北斗一號(hào)授時(shí)技術(shù)及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

一．引言

對(duì)于一個(gè)進(jìn)入信息社會(huì)的現(xiàn)代化大國(guó)，導(dǎo)航定位和授時(shí)系統(tǒng)是最重要的，而且也是最關(guān)鍵的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施之一。精密時(shí)間是科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(tǒng)和時(shí)序過程的測(cè)量和定量研究提供了必不可少的時(shí)基坐標(biāo)。精密授時(shí)在以通信、電力、控制等工業(yè)領(lǐng)域和國(guó)防領(lǐng)域有著廣泛和重要的應(yīng)用。現(xiàn)代武器實(shí)(試)驗(yàn)、戰(zhàn)爭(zhēng)需要它保障，智能化交通運(yùn)輸系統(tǒng)的建立和數(shù)字化地球的實(shí)現(xiàn)需要它支持?，F(xiàn)代通信網(wǎng)和電力網(wǎng)建設(shè)也越來越增強(qiáng)了對(duì)精度時(shí)間和頻率的依賴。從建立一個(gè)現(xiàn)代化國(guó)家的大系統(tǒng)工程總體考慮，導(dǎo)航定位和授時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該說是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。它對(duì)整體社會(huì)的支撐幾乎是全方位的星基導(dǎo)航和授時(shí)是未發(fā)展的必然趨勢(shì)。

目前的衛(wèi)星授時(shí)同步技術(shù)主要有美國(guó)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASS、中國(guó)的北斗一號(hào)導(dǎo)航定位系統(tǒng)和歐盟的伽利略全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)Galileo,基于授時(shí)的安全考慮，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)電力企業(yè)主要依賴全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS時(shí)間同步技術(shù)，但GPS受美國(guó)限制，且GPS是免費(fèi)使用，因此可靠性低，自主性差。為了滿足電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)及管理業(yè)務(wù)等方面對(duì)時(shí)間的需求和安全需要，有必要對(duì)北斗一號(hào)授時(shí)時(shí)間同步技術(shù)進(jìn)行研究和推廣應(yīng)用。在本文中只介紹北斗授時(shí)技術(shù)及在電力系統(tǒng)的應(yīng)用。

本文所指的時(shí)間同步是指網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘以及通過網(wǎng)絡(luò)連接的各個(gè)應(yīng)用界面時(shí)鐘的時(shí)刻和時(shí)間間隔與協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)同步。

二．北斗授時(shí)原理及特點(diǎn)

1．北斗一號(hào)授時(shí)原理

授時(shí)是指接收機(jī)通過某種方式獲得本地時(shí)間與北斗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的鐘差，然后調(diào)整本地時(shí)鐘使時(shí)差控制在一定的精度范圍內(nèi)。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通常由三部分組成：導(dǎo)航授時(shí)衛(wèi)星、地面檢測(cè)校正維護(hù)系統(tǒng)和用戶接收機(jī)。對(duì)于北斗一號(hào)局域衛(wèi)星系統(tǒng)，地面檢測(cè)中心要幫助用戶一起完成定位授時(shí)同步。

在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中，授時(shí)用戶根據(jù)衛(wèi)星的廣播或定位信息不斷的核準(zhǔn)其時(shí)鐘鐘差，可以得到很高的時(shí)鐘精度；根據(jù)通播或?qū)Ш诫娢牡臅r(shí)序特征，通過計(jì)數(shù)器，可以得到高精度的同步秒脈沖1pps信號(hào)，用于同/異地多通道數(shù)據(jù)采集與控制的同步操作。

“北斗一號(hào)”為用戶機(jī)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，用戶機(jī)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(hào)，自主獲得本地時(shí)間與北斗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的鐘差，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；雙向授時(shí)模式下，用戶機(jī)與中心站進(jìn)行交互信息，向中心站發(fā)射授時(shí)申請(qǐng)信號(hào)，由中心站來計(jì)算用戶機(jī)的時(shí)差，再通過出站信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶按此時(shí)間調(diào)整本地時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)對(duì)齊。