利用GPS实现控制系统时钟同步

网络时钟系统方案设计

时钟系统 技术方案 烟台北极星高基时间同步技术有限公司 2012年3月

第一部分：时钟系统技术方案 一、时钟系统概述 1.1概述 根据办公楼的实际情况，特制定如下施工设计方案： 时钟系统主要由GPS接收装置、中心母钟、二级母钟(中继器)、全功能数字显示子钟、、传输通道和监测系统计算机组成。 系统中心母钟设在中心机房内，其他楼各设备间设置二级母钟，在各有关场所安装全功能数字显示子钟。 系统中心母钟接收来自GPS的标准时间信号，通过传输通道传给二级母钟，由二级母钟按标准时间信号指挥子钟统一显示时间；系统中心母钟还通过传输系统将标准时间信号直接传给各个子钟，为楼宇工作人员提供统一的标准时间 二、时钟系统功能 根据本工程对时钟系统的要求，时钟系统的功能规格如下： 时钟系统由GPS校时接收装置（含防雷保护器）、中心母钟、扩容接口箱、二级母钟、数字式子钟、监控终端（也称监测系统计算机）及传输通道构成。其主要功能为： ☉显示统一的标准时间信息。 ☉向其它需要统一时间的系统及通信各子系统网管终端提供标准时间信息。 2.1 中心母钟 系统中心母钟设置在控制中心设备室内，主要功能是作为基础主时钟，自动接收GPS的标准时间信号，将自身的精度校准，并分配精确时间信号给子钟，二级母钟和其它需要标准时间的设备，并且通过监控计算机对时钟系统的主要设备进行监控。 中心母钟主要由以下几部分组成： ☉标准时间信号接收单元 ☉主备母钟（信号处理单元） ☉分路输出接口箱 ☉电源 中心母钟外观示意图见（附图） 2.1.1标准时间信号接收单元 标准时间信号接收单元是为了向时间系统提供高精度的时间基准而设置的，用以实现时间系统的无累积误差运行。 在正常情况下，标准时间信号接收单元接收来自GPS的卫星时标信号，经解码、比对后，经由RS422接口传输给系统中心母钟，以实现对母钟精度的校准。 系统通过信号接收单元不断接收GPS发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对母钟进行校对。如果数据不可靠便放弃，下次继续接收。

基于Gardner位定时同步算法

基于Gardner位定时同步算法

1.1位同步算法 在软件无线电接收机中，要正确的恢复出发送端所携带的信号，接收端必须知道每个码元的起止时刻，以便在每个码元的中间时刻进行周期性的采样判决恢复出二进制信号[43]。信号在传播过程中的延时一般是未知的，而且由于传输过程中噪声、多径效应等影响，造成接收到的信号与本地时钟信号不同步，这就需要位同步算法，恢复出与接收码元同频同相的时钟信号。正确的同步时钟是接收端正确判断的基础，也是影响系统误码率的重要因素；没有准确的位同步算法，就不可能进行可靠的数据传输，位同步性能的好坏直接影响整个通信系统的性能[44]。实现位同步算法的种类很多，按照处理方式的不同可分为模拟方式、半数字方式和全数字方式如图3-10所示。 模拟信号处理数字信号处理模拟信号输入 本地时钟数据输出 采样器 定时控制 a) 模拟信号处理数字信号处理模拟信号输入 本地时钟数据输出 采样器 定时控制b) 模拟信号处理数字信号处理模拟信号输入 本地时钟数据输出 采样器 定时控制 c) 图3-10 位同步算法模型 Fig.3-10 Bit Synchronous Algorithm Model

图3-10(a)模型为全模拟位同步实现技术，通过在模拟域计算出输入信号的位同步定时控制信号去控制本地时钟，对信号进行同步采样。图3-10(b)模型为半模拟同步模型，该模型的主要思想是通过将采样后的信号经过一系列的数字化处理，提取出输入信号与本地时钟的偏差值，通过这个偏差来改变本地时钟的相位达到位同步。(a)(b)两种方式都需要适时改变本地时钟的相位，不利于高速数字信号的实现且集成化程度较低。图3-10(c)为全数字方式的位同步是目前比较常用方法，全数字方式的位同步算法十分适用于软件无线电的实现。该方法通过一个固定的本地时钟对输入的模拟信号进行采样，将采样后的信号经过全数字化的处理实现同步；采用此种方法，实现简单，且便于数字化实现，对本地时钟的要求大大降低。本次设计主要分析了基于内插方式的Gardner定时恢复算法。 1.1.1Gardner定时恢复算法原理 Gardner定时恢复算法是基于内插的位同步方式，全数字方式的位同步算法模型中，固定的本地采样时钟不能保证能在信号的极值点处实现采样，所以需要通过改变重采样时钟或输入信号来实现极值处采样[45-46]。Gardner定时恢复算法就是通过改变输入信号的方式实现，利用内插滤波器恢复出信号的最大值再进行重采样，算法原理如图3-11所示。 D/A 模拟滤波器 h(t) 输入信号 x(mT s)模拟信号y(t) 采样时钟T i 输出信号y(kT i) 图3-11 Gardner定时恢复算法原理 Fig.3-11 Gardner Timing Recovery Theory 输入信号为离散信号x(mT s)，采样率为T s，符号周期为T，重采样时钟为T i，这里的重采样时钟周期T i=n*T(n为一小整数)。Gardner定时恢复算法的基本思想就是，输入信号x(mT s)经过一个D/A器件和一个模拟滤波器h(t)，将数字信号恢复为模拟信号y(t)进行重采样，得到同步的输出信号y(kT i)。插值滤波器模型中包含了虚拟的D/A变换和模拟滤波器，但是只要具备下面三个条件，则内插完全可以通过数字方式实现。

