常用授时方式介绍(下)
时间同步系统介绍
公司简介可为科技发展成立于2000年7月，位于市高新技术产业开发区高新孵化园（国家软件基地），是专业从事美国GPS全球定位系统，中国北斗星定位系统、原子钟等相关时间类产品研发、生产、销售的国家级高新技术企业。
由可为公司自行研发生产并提供的授时产品主要有：CT-TSS2000时间同步系统，CT-GPS25、CT-GPS301、CT-GPS2003、CT-GPS2002系列全球卫星同步时钟，CT-CBD001系列北斗星同步时钟等，这些产品的特点是输出格式多，时间精度和可靠性高，使用方便，不受地域等条件的限制，抗干扰能力强，广泛应用于同步时钟系统的建立以及各种需要高精度授时的自动化装置和自动化系统。
其中的CT-GPS2003具有网络接口(TCP/IP或NTP协议)，适用于计算机网络或自动化系统的高精度授时；CT-GPS2002具有IRIG-B码输出格式，适用于需要B码授时的自动化设备和自动化系统。
目前可为公司的授时产品已经在我国军队、电力、电信和民航等行业有近五千台套在运行使用，用户反应十分良好！鉴于我国电力行业迅速发展，与其相关的自动化产品迅速增长,电力系统的安全稳定运行对时间的基准同一和同步性及精度要求进一步提高，在电网的电厂变电站及调度中心建立专用的时间同步系统已经显得十分迫切和必要。
可为公司为此组织专业的技术队伍，成功研发了CT-TSS2000（COVE TECHNOLOGY - TIME SYNCHRONOUSSYSTEM 2000）时间同步系统。
CT-TSS2000时间同步系统是可为公司在六年来的专业积累基础上，充分发挥自身在授时产品领域的技术优势和应用经验，依托相关的科研院所和军工企业，结合美国GPS全球定位系统，中国北斗星定位系统、原子钟及IRIG-B码靶场时间标准等技术特点并考虑了各种涉及国家安全等的关联因素，在满足电力系统现在的需要及将来的发展要求基础上自主开发的具有国先进水平的授时产品，该产品是专业用于电厂变电站及调度中心同一时间基准和时间同步系统的建立的授时系统.该系统实现了时间多源头（GPS、北斗星、原子钟、高精度晶振、IRIG-B时间码基准）、输出多制式（串口、脉冲、网络、B码等）、满足多设备（系统输出可以任意扩展，可以满足任何规模任何方式的时间信号需求）的要求，保证了时间需求的高精确度、高稳定性、高安全性，高可靠性，将电力系统的时间同步精确度、稳定性、安全性和可靠性提高到一个更新更高的台阶。
时钟授时原理
时钟授时指的是通过某种方式将精确的时间信息传递给其他设备，以便它们用于同步或校准其自身的内部时钟。
授时的原理包括时间度量、时间标准和时间传递。
现在我们主要讨论原子钟（如氢钟、铯钟）作为精确授时的来源，并简要介绍一些常见的授时方法。
时间度量：在授时系统中，最重要的是精确的时间度量。
原子钟是目前已知最高精度的时间度量工具。
原子钟的工作原理基于原子间的特定能级转换所产生的辐射频率。
这种辐射频率是非常稳定且可预测的，使得原子钟能够提供极高的精度来度量时间。
时间标准：现代世界广泛使用的国际原子时间（TAI）是通过多台原子钟协同工作得出的一种原子时间标准。
协调世界时（UTC）则根据 TAI 基础上加入闰秒进行调整，使其与地球自转周期保持一致。
各国的官方授时机构会密切关注这些标准，并以它们作为授时的基准。
时间传递：时间传递是授时过程中的关键部分。
有多种方法可以将精确时间信息传递给其他设备。
常见的授时方式有以下几种：通过地面无线电波（如JJY、BPC、DCF77 和WWVB 等标准信号）进行授时。
这些信号由特定的发射机发出，覆盖一定范围地区，可以被收到信号的设备用来进行时间同步。
GPS （全球定位系统）和其他卫星导航系统（如 GLONASS、Galileo 和 BeiDou）也提供精确信号用于授时。
卫星导航系统的原子钟向地球发射精确时间信号，用户通过接收器可以实时获取并校准时间。
