北斗一號授時(shí)技術(shù)及在電力系統中的應用

一．引言

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

目前的衛星授時(shí)同步技術(shù)主要有美國的全球衛星導航系統GPS、俄羅斯的全球導航衛星系統GLONASS、中國的北斗一號導航定位系統和歐盟的伽利略全球導航定位系統Galileo,基于授時(shí)的安全考慮，現階段國內電力企業(yè)主要依賴(lài)全球衛星定位系統GPS時(shí)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(mǎn)足電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)及管理業(yè)務(wù)等方面對時(shí)間的需求和安全需要，有必要對北斗一號授時(shí)時(shí)間同步技術(shù)進(jìn)行研究和推廣應用。在本文中只介紹北斗授時(shí)技術(shù)及在電力系統的應用。

本文所指的時(shí)間同步是指網(wǎng)絡(luò )各個(gè)節點(diǎn)時(shí)鐘以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接的各個(gè)應用界面時(shí)鐘的時(shí)刻和時(shí)間間隔與協(xié)調世界時(shí)(UTC)同步。

二．北斗授時(shí)原理及特點(diǎn)

1．北斗一號授時(shí)原理

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

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

在北斗導航系統中，授時(shí)用戶(hù)根據衛星的廣播或定位信息不斷的核準其時(shí)鐘鐘差，可以得到很高的時(shí)鐘精度；根據通播或導航電文的時(shí)序特征，通過(guò)計數器，可以得到高精度的同步秒脈沖1pps信號，用于同/異地多通道數據采集與控制的同步操作。

“北斗一號”為用戶(hù)機提供兩種授時(shí)方式：?jiǎn)蜗蚴跁r(shí)和雙向授時(shí)。單向授時(shí)的精度為100ns，雙向授時(shí)的精度為20ns。在單向授時(shí)模式下，用戶(hù)機不需要與地面中心站進(jìn)行交互信息，只需接收北斗廣播電文信號，自主獲得本地時(shí)間與北斗標準時(shí)間的鐘差，實(shí)現時(shí)間同步；雙向授時(shí)模式下，用戶(hù)機與中心站進(jìn)行交互信息，向中心站發(fā)射授時(shí)申請信號，由中心站來(lái)計算用戶(hù)機的時(shí)差，再通過(guò)出站信號經(jīng)衛星轉發(fā)給用戶(hù)，用戶(hù)按此時(shí)間調整本地時(shí)鐘與標準時(shí)間信號對齊。