jiān)測站受主控站的控制，定時(shí)將觀測數(shù)據(jù)送往主控站。主控站擁有大型計(jì)算機(jī)，是數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、傳輸、診斷、編輯等功能的主體設(shè)備。主控站將編輯的衛(wèi)星信號傳送到位于三大洋的三個(gè)注入站，而注入站通過S波段微波鏈路定時(shí)地將信號注入各個(gè)衛(wèi)星，然后將GPS衛(wèi)星信號發(fā)送給用戶。

用戶部分主要包括GPS接收機(jī)，它是一種衛(wèi)星信號接收機(jī)，用來接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號，并由此得到基準(zhǔn)時(shí)間信號。

GPS系統(tǒng)作為關(guān)鍵部分，能連續(xù)地為用戶提供精確的基準(zhǔn)時(shí)間信號，而且所提供數(shù)據(jù)的信息量大，同時(shí)可以通過偽距測量和積分多普勒觀測，采集相關(guān)數(shù)據(jù)。GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘通過和地面的主鐘進(jìn)行比對，使衛(wèi)星鐘與主鐘之間保持精確同步。GPS接收機(jī)對GPS衛(wèi)星所發(fā)射的信號進(jìn)行處理，經(jīng)過一套嚴(yán)密的誤差校正，使輸出的基準(zhǔn)時(shí)間信號達(dá)到很高的準(zhǔn)確性，而GPS接收機(jī)則是衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)的重要組成部分。

高精度自動(dòng)校時(shí)鐘衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)

高精度自動(dòng)校時(shí)鐘衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)是自動(dòng)校時(shí)鐘的重要組成部分，自動(dòng)校時(shí)鐘的校時(shí)功能主要由它完成。衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)，穩(wěn)態(tài)時(shí)鐘，編碼驅(qū)動(dòng)器，同步校時(shí)電路，軟件程序這五部分構(gòu)成。衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)采用專門的GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號，并解調(diào)出AC碼，得到高精度的時(shí)間碼和秒脈沖，作為高精度自動(dòng)校時(shí)鐘的基準(zhǔn)時(shí)間信號。衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

穩(wěn)態(tài)時(shí)鐘內(nèi)部使用高穩(wěn)晶振，即使校準(zhǔn)源基準(zhǔn)時(shí)間信號中斷，仍可以較穩(wěn)定的維護(hù)運(yùn)行，輸出校準(zhǔn)時(shí)間信號。高穩(wěn)晶振輸出 正弦信號，經(jīng)整形、放大，送分頻網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn) 秒脈沖信號。單片機(jī)對秒脈沖進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，時(shí)間碼緊隨秒脈沖串行輸出，形成完整的串行壓縮BCD碼。外部輸入的基準(zhǔn)時(shí)間碼被單片機(jī)讀入，經(jīng)判斷認(rèn)為正確之后，讀入基準(zhǔn)時(shí)間碼校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)鐘。由單片機(jī)控制選通電子開關(guān)，隨后將輸出的時(shí)間碼輸入編碼驅(qū)動(dòng)器，使本地時(shí)鐘的相位同步于校準(zhǔn)源。

編碼驅(qū)動(dòng)器主要用于：將一路時(shí)間碼輸入，轉(zhuǎn)為多路時(shí)間碼輸出，用于高精度自動(dòng)校時(shí)鐘時(shí)間碼的多路時(shí)間碼分配。它的特點(diǎn)是：如果輸入的是高阻，波形經(jīng)整形后輸出;如果輸入的是低阻，則各路隔離。

同步校時(shí)電路的核心是高性能計(jì)算機(jī)，它與高性能可編程門陣列邏輯IC等配合，可進(jìn)行復(fù)雜的信號處理，數(shù)據(jù)計(jì)算。同步校時(shí)電路分為校時(shí)接口，信號處理，單片機(jī)控制電路，信號轉(zhuǎn)換，譯碼顯示等主要的模塊。校時(shí)模塊輸出統(tǒng)一的串行基準(zhǔn)時(shí)間碼，整形處理后，送給譯碼顯示單元，經(jīng)RS-232和RS-422輸出端口送入計(jì)算機(jī)對時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。

對計(jì)算機(jī)時(shí)間的校準(zhǔn)可以通過計(jì)算機(jī)軟件程序來實(shí)現(xiàn)，而軟件程序主要由Clock.exe和NetTime.exe軟件組成。其中Clock.exe主要用于從RS-232輸出端口取得GPS基準(zhǔn)時(shí)間對主機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)(本地校時(shí))，NetTime.exe主要用于從RS-422輸出端口取得的GPS基準(zhǔn)時(shí)間對局域網(wǎng)內(nèi)的其余計(jì)算機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)(網(wǎng)絡(luò)校時(shí))。

應(yīng)用Clock.exe軟件進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)時(shí)，需要將其文件夾Clock1.3內(nèi)的LocalParam.ini文件的屬性中的“只讀”去除。并通過“系統(tǒng)設(shè)置”對“校時(shí)串口”進(jìn)行設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)GPS基準(zhǔn)時(shí)間、軟件時(shí)間、計(jì)算機(jī)時(shí)間的校準(zhǔn)同步。在對局域網(wǎng)內(nèi)的其余計(jì)算機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，需要選擇NetTime.exe軟件的Properties屬性項(xiàng)進(jìn)行界面的設(shè)置。在選擇其中的Settings選項(xiàng)之后，進(jìn)入Net Time Options(網(wǎng)絡(luò)校時(shí))界面，并在其中的Time Server(IP or Host name)選項(xiàng)中輸入由Clock.exe軟件校時(shí)的主機(jī)IP，以實(shí)現(xiàn)對局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)校時(shí)界面如圖2所示。

結(jié)語

本文主要對高精度自動(dòng)校時(shí)鐘及其主要系統(tǒng)做了一些研究，就其整體結(jié)構(gòu)而言比較簡單，在運(yùn)行過程中也比較穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確。尤其是在中波轉(zhuǎn)播臺自動(dòng)控制系統(tǒng)中，高精度自動(dòng)校時(shí)鐘可以使基準(zhǔn)時(shí)間信號更加精確、穩(wěn)定，真正使自動(dòng)控制系統(tǒng)得到校準(zhǔn)，這在中波轉(zhuǎn)播臺的日常維護(hù)工作中具有重要作用。