GPS時(shí)鐘同步設(shè)備（GPS授時(shí)系統(tǒng),北斗時(shí)間服務(wù)器,GPS衛(wèi)星鐘）技術(shù)文檔
:趙中莉
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隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大、系統(tǒng)范圍和分散控制的發(fā)展，全網(wǎng)時(shí)間同步變得越來(lái)越重要，時(shí)間的精度也變得越來(lái)越高。由于缺少統(tǒng)一技術(shù)要求和配置標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏時(shí)鐘同步和時(shí)間精度檢測(cè)的有效手段，全省現(xiàn)有時(shí)間同步系統(tǒng)配置不盡相同，運(yùn)行情況也不夠穩(wěn)定，部分時(shí)鐘設(shè)備時(shí)間精度不能滿足要求。據(jù)此，各省電力公司相繼出臺(tái)了《電網(wǎng)時(shí)鐘同步系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，濟(jì)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(hù)方便，而且*符合《電網(wǎng)時(shí)鐘同步技術(shù)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(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星，1PPS定時(shí)精度小于20ns。它配有后備電池，在主電源關(guān)閉后數(shù)據(jù)和時(shí)間信息將被保留，這時(shí)下一次初始定位時(shí)間（TTFF）將小于50s。它的冷啟動(dòng)定位時(shí)間(TIFF)小于200s。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面由32位高性能微處理器ARM9負(fù)責(zé)接收GPS模塊時(shí)間、軟件運(yùn)算和部分串行接口，其它的串行接口和所有的對(duì)時(shí)脈沖信號(hào)均由FPGA輸出，具有很強(qiáng)的靈活性。
GPS時(shí)鐘同步設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)：
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(dòng)器的延遲，輸出精度小于100ns。所有脈沖輸出信號(hào)都是由FPGA實(shí)現(xiàn)的，因此對(duì)于各路脈沖信號(hào)在線路板上的傳輸延遲都可以通過(guò)配置工具進(jìn)行補(bǔ)償，使得輸出信號(hào)的精度穩(wěn)定在100ns以內(nèi)。
2、守時(shí)精度：當(dāng)GPS失星后，本系統(tǒng)輸出守時(shí)時(shí)間。內(nèi)部守時(shí)時(shí)鐘源采用高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器，通過(guò)頻率跟蹤技術(shù)，使守時(shí)精度達(dá)到200us/天。
3、防雷設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)了三方面的防雷設(shè)計(jì)，一是電源防雷設(shè)計(jì)；二是GPS天線防雷設(shè)計(jì)；三是485串口和差分脈沖信號(hào)的接口防雷設(shè)計(jì)。
4、NTP功能：系統(tǒng)提供兩個(gè)獨(dú)立10/100M網(wǎng)口，均具有NTP輸出功能，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的校時(shí)，訪問(wèn)方式也可采用廣播方式。NTP服務(wù)器端口以及廣播方式的時(shí)間間隔均可以通過(guò)配置工具進(jìn)行設(shè)置。
5、遠(yuǎn)程配置和升級(jí)：與系統(tǒng)相配套的配置工具，通過(guò)以太網(wǎng)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置，包括程序更新、修改裝置網(wǎng)絡(luò)配置、在線調(diào)試、配置串口報(bào)文規(guī)約、選擇授時(shí)脈沖信號(hào)類型(IRIG-B碼、DCF77或PPS/PPM/PPH脈沖)、擴(kuò)展信號(hào)補(bǔ)償（擴(kuò)展板的位置不一樣，延遲不一樣）。每塊擴(kuò)展板都是相互獨(dú)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(shí)鐘只發(fā)一種對(duì)時(shí)規(guī)約的束縛，增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性。
6、在線監(jiān)測(cè)：系統(tǒng)的運(yùn)行情況可以通過(guò)配置工具進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。GPS接收裝置通過(guò)以太網(wǎng)與配置工具相連，就可以遠(yuǎn)程查詢系統(tǒng)的時(shí)間、同步脈沖正常/丟失、同步時(shí)間源有效/無(wú)效、當(dāng)前時(shí)間源（GPS/北斗/守時(shí)）、守時(shí)時(shí)長(zhǎng)、守時(shí)精度、恒溫晶振的頻率、GPS模塊狀態(tài)、以及各個(gè)擴(kuò)展板的運(yùn)行情況。
7、E1地面同步網(wǎng)接口：E1地面時(shí)間同步網(wǎng)主要是利用現(xiàn)有的2M網(wǎng)絡(luò)，分別在主站和從站高阻跨接本裝置，通過(guò)以太網(wǎng)精密時(shí)間協(xié)議IEEE1588實(shí)現(xiàn)從站與主站的時(shí)鐘同步。正常情況下，系統(tǒng)輸出GPS北斗時(shí)間；當(dāng)GPS北斗失星以后，系統(tǒng)輸出地面同步網(wǎng)的時(shí)間，預(yù)計(jì)同步精度達(dá)到5us。
8、裝置采用全模塊化即插即用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支持板卡熱插拔，配置靈活，維護(hù)方便，同時(shí)為將來(lái)電廠/變電站改造擴(kuò)建時(shí)增加或更改對(duì)時(shí)信號(hào)接口提供了方便。
GPS時(shí)鐘同步設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
1、GPS接收器
接收頻率：1575.42MHz（L1信號(hào)）。
接收靈敏度：捕獲〈-130dBm，跟蹤〈-133dBm。
同時(shí)跟蹤：正常狀態(tài)下可同時(shí)跟蹤8～12顆GPS衛(wèi)星；
裝置冷起動(dòng)時(shí)不小于4顆衛(wèi)星；
裝置熱起動(dòng)時(shí)不小于1顆衛(wèi)星。
捕獲時(shí)間：裝置冷起動(dòng)時(shí)小于5min，裝置熱起動(dòng)時(shí)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(shí)間(MTBF)≥70000小時(shí)；平均維修時(shí)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(wú)須維護(hù)。
3、輸出時(shí)間與協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）時(shí)間同步準(zhǔn)確度：≤0.1μS。
4、時(shí)間保持單元守時(shí)精度：時(shí)間保持單元晶體振蕩器選用OCXO，守時(shí)精度優(yōu)于7*10-9(0.42μS/min)。
5、抗干擾
在雷擊過(guò)電壓、一次回路操作、開(kāi)關(guān)場(chǎng)故障、二次回路操作及其它強(qiáng)干擾作用下，裝置不誤動(dòng)作。
裝置靜電放電干擾試驗(yàn)、電快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)、高頻干擾試驗(yàn)、輻射電磁場(chǎng)干擾試驗(yàn)、阻尼震蕩波干擾試驗(yàn)、浪涌（沖擊）干擾試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626-1998（電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)）和GB/T15153.1-1998（遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)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(dá)到Ⅲ級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)。
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