网络时间协议（NTP）是一种在网络环境中实现时间同步的协议。
通过访问NTP 服务器，计算机或其他设备可以获取远程精确时间并校准自身时钟。
以上是时钟授时原理的简要概述。
授时系统的核心是高精度的原子钟，它们度量时间、维护时间标准，并把精确时间信息通过多种方式传递给其他设备，以便进行全球范围内的时间同步。
常用授时方式介绍(上)
从电台报时到低频时码授时——几种常用授时方式介绍（上）怎样校准家里或工作场所的钟表？以前我们都是习惯于在整点时收听广播电台“嘟－嘟－嘟－……嘀”的报时信号。
现在呢，可用于对时的手段就很多了：除了听电台的整点报时信号外，还可以看电脑显示的时间、电视机屏幕上显示的时间、手机上的时间、汽车导航仪上显示的时间等等。
这几种对时方法的准确程度是不一样的。
有的可能只差半秒一秒，有的可能会误差十几秒。
如果你对时间误差要求不高的话，那么上述对时方法都是可行的。
但如果你对此有较高的要求，那么应该采用哪种“授时”方式来获得精确时间呢？“授时”一词，据说源自《尚书》尧典篇：“历象日月星辰，敬授民时”。
现代的“授时”，是指授时中心(或天文台)，把精确的时间，通过无线电波或其他传播手段传递给用户的过程。
在这个过程中，由于传递方式的不同，会产生不同的授时误差。
广播电台报时先来看看多年来我们早已习惯的广播电台报时。
现行的国家标准（GB/T 4961-1999）规定：广播报时信号由六声短音组成，在每小时的整点前报出五声低音（800Hz），整点时报出一声高音（1600Hz），并以该高音的起点作为整点信号。
第一响（预告音）在59分55秒时报出，然后每秒一响，这五响预告音的持续时间各为0.25秒，而整点时的一响为0.5秒。
中央级广播电台的报时准确度应优于0.01秒，地方广播电台的报时准确度应优于0.05秒。
八十、九十年代，就有一些大型钟的控制电路是通过检测电台广播中的报时信号，然后用来将大钟自动校准的。
（可以在知识产权局的专利文献数据库中检索到这样的一些专利申请案。
）但由于广播电台报时的授时精度太低，且只在整点(或半点)时发布，再加上目前有许多电台(甚至包括央广)的报时误差严重超标(据业内人士说这与直播实行延时播出制度有关)，因此，它仅能用于日常生活中的粗略对时。
至于电视机所显示的时间，由于卫星传输等导致的延迟及加密解密导致的延迟，往往有较大的滞后误差。
电网调度自动化题库
监控系统与智能设备的通讯
GPS
操作员工作站 1 操作员工作站 2 服务器1 服务器2 工程师工作 站1 上级调度 远动机 1
**** **** **** ****
双光纤以太网
通道切 换
公共接口装置
*** * ** *** *** * ** ***
…...
*** * ** ***
直流 接地选线 UPS 火灾报警等
A411
N411
练习题
• 准确度等级 0.2S 中的“S”表示这种电能表 或互感器要求在极低负荷下的准确度比一般 同等级的表计要高。（ ）
10KV 保护测控一体化装置
……
综合自动化系统监控系统应掌握
监控系统的网络结构图： 测控装臵的基本功能： 监控系统SCADA的基本功能: 变电站监控系统的五防功能： 变电站的对时 变电站监控系统VQC功能: 变电站的同期功能
变电站监控系统SCADA的功能
（1）数据采集（遥测，遥信，保护信息）；
（2）信息显示（主接线、间隔、棒图、曲线）； （3）远方控制（遥控、遥调）； （4）监视及越限报警； （5）信息的存储及报表、打印； （6）事件顺序记录（SOE）； （7）数据计算；
变电站监控系统对时
几种授时方式： 1. 串口 2. B码 3. 脉冲 4. NTP对时
数字化变电站
数字化变电站与常规综自站的区别： 数字变电站增加了过程层，并且在 过程层和间隔层之间也采用以太网的 通讯方式； 数字变电站在过程层采用了光电CT、 光点PT、智能操作箱和智能传感器等； 数字变电站的通讯采用了IEC61850 规约，它的特点是：信息分层；面向 对象统一建模；数据自描述；使用抽 象通信服务接口；互操作性。
