GPS北斗卫星主时钟（NTP网络时间服务器）技术参数详解

GPS北斗卫星主时钟（NTP网络时间服务器）技术参数详解
GPS北斗卫星主时钟（NTP网络时间服务器）技术参数详解
主时钟（北斗二代卫星同步时钟,GPS北斗双模时钟服务器,GPS时间同步系统）是我司开发研制的应用北斗二代授时技术/ GPS授时技术/高稳晶体振荡器守时技术授时的标准时间显示和发送的装置，外部基准采用GPS/北斗双时钟源。
卫星主时钟组合选用授时型北斗二代接收机/ GPS 接收机/外部B码基准，提供高可靠性、高冗余度的时间基准信号，并采用时间频率测控技术驯服晶振，使守时电路输出的时间同步信号同步在北斗/ GPS/外部B码时间基准上，输出短期和长期稳定度都十分优良的高精度同步信号。
卫星主时钟采用测频与智能驯服算法，使振荡器时间频率信号与北斗卫星/GPS卫星/外部B码时间基准保持同步。由于装置输出的1PPS等时间信号是内置振荡器的分频秒信号输出，同步于北斗/GPS信号但并不受北斗/GPS秒脉冲信号跳变带来的影响，相当于UTC时间基准的复现。采用了“智能学习算法”的北斗时钟，在驯服晶振过程中能够不断“学习”晶振的运行特性，并将这些参数存入板载存储器中。当外部时间基准出现异常或不可用时，装置能够自动切换到内部守时状态，并依据板载存储器中的参数对晶体振荡器特性进行补偿，使守时电路继续提供高可靠性的时间信息输出，同时避免了因晶体振荡器老化造成的频偏对守时指标的影响。
卫星主时钟采用表面贴装技术生产，大规模集成电路设计，以高速芯片进行控制，具有精度高、稳定性好、功能强、无积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单等特点，全自动智能化运行，免操作维护，适合无人值守。
卫星主时钟采用全模块化结构设计，其输入、输出、电源等均可灵活配置，并具有丰富的各类模块及板卡供选择（特殊需求可提供定制服务），对时信号的种类和数量都可根据需要灵活选择配置。装置有标准RS232、RS422/485、脉冲、IRIG-B、DCF77、PTP、NTP/SNTP协议时间输出等接口形式，可以适应各种不同设备的对时需要，广泛应用于电力、金融、通信、交通、广电、安防、石化、冶金、水利、国防、医疗、教育、政府机关、IT等领域。
装置的特点
1．时间精度高，达20nS。
2．守时精度高。装置内部守时单元采用了时间频率测控技术与智能驯服算法，晶体选用高精度恒温晶体振荡器，使装置守时准确度优于710-9(0.42μS/分钟)，即在外部时间基准异常的情况下，每天时钟走时误差不超过0.6mS。如选配铷原子钟，优于1μS /24小时。
3．采用双电源冗余供电，并选用高性能、宽范围开关电源，工作稳定可靠，装置电源供电自适应。（按订货技术协议配置，缺省为单电源。）
4．采用GPS/BD2双系统授时，支持单GPS、单北斗、双GPS、双北斗、 GPS/北斗联合授时多种授时方式，并可通过串口、面板菜单等途径修改授时方式。
5．应用北斗二代授时技术/GPS授时技术/B码基准解码接收技术/高稳晶体振荡器守时技术授时，实现多基准冗余授时，能够智能判别北斗信号、GPS信号、外部B码时间基准信号的稳定性和优劣，并提供多种时间基准配置方法。
6．采用测频与“智能学习算法”，使守时电路输出信号与北斗卫星/GPS卫星信号/IRIG-B时间基准保持精密同步，消除因晶体振荡器老化造成的频偏带来的影响。
7．具有外部时间基准信号时延补偿功能，能够补偿外部时间基准信号（IRIG-B）的传输延时，从而保证了时间基准信号的精度。
8．由于装置输出的1PPS等时间信号是内置振荡器的分频秒信号输出，同步于北斗/GPS系统但并不受北斗/GPS秒脉冲信号跳变带来的影响，相当于UTC时间基准的复现。
9．机箱经防磁处理，抗干扰能力强。
10．北斗/GPS接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计，信号接收可靠性高，不受电厂/变电站地域条件和环境的限制。