国家电网公司_时钟同步标准

ICS XX. XX Q/GDW 国家电网公司企业标准 Q/GDW XXX.1-200X 电网时间同步系统技术规范Technical Specification for Time Synchronism System of Grid （征求意见稿） 2008年01月 200X-XX-XX发布200X-XX-XX实施 国家电网公司发布

前言 目前，我国电网各厂站和调度控制中心主站大多配备了以GPS为主的分散式时间同步系统，各网、省公司也出台了相应的技术规范。但由于缺少统一技术要求和配置标准，也缺乏时钟同步和时间精度检测的有效手段，现有时间同步系统配置不尽相同，运行情况也不够稳定，部分时钟设备时间精度不能满足要求。由调度自动化系统、变电站自动化系统、故障录波装置和安全自动装置等电力二次系统或设备提供的事件记录数据，存在时间顺序错位，难以准确描述事件顺序，不能给电网事故分析提供有效的技术支持。 为了规范、指导我国电网时间同步系统的设计、建设和生产运行，满足电网事故分析的要求，特制订《电网时间同步系统技术规范》。 《电网时间同步系统技术规范》根据国内外涉及时间统一技术的有关标准、规范和要求，本着“资源整合，信息共享”的原则，结合我国电网的工程实践和时间同步系统的现状制订而成，其要点如下： 规范时间同步系统结构、功能和技术要求； 规范调度主站、变电站的时间同步系统配置标准； 规范时间同步系统电气接口和信号类型； 统一IRIG-B 时码实现电力二次设备与时间同步系统的对时； 结合技术的发展，构建基于地面时钟源的电网时间同步系统。 本标准由国家电网公司生产技术部提出。 本标准由国家电网公司科技部归口。 本标准由江苏省电力公司江苏电力调度通信中心负责起草，国家电网公司国家电力调度通信中心、江苏省电力设计院、江苏省电力试验研究院、中国电力科学研究院、上海电力调度通信中心等单位参加编制。 本标准的主要起草人：

传输系统中的时钟同步技术

传输系统中的时钟同步技术同步模块是每个系统的心脏，它为系统中的其他每个模块馈送正确的时钟信号。因此需要对同步模块的设计和实现给予特别关注。本文对影响系统设计的时钟特性进行了考察，并对信号恶化的原因进行了评估。本文还分析了同步恶化的影响，并对标准化组织为确保传输质量和各种传输设备的互操作性而制定的标准要求进行了探讨。摘要：网络同步和时钟产生是高速传输系统设计的重要方面。为了通过降低发射和接收错误来提高网络效率，必须使系统的各个阶段都要使用的时钟的质量保持特定的等级。网络标准定义同步网络的体系结构及其在标准接口上的预期性能，以保证传输质量和传输设备的无缝集成。有大量的同步问题，系统设计人员在建立系统体系结构时必须十分清楚。本文论述了时钟恶化的各种来源，如抖动和漂移。本文还讨论了传输系统中时钟恶化的原因和影响，并分析了标准要求，提出了各种实现技巧。基本概念：抖动和漂移抖动的一般定义可以是“一个事件对其理想出现的短暂偏离”。在数字传输系统中，抖动被定义为数字信号的重要时刻在时间上偏离其理想位置的短暂变动。重要时刻可以是一个周期为 T1 的位流的最佳采样时刻。虽然希望各个位在 T 的整数倍位置出现，但实际上会有所不同。这种脉冲位置调制被认为是一种抖动。这也被称为数字信号的相位噪声。在下图中，实际信号边沿在理想信号边沿附近作周期性移动，演示了周期性抖动的概念。图 1.抖动示意抖动，不同于相位噪声，它以单位间隔 (UI) 为单位来表示。一个单位间隔相当于一个信号周期 (T)，等于 360 度。假设事件为 E，第 n 次出现表示为 tE[n] 。则瞬时抖动可以表示为：一组包括 N 个抖动测量的峰到峰抖动值使用最小和最大瞬时抖动测量计算如下：漂移是低频抖动。两者之间的典型划分点为 10 Hz。抖动和漂移所导致的影响会显现在传输系统的不同但特定的区域。抖动类型根据产生原因，抖动可分成两种主要类型：随机抖动和确定性抖动。随机抖动，正如其名，是不可预测的，由随机的噪声影响如热噪声等引起。随机抖动通常发生在数字信号的边沿转换期间，造成随机的区间交叉。毫无疑问，随机抖动具有高斯概率密度函数 (PDF)，由其均值 (μ) 和均方根值 (rms) (σ) 决定。由于高斯函数的尾在均值的两侧无限延伸，瞬时抖动和峰到峰抖动可以是无限值。因此随机抖动通常采用其均方根值来表示和测量。图 2.以高斯概率密度函数表示的随机抖动对抖动余量来讲，峰到峰抖动比均方根抖动更为有用，因此需要把随机抖动的均方根值转换成峰到峰值。为将均方根抖动转换成峰到峰抖动，定义了随机抖动高斯函数的任意极限 (arbitrary limit)。误码率 (BER) 是这种转换中的一个有用参数，其假设高斯函数中的瞬时抖动一旦落在其强制极限之外即出现误码。通过下面两个公式，就可以得到均方根抖动到峰到峰抖动的换算。 3[!--empirenews.page--] 由公式可得到下表，表中峰到峰抖动对应不同的 BER 值。确定性抖动是有界的，因此可以预测，且具有确定的幅度极限。考虑集成电路 (IC) 系统，有大量的工艺、器件和系统级因素将会影响确定性抖动。占空比失真 (DCD) 和脉冲宽度失真(PWD) 会造成数字信号的失真，使过零区间偏离理想位置，向上或向下移动。这些失真通常是由信号的上升沿和下降沿之间时序不同而造成。如果非平衡系统中存在地电位漂移、差分输入之间存在电压偏移、信号的上升和下降时间出现变化等，也可能造成这种失真。图 3，总抖动的双模表示数据相关抖动 (DDJ) 和符号间干扰 (ISI) 致使信号具有不同的过零区间电平，导致每种唯一的位型出现不同的信号转换。这也称为模式相关抖动 (PDJ)。信号路径的低频截止点和高频带宽将影响 DDJ。当信号路径的带宽可与信号的带宽进行比较时，位就会延伸到相邻位时间内，造成符号间干扰 (ISI)。低频截止点会使低频器件的信号出现失真，而系统的高频带宽限制将使高频器件性能下降。7 正弦抖动以正弦模式调制信号边沿。这可能是由于供给整个系统的电源或者甚至系统中的其他振荡造成。接地反弹和其他电源变动也可能造成正弦抖动。正弦抖动广泛用于抖动环境的测试和仿真。不相关抖动可能由电源噪声或串扰和其他电磁干扰造成。考虑抖动对数字信号的影响时，需要将整个确定性抖动和随机抖动考虑在内。确定性抖动和随机抖动的总计结果将产生另外一种概率分布