遥测部分
常用授时方式介绍
常用授时方式介绍1.电子钟表：电子钟表是我们日常生活中最常见的授时方式之一、电子钟表通过电子元件实现时间的准确显示，无论是在家庭、办公室还是公共场所，电子钟表都被广泛使用。
电子钟表的准确性很高，一般可以精确到秒级别。
2.手表：手表是最古老、最便携的授时方式之一、无论是机械手表还是电子手表，手表通过内部的时间显示机构来告知人们准确的时间。
手表的准确性和稳定性很高，可以满足人们日常的授时需求。
4.电视广播：电视广播是另一种常用的授时方式。
电视广播会定时播报精确的时间信号，人们可以通过观看电视或收听广播来知道准确的时间。
电视广播的授时方式准确性高，同时也是一种被人们广泛接受的授时方式。
5.GPS导航：全球定位系统（GPS）是一种通过卫星定位技术实现准确授时的方式。
GPS导航设备可以通过接收卫星发送的信号来确定自身的位置和时间，进而提供给用户准确的时间信息。
GPS导航不仅可以用于导航，还可以作为授时工具使用。
6.互联网授时协议（NTP）：互联网授时协议是一种通过互联网来获取准确时间的方式。
NTP通过互联网连接到时间服务器，同步时间信息，并将准确的时间传递给使用者。
NTP具有高度可靠性和准确性，广泛应用于计算机网络、通信系统等领域。
7.短波广播：短波广播是一种通过电磁波传播时间信号的方式。
短波广播可以覆盖广阔的地区，人们只需要一台带有短波收音功能的收音机，就可以接收到准确的时间信息。
短波广播的授时方式准确性高，适用于一些地区网络信号较弱的情况。
8.火车站、机场时钟：在火车站、机场等公共场所，我们常常可以看到大型时钟，这些时钟通常都是精确授时的。
这些时钟通过定期校准，保证时间的准确性，并提供给旅客参考。
火车站、机场时钟的授时方式广泛应用于公共场所。
总结起来，常用的授时方式有电子钟表、手表、智能手机、电视广播、GPS导航、互联网授时协议（NTP）、短波广播、火车站、机场时钟等。
这些授时方式各具特点，在不同场景下可以灵活使用，为人们提供准确的时间信息。
地基授时方式
地基授时方式地基授时方式是一种通过地面设备提供时间信号的方法，常用于各种时间同步需求的场景中。
它主要借助于地面上的基站或卫星定位系统，通过无线通信或卫星信号传输时间信号到用户终端，以实现精确的时间同步。
地基授时方式具有精度高、可靠性强、覆盖范围广等优点，被广泛应用于电信、金融、交通、能源等领域。
一、地基授时方式的原理地基授时方式主要通过基站或卫星信号传输时间信号到用户终端。
基站授时方式通过无线通信技术，如4G、5G等，将基站的时间信号发送给用户设备。
而卫星授时方式则是通过卫星定位系统，如GPS、北斗导航系统等，将卫星信号携带的时间信息传输给用户终端。
用户终端接收到时间信号后，可以根据信号中的时间信息进行本地时间同步，从而实现精确的时间授时。
二、地基授时方式的应用1. 电信领域：地基授时方式在电信领域中具有广泛应用。
在移动通信网络中，基站通过授时设备向用户终端提供准确的时间信号，以保证网络节点之间的时间同步。
这对于移动通信网络的正常运行至关重要。
此外，地面授时还可用于电信运营商的计费系统、短信时间戳等场景中。
2. 金融领域：金融行业对时间的精确性要求非常高。
地基授时方式可以提供高精度的时间信号，用于金融交易系统的时间同步。
在金融交易中，时间同步的准确性对于交易的顺利进行至关重要。
地基授时可以确保各个交易节点的时间一致性，避免因时间差异引起的交易纠纷。
3. 交通领域：地基授时方式在交通领域中也有广泛的应用。
例如，智能交通系统中需要对交通信号灯进行时间同步，以确保交通信号的准确控制。
此外，地基授时方式还可以用于车辆定位、车载导航等场景中，提供精确的时间信息。
4. 能源领域：电力系统对时间同步的要求也非常高。
地基授时方式可以用于电力系统的时间同步，确保各个电力设备之间的时间一致性。
通过时间同步，可以提高电力系统的稳定性和可靠性，提供更好的电力供应服务。