11．装置具有自复位能力，在因干扰造成装置程序出错时，能自动恢复正常工作。
12．装置可输出一路特殊的供主时钟间互联的IRIG-B（DC）码信号，该信号作为互联主时钟的“后备”外部时间基准，当主时钟的“主”外部时间基准故障时，该信号停止输出。消除当主时钟互联时“主”外部时间基准发生故障所引起的工作状态不确定性。
13．装置所有输入、输出信号均电气隔离，抗干扰能力强。
14．装置有电源中断告警、GPS/北斗失步告警、外部“B码输入”（后备时间基准）消失告警多路报警（继电器空接点）信号输出，可接入电厂/变电站内的监控系统，在线监控装置的运行状况。
15．装置前面板有“电源指示”灯、“秒脉冲指示” 灯、“GPS/北斗信号输入” 灯、“B码信号输入” 灯、“GPS/北斗信号输入异常” 灯、“B码信号输入异常” 灯多种工作状态指示，便于运行值班人员的日常巡视。
16．装置可输出多路脉冲，按要求指定某一特定时间发送一个脉冲（即每天发送一个脉冲），将此脉冲接入自动化测控单元等二次设备，并将贴有时间标签的事件上传电厂/变电站内的监控系统或调度中心，在线检测时钟装置和二次设备的对时状况。
17．装置提供一路可编程的TTL脉冲信号（1PPS/1PPM/1PPH）供时钟的准确度指标测试。
18．装置可通过数码管显示跟踪到的GPS北斗有效卫星个数，直观地反映装置的收星状况。
19．通过面板菜单可直观显示天线的工作状态（断线、短路、正常）。
20．可人工输入起始时间自走时，便于用户模拟调试。
21．装置采用全模块化即插即用结构设计，支持板卡热插拔，配置灵活，维护方便。为将来其它信号基准源(珈俐略卫星信号、上游地面链路的DCLS信号、NTP时间基准信号等) 的接入提供了方便，为今后建设三网合一的数字同步网打下基础。同时为将来电厂/变电站改造扩建时增加或更改对时信号接口提供了方便。
22．完善的北斗和GPS信号的性能监测，自动或手动选择主用卫星信号。支持本地和远程网管，通过WEB方式对设备进行远程管理，完成对设备的卫星接收状况、设备工作状态、参数设置等信息进行管理。
23．装置不仅实现了板卡全兼容，还提供了丰富的信号接口资源和开放式特殊接口设计平台，兼容能力强。装置可提供多路脉冲信号（1PPS、1PPM、1PPH、事件，空接点、差分、TTL、24V/110V/220V有源、光）、IRIG-B信号（TTL、422、232、AC、光）、DCF77信号（有源、无源）、时间报文（RS232、RS422/485、光）、PTP、NTP/SNTP网络时间信号，可以满足电厂/变电站内不同设备的对时接口要求。
24．脉冲、串口信号输出可编程，按键设置,操作方便。
25．架装式结构，2U、19”标准机箱,安装方便。
装置的技术指标
1．运行条件
1）装置环境条件
工作温度：-200C～+700C；
贮存温度：-400C～+850C；
湿度：<95%。
2）电源
交流供电：220V±20%或110V±20% ， 47Hz～63Hz ；
直流供电：220V±20%或110V±20%；
装置电源供电自适应。
3）抗干扰
在雷击过电压、一次回路操作、开关场故障、二次回路操作及其它强干扰作用下，装置不误动作。
装置静电放电干扰试验、电快速瞬变脉冲群干扰试验、高频干扰试验、辐射电磁场干扰试验、阻尼震荡波干扰试验、浪涌（冲击）干扰试验符合标准GB/T17626-1998（电磁兼容试验和测量技术）和GB/T15153.1-1998（远动设备及系统第2部分：工作条件第1篇：电源和电磁兼容），并达到Ⅲ级及以上标准。
2．技术参数
1）GPS/北斗接收天线
频率：B1&L1；
阻抗：50Ω；
增益：42dB±2dB；（不含电缆）
噪声系数：≤2.2dB；
驻波比：≤2.0；
极化方式：右旋极化；
外接电缆：RG-58/U
连接器：BNC-J
防浪涌抗扰度性能：IEC61000-4-5标准 10kV；