时钟同步系统施工方案

时钟同步系统施工方案

施工方案审批表 审核单位：审核意见：审核人： 日期：监理单位：监理意见：监理人： 日期：批准单位：审批意见：审批人： 日期：

目录 一、施工方案综述............................................................................................... - 3 - 二、工程概况及特点........................................................................................... - 4 - 三、施工步骤....................................................................................................... - 5 - 四、风险分析..................................................................................................... - 14 - 五、生产安全及文明施工................................................................................. - 14 - 一、施工方案综述 根据中韩（武汉）石油化工有限公司PLC系统的改造技术要求和我公司对改造要求的理解来编制施工方案。

电力时钟同步系统解决方案

电力GPS时钟同步系统解决方案 北京创想京典科技发展有限公司 科 技 领先铸就最佳

什么是时间？ 时间是一个较为抽象的概念，爱因斯坦在相对论中提出：不能把时间、空间、物质三者分开解释，"时"是对物质运动过程的描述，"间"是指人为的划分。时间是思维对物质运动过程的分割、划分。 在相对论中，时间与空间一起组成四维时空，构成宇宙的基本结构。时间与空间都不是绝对的，观察者在不同的相对速度或不同时空结构的测量点，所测量到时间的流逝是不同的。广义相对论预测质量产生的重力场将造成扭曲的时空结构，并且在大质量（例如：黑洞）附近的时钟之时间流逝比在距离大质量较远的地方的时钟之时间流逝要慢。现有的仪器已经证实了这些相对论关于时间所做精确的预测，并且其成果已经应用于全球定位系统。另外，狭义相对论中有“时间膨胀”效应：在观察者看来，一个具有相对运动的时钟之时间流逝比自己参考系的（静止的）时钟之时间流逝慢。 就今天的物理理论来说时间是连续的，不间断的，也没有量子特性。但一些至今还没有被证实的，试图将相对论与量子力学结合起来的理论，如量子重力理论，弦理论，M理论，预言时间是间断的，有量子特性的。一些理论猜测普朗克时间可能是时间的最小单位。

什么是时间？ 根据斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking）所解出广义相对论中的爱因斯坦方程式，显示宇宙的时间是有一个起始点，由大霹雳（或称大爆炸）开始的，在此之前的时间是毫无意义的。而物质与时空必须一起并存，没有物质存在，时间也无意义。

卫星时钟系统为什么含有精确的时间信息？ 地球本身是一个不规则的圆，加上地球自转和公转的误差，如果仅仅依靠经度、纬度、海拔高度三个参数来定位的偏差会很大，所以 引入了一个时间参数，每个卫星都内置了一个高稳定度的原子钟！

GPS时钟操作说明

InnoClock 系列 GPS母钟功能及操作指南 功能特点： 独有特色 ?支持农历 ?双机热备份功能（选项） ?支持远程操作维护（选项） ?服务器校时软件支持SNTP协议 12通道GPS卫星接收，锁定迅速； 可设置时区； 可设置延时，用于补偿传输延时，或与CCTV时间对齐，范围前后±99.99s； 1U 19”标准机箱，年、月、日、星期、农历、时、分、秒显示； 国标内嵌时码电视信号输出； 输出时间信号包括公历（年、月、日、星期、时、分、秒），农历（月，日）； 内置高稳温补晶振，年漂移小于1ppm，提供极高的自守时精度（选项）； 输出接口RS-232或RS422，可用于子钟校时、计算机网络校时，传输距离几百米至几千米； 可以提供多种方便灵活的传输方式，包括无线及电力线等； 提供计算机网络校时软件，支持标准SNTP协议； 大容量蓄电池，在主电源掉电的情况下，还可输出时码480小时（选项）。 操作指南 1）开机说明 设备通电前，接入GPS接收天线，设备方可正常运行。 2）时区调整 时区调整功能通过面板右侧的按键完成。 操作分为三步：1、按一下设置键，观察左侧小数码管显示 “01”右侧大数码管显示时区，系统默 认设置为“东八区”； 2、通过增加和减少键调整时区，若

需调整为“西几区”则一直按“减少键”； 3、时区调整完，按确认键进行参数保存。 3）延时调整 延时调整功能通过面板右侧的按键实现。 操作分为三步: 1、按两下设置键，观察左侧小数码管显示 “02”右侧大数码管显示延时参数，系 统默认设置为“00 00”； 2、通过增加和减少键调整延时，当右侧大 数码管显示“00 00”时，按增加键系统 将进行“正延时”调整。按减少键系统 将进行“负延时”调整。最小调整单位 为“10毫秒延时调整范围：“+99.99秒”； 3、延时调整完，按确认键进行参数保存。 4）右侧三个指示灯的功能说明 红灯：电源指示灯。 设备采用交流电和电池两种方式供电，在交流电断电时，由电池提供电源（此时面板日期时间不 显示）。交流断电时电源指示灯熄灭。若电池不能正常工作，则指示灯闪烁。 绿灯：运行指示灯。 用于双机热备份时时码输出指示。单机工作 时长亮。 当设备输出时码时，绿灯亮，没有时码输出时， 绿灯灭。 黄灯：GPS信号锁定灯； 当GPS信号锁定时，黄灯亮。未锁定时，黄等灭。 软件安装说明 如果该设备用于计算机网络校时,则需要在服务器安装校时软件，该软件随设备赠送。 1）软件功能说明： 随设备光盘包含两个软件：Clock.exe和 NetTime-2b1a.exe。其中Clock.exe用于从串口取 GPS母钟时间对本地计算机进行校时；

