GPS時鐘系統(tǒng)（GPS授時系統(tǒng),北斗時間服務器,GPS衛(wèi)星鐘）技術文檔
隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴大、系統(tǒng)范圍和分散控制的發(fā)展，全網(wǎng)時間同步變得越來越重要，時間的精度也變得越來越高。由于缺少統(tǒng)一技術要求和配置標準，也缺乏時鐘同步和時間精度檢測的有效手段，全省現(xiàn)有時間同步系統(tǒng)配置不盡相同，運行情況也不夠穩(wěn)定，部分時鐘設備時間精度不能滿足要求。據(jù)此，各省電力公司相繼出臺了《電網(wǎng)時鐘同步系統(tǒng)技術規(guī)范》，濟南唯尚電子有限公司生產(chǎn)的GPS同步系統(tǒng)誕生于此大環(huán)境，該系統(tǒng)不僅精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定、調(diào)試和維護方便，而且*符合《電網(wǎng)時鐘同步技術規(guī)范》。
本系統(tǒng)的GPS模塊采用摩托羅拉的M12T。該模塊能同時跟蹤12顆衛(wèi)星，1PPS定時精度小于20ns。它配有后備電池，在主電源關閉后數(shù)據(jù)和時間信息將被保留，這時下一次初始定位時間（TTFF）將小于50s。它的冷啟動定位時間（TIFF）小于200s。
系統(tǒng)硬件設計方面由32位高性能微處理器ARM9負責接收GPS模塊時間、軟件運算和部分串行接口，其它的串行接口和所有的對時脈沖信號均由FPGA輸出，具有很強的靈活性。
本系統(tǒng)的GPS模塊采用摩托羅拉的M12T。該模塊能同時跟蹤12顆衛(wèi)星，1PPS定時精度小于20ns。它配有后備電池，在主電源關閉后數(shù)據(jù)和時間信息將被保留，這時下一次初始定位時間（TTFF）將小于50s。它的冷啟動定位時間（TIFF）小于200s。
系統(tǒng)硬件設計方面由32位高性能微處理器ARM9負責接收GPS模塊時間、軟件運算和部分串行接口，其它的串行接口和所有的對時脈沖信號均由FPGA輸出，具有很強的靈活性。
GPS時鐘系統(tǒng)技術特點：
1、輸出精度：本系統(tǒng)的GPS模塊的秒脈沖輸出精度小于20ns，考慮到光耦及電平驅(qū)動器的延遲，輸出精度小于100ns。所有脈沖輸出信號都是由FPGA實現(xiàn)的，因此對于各路脈沖信號在線路板上的傳輸延遲都可以通過配置工具進行補償，使得輸出信號的精度穩(wěn)定在100ns以內(nèi)。
2、守時精度：當GPS失星后，本系統(tǒng)輸出守時時間。內(nèi)部守時時鐘源采用高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器，通過頻率跟蹤技術，使守時精度達到200us/天。
3、防雷設計：實現(xiàn)了三方面的防雷設計，一是電源防雷設計；二是GPS天線防雷設計；三是485串口和差分脈沖信號的接口防雷設計。
4、NTP功能：系統(tǒng)提供兩個獨立10/100M網(wǎng)口，均具有NTP輸出功能，可同時實現(xiàn)兩個獨立網(wǎng)絡的校時，訪問方式也可采用廣播方式。NTP服務器端口以及廣播方式的時間間隔均可以通過配置工具進行設置。
5、遠程配置和升級：與系統(tǒng)相配套的配置工具，通過以太網(wǎng)可以對系統(tǒng)進行遠程配置，包括程序更新、修改裝置網(wǎng)絡配置、在線調(diào)試、配置串口報文規(guī)約、選擇授時脈沖信號類型（IRIG-B碼、DCF77或PPS/PPM/PPH脈沖）、擴展信號補償（擴展板的位置不一樣，延遲不一樣）。每塊擴展板都是相互獨立的，可以根據(jù)不同的需求配置不同的規(guī)約，*擺脫了傳統(tǒng)的GPS同步時鐘只發(fā)一種對時規(guī)約的束縛，增強了系統(tǒng)的適應性。
6、在線監(jiān)測：系統(tǒng)的運行情況可以通過配置工具進行遠程在線監(jiān)測。GPS接收裝置通過以太網(wǎng)與配置工具相連，就可以遠程查詢系統(tǒng)的時間、同步脈沖正常/丟失、同步時間源有效/無效、當前時間源（GPS/北斗/守時）、守時時長、守時精度、恒溫晶振的頻率、GPS模塊狀態(tài)、以及各個擴展板的運行情況。