三、地基授时方式的优势1. 精度高：地基授时方式可以提供高精度的时间信号，满足各种应用场景对时间同步的要求。
智能变电站常用的对时方式的分析
智能变电站常用的对时方式的分析摘要：通过对智能变电站的脉冲对时、IRIG-B码对时的原理的分析与探讨，对比出各自的优缺点以及适用场合，从而为理解智能站的对时系统打好基础。
关键字：智能变电站；对时方式；脉冲对时；IRIG-B码1. 引言变电站中常用的对时方式有：脉冲对时（硬对时）、串口通信（软对时）、编码对时。
在智能站中，最常见的授时方式有脉冲对时、直流IRIG-B码对时。
本文就此两种对时方式做了详细的说明。
2. 脉冲对时2.1 概述脉冲对时信号主要分为三种：秒脉冲信号PPS（Pulse per Second）、分脉冲信号PPM（Pulse per Minute）和时脉冲信号PPH（Pulse per Hour）。
秒脉冲是利用GPS所输出的每秒一个脉冲方式进行时间同步校准，获得与UTC同步的时间准确度较高，上升沿的时间误差不大于1μs，这是国内外IED常用的对时方式；分脉冲是利用GPS所输出的每分钟一个脉冲方式进行时间同步校准。
其输出方式有TTL电平、静态空接点、RS-422、RS-485和光纤等。
脉冲对时方式进行对时时，装置利用GPS所提出的时间脉冲信号进行时间同步校准，常见的秒脉冲信号如图3所示：图1 秒脉冲信号2.2 技术指标智能变电站的过程层设备若采用1PPS对时方式，应采用850nm波长的光纤接口，其技术指标如下：（1）脉冲宽度th＞10ms；（2）秒准时沿：上升沿，上升时间≤100ns；（3）上升沿的时间准确度：优于1μs；（4）使用光纤传导时，亮对应高电平，灭对应低电平，由灭转亮的跳变对应准时沿。
2.3 特点脉冲对时方式的特点如下：（1）实现简单：可适用于以翻转序号为主要应用的装置，如合并单元等；可用电缆或光缆作为传输通道；（2）抗干扰能力弱于IRIG-B码；（3）不能传输完整的时间信息，需与串口报文等其他报文配合使用；（4）对时误差不小于1μs，只能对时到秒。
3. IRIG-B码对时3.1 概述IRIG（InterRange Instrumentation Group）时间标准有两大类：（1）并行时间码：这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式广泛；（2）串行时间码：共有六种格式，即A、B、C、D、E、G、H。
GPS授时的方式有哪些？
GPS授时的方式有哪些？概述GPS授时是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS 时间的接受装置。
GPS时钟只要接受到1颗GPS卫星信号就能保证时钟的走时准确性，从而可以给其他的设备进行时间同步。
GPS授时可直接给电脑/工控机进行时间同步的有三种：1、NTP/SNTP同步，2、pci/pcie板卡同步，3、串口授时。
目前我们将介绍以下3种对时方式：1、NTP/SNTP同步：使用互联网同步计算机的时间是十分方便的，这种方式在局域网内得到广泛的应用。
微软公司已将网络时间协议（NTP）嵌入到Windows XP系统中，只要计算机能联网，就能进行局域网或广域网内的计算机时间校准。
标准的NTP协议采用的是RFC 1350标准，简化的网络时间协议（SNTP）采用的是RFC 1769标准。
NTP协议包含一个64bit的协调世界时（UTC）时间戳，时间分辨率时200ps，并可以提供1~50ms的时间精度（依赖网络负载）。
但实验表明这种技术在洲际间的校准精度只能达到几百毫秒甚至只能达到秒的量级。
所以，在庞大的网络中应设立一级和二级时间服务器来解决精度的问题。
2、PCI/PCIe板卡：Pci/pcie板卡主要功能是通过PCI/PCIe卡槽供电，接收GPS卫星标准时钟信息，通过串口输出时间信息，使用我们公司研发的串口授时软件，从而可以对电脑/工控机进行校时。