GPS时钟技术方案

GPS时钟系统 目录 5、GPS时钟系统 (2) 5.1系统功能 (2) 5.1.1卫星接收转换系统 (2) 5.1.2 中心母钟 (2) 5.1.2.1高精度石英基准时钟 (2) 5.1.2.2信号处理切换 (2) 5.1.2.3中心监控及故障报警 (3) 5.1.2.4系统信息显示 (3) 5.1.2.5中心传输接口 (3) 5.1.2.6内部在线不间断电源 (3) 5.1.3监控计算机（软件名称：UNITIME） (3) 5.1.3.1硬件要求 (4) 5.1.3.2系统监控软件 (4) 5.1.4子钟 (4) 5.1.4.1指针式子钟 (4) 5.1.4.2数显式子钟的功能 (5) 5.2 系统组成 (5) 5.2.1卫星接收转换器 (5) 5.2.2中心母钟 (6) 5.2.3监控计算机（软件名称：UNITIME） (7) 5.2.4数字式日历子钟 (7) 5.2.5指针式子钟 (8) 5.3系统部署 (8) 5.4系统连接 (8)

5、GPS时钟系统 5.1系统功能 5.1.1卫星接收转换系统 卫星接收转换系统为整个时钟系统提供绝对准确的时间基准，其核心是全球卫星定位系统（GPS）信号接收天线和信号接收转换器，自动接收并以GPS时间信号作为系统标准时间信号。 GPS接收转换系统是以目前形成的全球卫星定位系统(GPS)的卫星信号传输网络为基础，接收并分析卫星信号进而获得时间信息。GPS时间信号的特点是覆盖全球、精度高、无累积误差，是全球统一的时间标准。经GPS 接收转换系统处理后，时间信号以两种方式向时钟系统及其它应用设备发送信号，两种方式的信号在设备上均采用： 1、标准秒脉冲信号：精度为110nS，信号无累积误差； 2、全时标信号：信号含年、月、日、时、分、秒数字信号。 5.1.2 中心母钟 中心母钟是整个时钟系统的核心，通过GPS卫星时间接收器接收标准时间，并传输给系统内各级时钟设备，使整个时钟系统保持同步并监测管理系统的运行状况。如果系统需要，可以采用主备冗余设计，在系统需要时，自动切换。 5.1.2.1高精度石英基准时钟 由高精度的石英振荡器通过分频及译码电路产生高精度时间信息，作为中心母钟的自身时间基准。当GPS时间信号不能完整获得时，系统将采用中心母钟自身的时间基准同步系统。中心母钟的自身时间基准精度高于0.1秒/天。 5.1.2.2信号处理切换 信号处理切换单元接收来自卫星接收转换系统的标准时间信号，用以同步自身时间精度，并将同步信号通过系统接口传送给子钟、监控计算机和其它系统，同时与之相关联设备的工作信息、指令也需经信号处理单元处理后再进行相应的馈送、显示、动作等。 当GPS接收转换系统的标准时间信号无法完整获得时，时间信号处理

IEEE1588V2时钟同步方案

IEEE1588V2 PTP时钟同步方案介绍 一实现原理 1.1 PTP系统概述 PTP为Precise Time Protocol的简称，遵循IEEE 1588协议标准，1588协议是解决IP传输的基站之间同步问题的协议。以前的NODEB基站从GPS获取同步信号1PPS和时间信息TOD，为保证时间同步，每个NODEB都需要一个GPS。而1588协议提出通过PTP消息进行时钟信息的传递，NODEB接受到同样的时钟信息作为本NODEB的同步时间信息，从而实现整个系统时钟的同步。 如1.1，PTP系统的同步时钟系统。同一个通路上（Path A, Path B , Path C和PathD）获取相同的时钟信息，这样只需要边界时钟（NODEB13和NODEB14；NODEB13和NODEB15；）实现同步即可以实现系统时钟的同步。 图1.1 PTP同步时钟系统示意图 在PTP系统中分为主/从两种时钟提取的方式。当本NODEB为主时钟方式，需要有GPS，通过GPS获取TOD时间消息和1PPS同步信号。然后将TOD消息和1PPS封装在UDP数据包中通过以太网连路进行传输。当本NODEB为从时钟方式，需要从以太网接受的数据中，解析出该UDP数据包，获取时间信息和同步信息。 另外PTP系统之间的时间信息是通过MAC地址进行寻址传输的。 NodeB支持主从两种模式，选用SEMTECH的ACS9510时钟芯片，PTP系统的实现方式如图1.2。

图1.2 PTP系统的实现方式 1.2 PTP时钟提取模块框图 BBU1324A设备支持IEEE1588 PTP HOST&SLAVE的功能， BBU1327A设备支持IEEE1588 PTP SLAVE，都采用SEMTECH的ACS9510。ACS9510支持IEEE1588 V2.0协议，PTP时钟提取模块 的功能框图如图1.3。 图1.3 PTP时钟提取模块的功能框图 当PTP模块工作在slave模式时，时钟信息通过iub口接受到NP，NP根据MAC地址 进行转发，把包含时钟信息的数据通过MII接口转发给时钟提取芯片ACS9510，ACS9510