7、E1地面同步網(wǎng)接口：E1地面時間同步網(wǎng)主要是利用現(xiàn)有的2M網(wǎng)絡，分別在主站和從站高阻跨接本裝置，通過以太網(wǎng)精密時間協(xié)議IEEE1588實現(xiàn)從站與主站的時鐘同步。正常情況下，系統(tǒng)輸出GPS北斗時間；當GPS北斗失星以后，系統(tǒng)輸出地面同步網(wǎng)的時間，預計同步精度達到5us。
1、輸出精度：本系統(tǒng)的GPS模塊的秒脈沖輸出精度小于20ns，考慮到光耦及電平驅(qū)動器的延遲，輸出精度小于100ns。所有脈沖輸出信號都是由FPGA實現(xiàn)的，因此對于各路脈沖信號在線路板上的傳輸延遲都可以通過配置工具進行補償，使得輸出信號的精度穩(wěn)定在100ns以內(nèi)。
2、守時精度：當GPS失星后，本系統(tǒng)輸出守時時間。內(nèi)部守時時鐘源采用高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器，通過頻率跟蹤技術，使守時精度達到200us/天。
3、防雷設計：實現(xiàn)了三方面的防雷設計，一是電源防雷設計；二是GPS天線防雷設計；三是485串口和差分脈沖信號的接口防雷設計。
4、NTP功能：系統(tǒng)提供兩個獨立10/100M網(wǎng)口，均具有NTP輸出功能，可同時實現(xiàn)兩個獨立網(wǎng)絡的校時，訪問方式也可采用廣播方式。NTP服務器端口以及廣播方式的時間間隔均可以通過配置工具進行設置。
5、遠程配置和升級：與系統(tǒng)相配套的配置工具，通過以太網(wǎng)可以對系統(tǒng)進行遠程配置，包括程序更新、修改裝置網(wǎng)絡配置、在線調(diào)試、配置串口報文規(guī)約、選擇授時脈沖信號類型（IRIG-B碼、DCF77或PPS/PPM/PPH脈沖）、擴展信號補償（擴展板的位置不一樣，延遲不一樣）。每塊擴展板都是相互獨立的，可以根據(jù)不同的需求配置不同的規(guī)約，*擺脫了傳統(tǒng)的GPS同步時鐘只發(fā)一種對時規(guī)約的束縛，增強了系統(tǒng)的適應性。
6、在線監(jiān)測：系統(tǒng)的運行情況可以通過配置工具進行遠程在線監(jiān)測。GPS接收裝置通過以太網(wǎng)與配置工具相連，就可以遠程查詢系統(tǒng)的時間、同步脈沖正常/丟失、同步時間源有效/無效、當前時間源（GPS/北斗/守時）、守時時長、守時精度、恒溫晶振的頻率、GPS模塊狀態(tài)、以及各個擴展板的運行情況。
7、E1地面同步網(wǎng)接口：E1地面時間同步網(wǎng)主要是利用現(xiàn)有的2M網(wǎng)絡，分別在主站和從站高阻跨接本裝置，通過以太網(wǎng)精密時間協(xié)議IEEE1588實現(xiàn)從站與主站的時鐘同步。正常情況下，系統(tǒng)輸出GPS北斗時間；當GPS北斗失星以后，系統(tǒng)輸出地面同步網(wǎng)的時間，預計同步精度達到5us。
8、裝置采用全模塊化即插即用結構設計，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護方便，同時為將來電廠/變電站改造擴建時增加或更改對時信號接口提供了方便。
GPS時鐘系統(tǒng)技術指標
1、GPS接收器
接收頻率：1575.42MHz（L1信號）。
接收靈敏度：捕獲〈-130dBm，跟蹤〈-133dBm。
同時跟蹤：正常狀態(tài)下可同時跟蹤8～12顆GPS衛(wèi)星；
裝置冷起動時不小于4顆衛(wèi)星；
裝置熱起動時不小于1顆衛(wèi)星。
捕獲時間：裝置冷起動時小于5min，裝置熱起動時小于1min。
內(nèi)部電池：電池類型：鋰電池；
電池壽命：≮25000h。
2、平均*間隔時間（MTBF）≥70000小時；平均維修時間（MTTR）：一般不大于30分，使用壽命不少于10年。正常使用條件下無須維護。
3、輸出時間與協(xié)調(diào)世界時（UTC）時間同步準確度：≤0.1μS。
4、時間保持單元守時精度：時間保持單元晶體振蕩器選用OCXO，守時精度優(yōu)于7*10-9（0.42μS/min）。
5、抗干擾
在雷擊過電壓、一次回路操作、開關場故障、二次回路操作及其它強干擾作用下，裝置不誤動作。
裝置靜電放電干擾試驗、電快速瞬變脈沖群干擾試驗、高頻干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、阻尼震蕩波干擾試驗、浪涌（沖擊）干擾試驗符合標準GB/T17626-1998（電磁兼容 試驗和測量技術）和GB/T15153.1-1998（遠動設備及系統(tǒng)第2部分：工作條件第1篇：電源和電磁兼容），并達到Ⅲ級及以上標準。