3、串口授时：串口授时主要是通过220V供电，接收GPS卫星标准时钟信息，通过串口输出时间信息，使用我们公司研发的串口授时软件，从而可以对电脑/工控机进行校时，设备的大小为标准19英寸，方便客户上机架从而为客户节省空间。
厂家介绍西安同步电子科技有限公司是一家专业研发GPS授时设备的现代化高科技型公司，坐落于陕西省西安市高新技术产业开发区，一直专注于时间频率产品的研发、生产和销售，为顾客提供端到端一站式专业化时频同步系统解决方案。
“专注时频，用心服务”是我们的基本宗旨；“品牌就是风格，品牌就是价值”是我们的经营理念；“唯实、守信，求真、创新”是我们的行为准则；“互惠互利、合作共赢”是我们奉行的基本思想。
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导航卫星的授时功能及应用
——几种常用授时方式介绍（下）
随着卫星导航设备的广泛应用，其定位导航功能已被大家所熟知。
而且《电子报》也曾刊载多篇相关文章，使得读者对卫星导航系统的优异性能有了进一步的了解。
今天要跟大家聊聊卫星导航系统具有的精确授时的功能，而卫星导航系统在这方面的优越性能可能较少被关注。
我国的北斗卫星导航系统、美国的GPS系统、苏联的格洛纳斯系统、欧盟的伽利略系统，是面向全球的四大卫星导航系统。
我国的北斗系统虽然起步较晚，但是进展最快，从北斗一代到北斗二代，现在开始布局北斗三代。
各个卫星导航系统的基本原理是一样的，下文就以GPS系统为例来讨论。
GPS的全称是Global Positioning System，意即“全球定位系统”。
在卫星导航系统中，导航接收器接收4颗以上导航卫星发送的导航信号（导航电文），通过测算卫星信号传播的时延来测量“伪距”，并根据卫星导航电文中给出的这几颗卫星该时刻在天空中的座标，最终计算出自身所在的准确位置。
学过平面几何的人都知道，如果已知平面上的某一点与另外两个位置确定的点之间的距离，那么这个点的位置也就可以确定了。
在立体空间中，则需要知道该点和另外三个位置确定的点之间的距离，才能确定该点的空间位置。
在导航定位的过程中，导航接收器是通过“距离=电波传播速度×传播时间”这一公式来计算它与各卫星的相对距离的(内含待消除的误差)。
电磁波的传播速度是2.99792458×108米/秒(真空中，在空气中要略作修正)，这是已知的。
那么，接收器是怎么得出某卫星发送的导航信号到达它的准确时延的呢？
原来，每一颗导航卫星上都搭载有高精度高稳定的铯原子钟或铷原子钟，这些原子钟都基本上同步于该导航系统时间(每一颗卫星上的时钟与整个系统时间之间的微小偏移，会由地面监视网络进行监测并得出各卫星钟的校正量，发射至卫星，各卫星在广播的导航电文中会加进这些时钟校正信息，从而消除它们的误差)。
各个导航卫星在发送导航电文时，除了当时它所在的精确空间座标外，还会发送卫星钟当时的准确时刻。
如果接收器中的时钟与该导航系统的时钟是保持同步或相差确切已知的时间，那么就可立即知道导航信号从某颗卫星到达接收器的时间差(时延)，从而求出距离。
如果是这样，只需要收到三颗卫星的导航信号即可。
但是出于成本的考虑，接收器只会使用普通的石英谐振器来构成内部时钟。
硬件上的不足，可以通过软件来弥补，就是将该接收器时钟与导航系统时钟的钟差Δt作为一个未知数来求解。
为了得到接收器处的经度、纬度、高度，以及接收器的钟差，就有四个未知量需要求解，要解算至少由4个方程构成的联立方程组，所以要求能有效地接收到至少4颗卫星的导航信号。
接收器由解算获得经度、纬度、高度、钟差，也就在接收器内部恢复了该导航系统在那一时刻的时间。
为了定位的准确，该接收器内建时钟当然也要达到相当高的精度。
以GPS系统为例，对为普通用户提供的标准定位服务(SPS)来说，即使在启用SA(选择可用
性Selective Availability)的情况下，时间广播精度也在0.34微秒以内（95％概率），而SA 加密干扰早已于2000年5月关闭。