GPS时钟同步原理简介

GPS时钟同步原理 1.有关时间的一些基本概念 时间（周期）与频率 互为倒数关系，两者密不可分，时间标准的基础是频率标准，所以有人把晶体振荡器叫‘时基振荡器’。钟是由频标加上分频电路和钟面显示装置构成的。 四种实用的时间频率标准源（简称钟） ◆晶体钟 ◆铷原子钟 ◆氢原子钟 ◆铯原子钟 常用的时间坐标系 时间的概念包含时刻（点）和时间间隔（段）。时系（时间坐标系）是由时间起点和时间尺度单位--秒定义（又分地球秒与原子秒）所构成。常用的时间坐标系： ◆世界时（UT） ◆地方时 ◆原子时（AT） ◆协调世界时（UTC） ◆ GPS时 定时、时间同步与守时

◆定时：是指根据参考时间标准对本地钟进行校准的过程）；授时（指采用适当的手段 发播标准时间的过程）； ◆时间同步：是指在母钟与子钟之间时间一致的过程，又称时间统一或简称时统）； ◆守时：是指将本地钟已校准的标准时间保持下去的过程，国内外守时中心一般都采 用由多台铯原子钟和氢原子钟组成的守时钟组来进行守时，守时钟组钟长期运行性能表现最好的一台被定主钟（MC）。 2.GPS时间是怎样建立的 为了得到精密的GPS时间，使它的准确度达到<100ns（相对于UTC（USNO/MC））： ◆每个GPS卫星上都装有铯子钟作星载钟； ◆ GPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统； ◆采用UTC（USNO/MC）为参考基准。 3.GPS定位、定时和校频的原理 GPS定位原理 是基于精确测定GPS信号的传输时延（Δt），以得到GPS卫星到用户间的距离（R）R=C×Δt ----------------------- [1]（式中C为光速）同时捕获4颗GPS卫星，解算4个联立方程，可给出用户实时时刻（t）和对应的位置参数（x、y、z）共4个参数。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ---- [2]（式中Xs、Ys、Zs为卫星的位置参数；Xu、Yu、Zu为用户的的位置参数）。 GPS定时原理 基于在用户端精确测定和扣除GPS时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定时与校准。GPS定时准确度取决于信号发射端、信号在传输过程中和接收端所引入的误差，主要误差有：

基于GPS的控制系统时间同步

基于GPS 的控制系统时间同步 金刚平,徐欣圻 (中国科学院国家天文台南京天文光学新技术研究所,南京　210042) 摘　要:介绍如何利用G PS 接收器获取准确的UT C 时间,在分布式实时操作系统QNX 下,实现系统时间和UT C 的一致。同时讨论了如何建立网络时间服务器,通过执行网络时间 同步算法,实现局域网内不同计算机之间的时间同步。最后文章给出在具体应用中的实例。 关键词:G PS;QNX;时间服务器 中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1000-2162(2002)04-0030-05 0　前　言 目前,G PS (G lobal P osition System )在导航和定位方面得到了广泛的应用,同时在授时领域,也开始利用G PS 来获取准确的UT C (C oordinated Universal T ime )时间。在国家九五重大科学工程LAMOST (Large Sky Area Multi -objects Fiber S pectroscopic T elescope )望远镜的控制系统中,为了实施精确跟踪天体目标,需要一个准确的UT C 时间。同时,处于控制系统局域网内部的其他计算机也需要和UT C 时间同步。因此,我们决定采用G PS 来构建时标系统,并利用网络通讯把得到的准确的UT C 时间发布到整个网络中,以实现整个控制系统时间同步[1]。 1　时间同步的必要性 建立时间服务器,实现网络内计算机之间时间同步的必要性在于: 数据分析:在网络应用中,我们从不同的网络节点计算机获取数据。通常在数据包里面,包含有数据到达的时间信号。但只有实现了网络内的时间同步,才可以利用时间戳来获取这些数据之间的关系。 对时间敏感的交易:在股票和货币类对时间比较敏感的交易中,这些活动经常发生在不同的城市,时间的准确性对交易的顺利进行影响很大。 网络安全:很多的局域网安全系统都是基于各个通讯终端的准确时间戳。有一些安全系统通过测试网络延迟来决定是否终止交易。 在实时控制领域:例如我们正在研制的国家重大科学工程项目LAMOST 控制系统便是典型一例,其分布式控制局域网内部的时间同步,对于实现精确的协调控制,其作用是不言而喻的。 收稿日期:2002-05-28 作者简介:金刚平(1975-),男,安徽桐城人,南京天文光学新技术研究所助理研究员,硕士; 徐欣圻(1944-),男,江苏无锡人,南京天文光学新技术研究所研究员,博士生导师. 2002年12月 第26卷第4期安徽大学学报(自然科学版)Journal of Anhui University Natural Science Edition December 2002V ol.26N o.4

智能变电站时间同步系统

智能变电站时间同步系统 摘要随着智能电网的全面发展，并实现电网的信息化、数字化、自动化、互动化，网络智能接点的正常工作和作用的发挥，离不开统一的时间基准。 【关键词】时间同步智能变电站 时间同步系统为我国电网各级调度机构、发电厂、变电站、集控中心等提供统一的时间基准，以满足各种系统和设备对时间同步的要求，?_保实时数据采集时间一致性，提高线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性，从而提高电网事故分析和稳定控制水平，提高电网运行效率和可靠性。 1 时间的基本概念 时间是物理学的一个基本参量，也是物资存在的基本形式之一，是所谓空间坐标的第四维。时间表示物资运行的连续性和事件发生的次序和久暂。与长度、质量、温度等其他物理量相比，时间最大的特点是不可能保存恒定不变。“时间”包含了间隔和时刻两个概念。前者描述物资运动的久暂；后者描述物资运动在某一瞬间对应于绝对时间坐标的读数，也就是描述物资运动在某一瞬间到时间坐标原点之间的距离。

