高精度自动校时钟在中波转播台中的应用

引言

时间，在我们的生活之中，无时无刻不显示出它的作用。时间的准确性则是一个关乎国计民生的重大问题，而中波转播台则对时间的准确性有着特殊的要求。随着中波转播台走向数字化、自动化，时间的准确性对中波转播台自动控制系统的影响也越来越大。随着科技的进步，越来越多的新技术应用于中波转播台。而采用GPS技术的高精度自动校时钟则通过接收并解调出全球定位系统(GPS)的基准时间信号，校准并使中波转播台的时间同步，应用于自动控制系统之中。

高精度自动校时钟GPS系统

高精度自动校时钟主要由GPS系统和卫星时钟系统这两部分构成，而在高精度自动校时钟中，起主导作用的就是GPS系统，它是同步校准的关键。导航全球定位系统，全称为“授时与测距导航全球定位系统”，简称为“全球定位系统(GPS)”。

GPS系统由空间部分、地面监控部分和用户部分三个部分组成。GPS空间部分主要由二十四颗卫星组成的星座，卫星分布在六条升交点相隔60°的轨道面上，轨道倾角为55°。每条轨道上分布着四颗卫星，相邻两个轨道上的卫星相隔40°，在地球上任何地方至少同时可以看到四颗卫星。卫星的发射信号能覆盖地面面积的38%，在轨道的任何位置，它对地面的距离和波束覆盖面积基本不变。同时在波束覆盖区域内，用户接收到的卫星信号强度近似相等，这对提高同步校准精度十分有利。

地面监控部分包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。监测站的主要任务是对每颗卫星进行观测，精确测定卫星在空间的位置，向主控站提供观测数据。每个监测站还配有GPS接收机，对每颗卫星连续不断地进行观测，每6秒进行一次伪距测量和积分多普勒观测，并采集相关数据。监测站受主控站的控制，定时将观测数据送往主控站。主控站拥有大型计算机，是数据采集、计算、传输、诊断、编辑等功能的主体设备。主控站将编辑的卫星信号传送到位于三大洋的三个注入站，而注入站通过S波段微波链路定时地将信号注入各个卫星，然后将GPS卫星信号发送给用户。

用户部分主要包括GPS接收机，它是一种卫星信号接收机，用来接收GPS卫星发送的信号，并由此得到基准时间信号。

GPS系统作为关键部分，能连续地为用户提供精确的基准时间信号，而且所提供数据的信息量大，同时可以通过伪距测量和积分多普勒观测，采集相关数据。GPS系统的卫星钟通过和地面的主钟进行比对，使卫星钟与主钟之间保持精确同步。GPS接收机对GPS卫星所发射的信号进行处理，经过一套严密的误差校正，使输出的基准时间信号达到很高的准确性，而GPS接收机则是卫星时钟系统的重要组成部分。

高精度自动校时钟卫星时钟系统

高精度自动校时钟卫星时钟系统是自动校时钟的重要组成部分，自动校时钟的校时功能主要由它完成。卫星时钟系统主要由GPS接收机，稳态时钟，编码驱动器，同步校时电路，软件程序这五部分构成。卫星时钟系统采用专门的GPS接收机接收卫星信号，并解调出AC码，得到高精度的时间码和秒脉冲，作为高精度自动校时钟的基准时间信号。卫星时钟系统功能框图如图1所示。

稳态时钟内部使用高稳晶振，即使校准源基准时间信号中断，仍可以较稳定的维护运行，输出校准时间信号。高稳晶振输出 正弦信号，经整形、放大，送分频网络，产生标准 秒脉冲信号。单片机对秒脉冲进行转换之后，时间码紧随秒脉冲串行输出，形成完整的串行压缩BCD码。外部输入的基准时间码被单片机读入，经判断认为正确之后，读入基准时间码校准稳态时钟。由单片机控制选通电子开关，随后将输出的时间码输入编码驱动器，使本地时钟的相位同步于校准源。

编码驱动器主要用于：将一路时间码输入，转为多路时间码输出，用于高精度自动校时钟时间码的多路时间码分配。它的特点是：如果输入的是高阻，波形经整形后输出;如果输入的是低阻，则各路隔离。

同步校时电路的核心是高性能计算机，它与高性能可编程门阵列逻辑IC等配合，可进行复杂的信号处理，数据计算。同步校时电路分为校时接口，信号处理，单片机控制电路，信号转换，译码显示等主要的模块。校时模块输出统一的串行基准时间码，整形处理后，送给译码显示单元，经RS-232和RS-422输出端口送入计算机对时间进行校准。

对计算机时间的校准可以通过计算机软件程序来实现，而软件程序主要由Clock.exe和NetTime.exe软件组成。其中Clock.exe主要用于从RS-232输出端口取得GPS基准时间对主机进行校准(本地校时)，NetTime.exe主要用于从RS-422输出端口取得的GPS基准时间对局域网内的其余计算机进行校准(网络校时)。

应用Clock.exe软件进行时间的校准时，需要将其文件夹Clock1.3内的LocalParam.ini文件的属性中的“只读”去除。并通过“系统设置”对“校时串口”进行设置，以实现GPS基准时间、软件时间、计算机时间的校准同步。在对局域网内的其余计算机进行校准时，需要选择NetTime.exe软件的Properties属性项进行界面的设置。在选择其中的Settings选项之后，进入Net Time Options(网络校时)界面，并在其中的Time Server(IP or Host name)选项中输入由Clock.exe软件校时的主机IP，以实现对局域网内的计算机进行时间的校准。网络校时界面如图2所示。

结语

本文主要对高精度自动校时钟及其主要系统做了一些研究，就其整体结构而言比较简单，在运行过程中也比较稳定、可靠、准确。尤其是在中波转播台自动控制系统中，高精度自动校时钟可以使基准时间信号更加精确、稳定，真正使自动控制系统得到校准，这在中波转播台的日常维护工作中具有重要作用。