因此，目前任一款GPS接收器都有能力提供精度优于1微秒的时间信号。
从表1中我们看到，导航卫星授时方式的授时精度特别高，且不受地域的影响。
一般的导航接收器都是以串行信号的形式输出定位导航信息和头顶上空的导航卫星的部分参数，以及准确到秒或毫秒的日期时间信息。
同时，以秒脉冲的形式提供精确时间。
这种每秒一个的1PPS（1 Pulse per Second）脉冲信号的前沿，同步于UTC时间，精度在1微秒以内。
目前大部分导航接收器的秒脉冲同步精度已达到0.1～0.2微秒，而一些专用型GPS接收器则能达到10～20纳秒。
导航接收器输出的日期与时间是世界协调时（Universal Time Coordinated，缩写为UTC），由于北京处于东8时区，所以北京时间是UTC时间加上8小时。
导航接收器的串行输出信号中，通常有GGA、GSA、GSV、RMC等输出语句。
其中，GGA输出语句中包含有定位与时间信息，RMC输出语句中则包含了定位、日期与时间信息。
下面就是一个RMC输出语句的例子：
$GPRMC, 121951.000, A, 2827.3065, N, 11954.7318, E, 0.12, 309.62, 021017, , , A*63 其确切含义见表5。
有了准确的时钟源，就可以利用它来自动校准钟表以及其他计时设备了。
但是由于导航接收器的天线要直视天空，而一般钟表大多在建筑物内，为解决这一矛盾，我们专门制作了“导航卫星授时信息转发器”。
将该转发器天线安装于外墙上能直视天空的位置，转发器内的单片机在接收串行导航输出信息后，仅抽取其中的日期时间信息与定位状态，并把秒脉冲嵌入其中，然后仍以串行方式转发。
通过RS-485串行接口器件，以平衡差分传输方式，传送给各个受控时钟或别的计时设备。
根据RS-485串行接口标准，在广播方式下，接收器件的节点数可达数十个，传输距离可达1200米。
若采用“接力”方式，则节点数和传输距离几乎不受限制(但每300米增加1微秒的延时)。
为了在任何时候都能提供准确时间，避免受短时停电等偶发因素的影响，计时设备内应该有时钟芯片用来保持时间。
对于数显式钟表来说，下一步只要把时钟芯片的时间显示出来就行了。
而指针式时钟，则要在几个齿轮上打上光电孔，并增设光电传感器，由单片机通过光电传感器来监视时钟的运行。
当时钟走时偏差超过允许值时，就调整步进电机驱动脉冲的时间间隔(提前或延后)，达到校准的目的。
用这样的办法，可以很方便地达到0.05秒的走时控制精度，而且走时误差是不会积累的。
(准确地说，秒针在钟面的实际位置还要计入初始安装位置偏差及传动齿轮间隙的影响，秒针位置会有点偏差，这是出厂就有的偏差，它是不会累积的。
)
由于导航信号每一秒都在连续发送，因此钟表内的控制器每一秒都能得到1PPS秒脉冲信号，每一秒都可以对时钟的走时情况进行一次检查核对，并在必要时进行调整，因此始终可以维持相当高的计时精度。
尤其对某些特殊应用场合要求极高的专用钟表来说，还可以达到与1PPS秒脉冲相当的计时精度。
还有，用导航卫星授时，其授时精度不受地域
限制。
所以，从技术指标上来说，导航卫星授时是其他授时方式难以比拟的。
使用导航卫星授时信号来控制时钟，所达到的应用效果是显而易见的。
尤其在机场车站码头等公共场所，以及在调度指挥等重要场合。
在卫星授时信号的统一指挥下，所有时钟的秒针都严格同步地运转，所有数显钟表的数字都同步地跳动，不但避免了许多可能发生的差错，也意味着更高的工作效率和更好的经济效益。
其他的计时设备，如学校等单位使用的自动打铃控制器，等同于上述的数显式钟表，在卫星授时信号的控制下，也同样会准确无误、“毫秒”不差了。
试想一下，象高考这样的全国性行动，如果所有考场都使用这类打铃控制器，那么在高考那天，全国所有考场的铃声就会在同一瞬间鸣响。
表5 RMC输出语句的格式
(注：1节=1海里/小时=1.852公里/小时)。