2 时钟配置方案及特点 智能变电站宜采用主备式时间同步系统，由两台主时钟、多台从时钟、信号传输介质组成，为被授时设备、系统对时。主时钟采用双重花配置，支持北斗二代系统和GPS标准授时信号，优先采用北斗二代系统，主时钟对从时钟授时，从时钟为被授时设备、系统授时。时间同步景点和授时精度满足站内所以设备的对时精度要求。站控层设备宜采用SNIP对时方式，间隔层和过程层设备采用直流IRIG-B码对时方式，条件具备时也可以采用IEEE1588网络对时。 在智能变电站中，时间装置的技术特点及主要指标如下：（1）多时钟信号源输入无缝切换功能。具备信号输入 仲裁机制，在信号切换时IPPS输出稳定在0.2 us以内。 （2）异常输入信息防误功能。在外界输入信号收到干 扰时，仍然能准确输出时间信息。 （3）高精度授时、授时性能。时间同步准确度优于1us，秒脉冲抖动小于0.1us，授时性能优于1us/h。 （4）从时钟延时补偿功能。弥补传输介质对秒脉冲的 延迟影响。 （5）提供高精度可靠的IEEE1588时钟源。 （6）支持DL/T860建模及MMS组网。 （7）丰富的对时方式，配置灵活。支持RS232、RS485、空触点、光纤、网络等多种对时方式。

跨时钟域信号同步方法6种

种6跨时钟域信号同步方法． 跨时钟域信号同步方法6种 ASIC中心 1 引言 基于FPGA的数字系统设计中大都推荐采用同步时序的设计，也就是单时钟系统。但是实际的工程中，纯粹单时钟系统设计的情况很少，特别是设计

模块与外围芯片的通信中，跨时钟域的情况经常不可避免。如果对跨时钟域带 来的亚稳态、采样丢失、潜在逻辑错误等等一系列问题处理不当，将导致系统无法运行。本文总结出了几种同步策略来解决跨时钟域问题。 2 异步设计中的亚稳态 触发器是FPGA设计中最常用的基本器件。触发器工作过程中存在数据的建立(setup)和保持(hold)时间。对于使用上升沿触发的触发器来说，建立时间就是在时钟上升沿到来之前，触发器数据端数据保持稳定的最小时间。而保持时间是时钟上升沿到来之后，触发器数据端数据还应该继续保持稳定的最小时间。我们把这段时间成为setup-hold时间(如图1所示)。在这个时间参数内，输入信号在时钟的上升沿是不允许发生变化的。如果输入信号在这段时间内发生了变化，输出结果将是不可知的，即亚稳态 (Metastability) 图1 一个信号在过渡到另一个时钟域时，如果仅仅用一个触发器将其锁存，那么

采样的结果将可能是亚稳态。这也就是信号在跨时钟域时应该注意的问题。如图2所示。 信号dat经过一个锁存器的输出数据为a_dat。用时钟b_clk进行采样的时候，如果a_dat正好在b_clk的setup-hold时间内发生变化，此时b_ dat，而是处于中间状态。经过一段时间之后，ぜ，也不是逻辑?就既不是逻辑． 有可能回升到高电平，也有可能降低到低电平。输出信号处于中间状态到恢复为逻辑?或逻辑ぜ的这段时间，我们称之为亚稳态时间。 触发器进入亚稳态的时间可以用参数MTBF(Mean Time Between Failures)来描述，MTBF即触发器采样失败的时间间隔，表示为：

电力系统时钟同步综合解决系统(1)

一、建设时钟同步系统的重要性 随着电厂、变电站自动化水平的提高，电力系统对时钟统一对时的要求愈来愈迫切，有了统一精确的时间，既可实现全厂（站）各系统在GPS 时间基准下 的运行监控和事故后的故障分析，也可以通过各开关动作、调整的先后顺序及准 确时间来分析事故的原因及过程。统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提 高运行水平的一个重要措施。 二、时钟同步系统的优越性 电厂（站）的时钟同步是一件十分重要的基础工作，现在电厂（站）大多采用不同厂家的计算机监控系统、DCS 分布式控制系统、自动化及线路微机保护装置、故障录波装置、电能量计费系统、电液调速系统DEH 、SCADA 系统及各种输煤PLC 、除灰PLC 、化水PLC 、脱硫PLC 等，以前的时间同步大多是各设备提供商采用各自独立的时钟，而各时钟因产品质量的差异，在对时精度上都有一定的偏差，从而使全厂各系统不能在统一时间基准的基础上进行数据分析与比较，给事后正确的故障分析判断带来很大隐患。 如今，人们已经充分意识到时间统一的重要性。但是，统一时钟并不是单纯地并用GPS 时钟设备。目前，人们普遍采用一台小型GPS 接收机，提供多个RS232端口，用串口电缆逐一连接到各个计算机，实现时间同步。但事实上，这种同步方式的缺点是，使用的电缆长度不能过长；服务器的反应速度、客户机的延迟都直接影响对时精度。而且各电厂（站）往往有不同的装置需要接收时钟同步信号，其接口类型繁多，如RS-232/422/485串行口、脉冲、IRIG-B 码、DCF77格式接口 等；装置的数量也不等，所以在实际应用中常感到GPS 装置的某些类型接口数量不够或缺少某种类型的接口，其结果就是电厂中有些装置不能实现时钟同步，或者需要再增加一台甚至数台GPS 装置，而这往往受到资金不足或没有安装位置等限制。若各系统实施统一GPS 时钟同步方案，就可实现全厂（站）各系统在统一GPS 时间基准下的运行监控和事故后的故障分析，大大提高了电厂（站）系统的安全稳定性。因此采用GPS 时钟同步系统比采用传统的GPS 同步设备有着明显的优势，也是技术发展的必然趋势。 第二部分 对时方式和NTP 协议简介 一、对时方式 目前，国内的同步时间主要以GPS 时间信号作为主时钟的外部时间基准信 号。现在各时钟厂家大多提供硬对时、软对时、编码对时三种方式，我公司的时 间同步产品除了提供以上三种对时方式外，还可提供先进的NTP 网络对时方式， 大大提高了产品的技术含量及系统的完整性。以下是各对时方式的介绍： 1、硬对时（脉冲节点） 主要有秒脉冲信号（lpps ，即每秒 1 个脉冲）和分脉冲信号门(1ppm ，即每分1个脉冲)。秒脉冲是利用GPS 所输出的lpps 方式进行时间同步校准，获得与 UTC 同步的时间准确度较高，上升沿的时间准确度不大于lus 。分脉冲是利用GPS 所输出的lppm 方式进行时间同步校准，获得与UTC 同步的时间准确度较高，上升沿的时间准确度不大于3us ，这是国内外保护常用的对时方式。另外通过差分芯片将lpps 转换成差分电平输出，以总线的形式与多个装置同时对时，同时增加了对时距离，由 lpps 几十米的距离提高到差分信号1km 左右。 用途：对国产故障录波器、微机保护、雷电定位系统、行波测距系统对时。 故障录波装置分别由不同的厂家生产；保护装置国内以南自股份、南瑞、许继、阿继及四方公司的产品为主。 2、软对时（串口报文） 串口校时的时间报文包括年、月、日、时、分、秒，也可包含用户指定的其他特殊内容，例如接收 GPS 卫星数、告警信号等，报文信息格式为ASCll 码或BCD 码或十六进制码。如果选择合适的传输波特率，其精确度可以达到毫秒级。串口校时往往受距离限制，RS-232口传输距离为30 m ， RS-422口传输距离为 150 m ，加长后会造成时间延时。 用途：对电能量记费系统、输煤PLC 、除灰PLC 、化水PLC 、脱硫PLC 、自动化装 置、控制室时钟对时。 3、编码对时 编码时间信号有多种，国内常用的有 IRIG （Inter －range Instrumentatlon group ）和DCF77（Deutsche ，long wave signal ，Frankfurt ，77.5 kHZ ）两种。IRIG 串行时间码共有6种格式，即A ，B ，D ，E ，

GPS时钟系统(GPS同步时钟)技术方案(1)

GPS 时钟系统(GPS 同步时钟技术方案 技术分类:通信 | 2010-11-08 维库 在电力系统、 CDMA2000、 DVB 、 DMB 等系统中 , 高精度的 GPS 时钟系统(GPS 同步时钟对维持系统正常运转有至关重要的意义。 那如何利用 GPS OEM来进行二次开发 , 产生高精度时钟发生器是一个研究的热点问题。如在 DVB-T 单频网 (SFN中 , 对于时间同步的要求 , 同步精度达到几十个 ns, 对于这样高精度高稳定性的系统 , 如何进行商业级设计 ? 一、引言 在电力系统的许多领域,诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准。利用 GPS 卫星信号进行对时是常用的方法之一。 目前, 市场上各种类型的 GPS-OEM 板很多, 价格适中, 具有实用化的条件。利用 GPS-OEM 板进行二次开发,可以精确获得 GPS 时间信息的 GPS时钟系统 (GPS 同步时钟。本文就是以加拿大马可尼公司生产的 SUPERSTAR GPS OEM板为例介绍如何开发应用于电力系统的的 GPS 时钟系统(GPS 同步时钟。 二、 GPS 授时模块 GPS 时钟系统 (GPS 同步时钟采用 SUPERSTAR GPS OEM 板作为 GPS 接受模块, SUPERSTAR GPS OEM 板为并行 12跟踪通道,全视野 GPS 接受模块。 OEM 板具有可充电锂电池。 L1频率为 1575.42MHz ,提供伪距及载波相位观测值的输出和 1PPS (1 PULSE PER SECOND脉冲输出。 OEM 板提供两个输入输出串行口,一个用作主通信口,可通过此串行口对 OEM 板进行设置,也可从此串口读取国际标准时间、日期、所处方位等信息。另一个串行口用于 RTCM 格式的差分数据的输出,当无差分信号或仅用于 GPS 授时,此串行口可不用。 1PPS 脉冲是标准的 TTL 逻辑

基于Gardner位定时同步算法

1.1位同步算法 在软件无线电接收机中，要正确的恢复出发送端所携带的信号，接收端必须知道每个码元的起止时刻，以便在每个码元的中间时刻进行周期性的采样判决恢复出二进制信号[43]。信号在传播过程中的延时一般是未知的，而且由于传输过程中噪声、多径效应等影响，造成接收到的信号与本地时钟信号不同步，这就需要位同步算法，恢复出与接收码元同频同相的时钟信号。正确的同步时钟是接收端正确判断的基础，也是影响系统误码率的重要因素；没有准确的位同步算法，就不可能进行可靠的数据传输，位同步性能的好坏直接影响整个通信系统的性能[44]。实现位同步算法的种类很多，按照处理方式的不同可分为模拟方式、半数字方式和全数字方式如图3-10所示。 a) b) c) 图3-10 位同步算法模型 Fig.3-10 Bit Synchronous Algorithm Model 图3-10(a)模型为全模拟位同步实现技术，通过在模拟域计算出输入信号的位同步定时控制信号去控制本地时钟，对信号进行同步采样。图3-10(b)模型为半模拟同步模型，该模型的主要思想是通过将采样后的信号经过一系列的数字化处理，提取出输入信号与本地时钟的偏差值，通过这个偏差来改变本地时钟的相位达到位同步。(a)(b)两种方式都需要适时改变本地时钟的相位，不利于高速数字信号的实现且集成化程度较低。图3-10(c)为全数字方式的位同步是目前比较常用方法，全数字方式的位同步算法十分适用于软件无线电的实现。该方法通过

一个固定的本地时钟对输入的模拟信号进行采样，将采样后的信号经过全数字化的处理实现同步；采用此种方法，实现简单，且便于数字化实现，对本地时钟的要求大大降低。本次设计主要分析了基于内插方式的Gardner 定时恢复算法。 1.1.1 Gardner 定时恢复算法原理 Gardner 定时恢复算法是基于内插的位同步方式，全数字方式的位同步算法模型中，固定的本地采样时钟不能保证能在信号的极值点处实现采样，所以需要通过改变重采样时钟或输入信号来实现极值处采样[45-46] 。Gardner 定时恢复算法就是通过改变输入信号的方式实现，利用内插滤波器恢复出信号的最大值再进行重采样，算法原理如图3-11所示。 采样时钟T i 图3-11 Gardner 定时恢复算法原理 Fig.3-11 Gardner Timing Recovery Theory 输入信号为离散信号x(mT s )，采样率为T s ，符号周期为T ，重采样时钟为T i ，这里的重采样时钟周期T i =n*T(n 为一小整数)。Gardner 定时恢复算法的基本思想就是，输入信号x(mT s )经过一个D/A 器件和一个模拟滤波器h(t)，将数字信号恢复为模拟信号y(t)进行重采样，得到同步的输出信号y(kT i )。插值滤波器模型中包含了虚拟的D/A 变换和模拟滤波器，但是只要具备下面三个条件，则内插完全可以通过数字方式实现。 ① 输入采样序列x(mTs) ② 内插滤波器脉冲响应h(t) ③ 输入采样时间Ts 和输出采样时间Ti 也就是说，图中的D/A 以及模拟滤波器都可以通过设计数字内插滤波器的方式实现。这里T s 和T i 为固定的两个变量，T s /T i 不一定为整数，为表示出它们之间的变换过程，通过换算得到T i 和T s 的关系如公式(3-4)所示 s k k s i s i T u m T T k T kT )()(+== (3-4) m k 为比值的整数部分，可看做一个基本指针，表示了本地重采样时钟T i 对采样率为T s 的输入信号的整数倍重采样时刻，而u k 为比值的分数部分，指示了滤波器对输入信号的插值时刻。一种典型的Gardner 定时恢复算法结构框图如图3-12所示。

网络时钟系统方案

网络时钟系统方案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

时钟系统 技术方案 烟台北极星高基时间同步技术有限公司 2012年3月 第一部分：时钟系统技术方案 一、时钟系统概述 1.1概述 根据办公楼的实际情况，特制定如下施工设计方案： 时钟系统主要由GPS接收装置、中心母钟、二级母钟(中继器)、全功能数字显示子钟、、传输通道和监测系统计算机组成。 系统中心母钟设在中心机房内，其他楼各设备间设置二级母钟，在各有关场所安装全功能数字显示子钟。 系统中心母钟接收来自GPS的标准时间信号，通过传输通道传给二级母钟，由二级母钟按标准时间信号指挥子钟统一显示时间；系统中心母钟还通过传输系统将标准时间信号直接传给各个子钟，为楼宇工作人员提供统一的标准时间 二、时钟系统功能 根据本工程对时钟系统的要求，时钟系统的功能规格如下： 时钟系统由GPS校时接收装置（含防雷保护器）、中心母钟、扩容接口箱、二级母钟、数字式子钟、监控终端（也称监测系统计算机）及传输通道构成。其主要功能为： ☉显示统一的标准时间信息。 ☉向其它需要统一时间的系统及通信各子系统网管终端提供标准时间信息。 中心母钟 系统中心母钟设置在控制中心设备室内，主要功能是作为基础主时钟，自动接收GPS的标准时间信号，将自身的精度校准，并分配精确时间信号给子钟，二级母钟和其它需要标准时间的设备，并且通过监控计算机对时钟系统的主要设备进行监控。 中心母钟主要由以下几部分组成： ☉标准时间信号接收单元 ☉主备母钟（信号处理单元）

☉分路输出接口箱 ☉电源 中心母钟外观示意图见（附图） 2.1.1标准时间信号接收单元 标准时间信号接收单元是为了向时间系统提供高精度的时间基准而设置的，用以实现时间系统的无累积误差运行。 在正常情况下，标准时间信号接收单元接收来自GPS的卫星时标信号，经解码、比对后，经由RS422接口传输给系统中心母钟，以实现对母钟精度的校准。 系统通过信号接收单元不断接收GPS发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对母钟进行校对。如果数据不可靠便放弃，下次继续接收。 2.1.2主备母钟 由于母钟是整个时钟系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此我们充分考虑了系统功能的实现与系统可靠性等综合因素，将其设计为主、副机配置，并且主、副机之间可实现自动或手动切换。 中心母钟通过标准RS422接口接收标准时间信号接收机发送的标准时间信号。标准时间信号接收机正常工作时，该信号将作为母钟的时间基准；标准时间信号接收单元出现故障时，中心母钟将采用自身的高稳晶振产生的时间信号作为时间基准，向其他子系统及各个二级母钟(中继器)发送时间信息，同时向时钟系统网管设备发出告警。 中心母钟能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息，具备12/24小时以及格林威治时间（GMT）三种显示方式的转换功能，也可显示所控制的二级母钟(中继器)的运行信息。中心母钟和校时信号能自动进行调整，可显示并输出任意时区的时间。 中心母钟具有统一调整、变更时钟快慢的功能，可通过设置在前面板上的键盘实现对时间的统一调整。 中心母钟通过标准的RS422/ RS485接口与监控计算机相连，以实现对时钟系统主要设备的维护管理及监控。 中心母钟采用标准的RS422/485接口形式分别与自带子钟连接。通过时钟信号线缆通道定时向子钟发送标准时间信号，使其按统一的时间标准运行。当系统中心母钟出现故障时，能向时钟监测系统计算机发出告警。