工作温度：-45℃～+85℃；
贮存温度：-50℃～+90℃；
湿度：100%，结露，全防水；
天线体积：φ106mm×121mm。
2）GPS/北斗二代信号接收器
授时模式
定位授时（支持单系统独立授时、双系统联合授时）
静态授时（用户输入位置）
单星授时
通道：192通道
授时精度：1PPS优于20nS（ 1σ）。
内部电池：电池类型：锂电池；电池寿命：≮25000h。
GPS接收器
接收频率（GPS L1）：1575.42MHz（L1信号）。
接收灵敏度：捕获〈-160dBW，跟踪〈-163dBW。
同时跟踪：正常状态下可同时跟踪8～16颗GPS卫星；
装置冷启动时不小于4颗卫星；
装置热启动时不小于1颗卫星。
捕获时间：装置冷启动时，〈2min；装置热启动时，〈20s。
北斗二代接收器
接收频率（BD2 B1 ）：1561.098±4MHz。
接收机灵敏度：-157.6dBW；
首次定位时间(TTFF)：冷启动:35s,热启动:1s,失锁重捕获:<1s；
定位数据更新率：1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz可选；
定位精度(RMS)：3m,三维；
速度精度(RMS)：0.1m/s；
3）时间保持单元守时精度：时间保持单元晶体振荡器选用OCXO，守时精度优于710-9(0.42μS/min)。如选用铷原子钟，守时精度优于1μS/24小时。
4）功耗：≤20W。
5）平均无故障间隔时间(MTBF)≥70000小时；平均维修时间（MTTR）：一般不大于30分，使用寿命不少于20年。正常使用条件下无须维护。
6）输出时间与协调世界时（UTC）时间同步准确度：≤0.1μS。
7）时间同步信号接口：
1PPS/PPM/PPH脉冲信号：（TTL电平）准时沿：下降沿，下降时间≤10nS；
下降沿的时间准确度≤0.1μS；
脉冲宽度：200mS；
输出阻抗：50Ω；
（空接点）准时沿：下降沿，下降时间≤150nS；
下降沿的时间准确度≤1μS；
脉冲宽度：200mS；
允许外接电压：300V/DC，允许电流50mA。
空接点脉冲输出端口允许电流ICE为100 mA时，订货时须说明。脉冲信号如需上升沿有效，订货时须说明。
时间报文：
A．通讯波特率: 1200、2400、4800、9600可选。
B．数据格式:信息位8位，一位起始位，一位停止位，异或非校验，校验帧头之后校验字节之前的时间数据,ASCⅡ码。
C．信息格式: 每秒发送一次，格式为:
S T D D D D D D D D D D D D D D D A
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
桢桢时时分分秒秒日日月月年年年年校标
头头十个十个十个十个十个千百十个验准
位位位位位位位位位位位位位位字时
节结
束
其中，S与秒脉冲（PPS）的前沿对齐。例如:现在是2002年6月13号18点45分36秒，则发送信息格式为:ST18453613062002A。
另外，可根据客户要求订制特殊规约。
D．准确度：≤0.2mS。（如需更高精度要求，可做到10μS，订货时须说明。）
IRIG-B（AC）调制信号接口：
载波频率：1kHz；
信号幅值峰-峰值：高：3～12V可调，低：符合3：1调制比要求；
输出阻抗：600欧姆，变压器隔离输出。
同步准确度：≤12μS。
IRIG-B（DC）直流偏置信号接口：
每秒1帧，包含100个码元，每个码元10mS。脉冲宽度编码，2mS宽度表示二进制0、分隔标志或未编码位，5mS宽度表示二进制1，8mS宽度表示整100mS基准标志。
秒准时沿：连续两个8mS宽度基准标志脉冲的第二个脉冲的前沿，上升沿。
帧结构：起始标志、秒（个位）、分隔标志、秒（十位）、基准标志、分（个位）、分隔标、分（十位）、基准标志、时（个位）、分隔标志、时（十位）、基准标志、自当年元旦开始的天（个位）、分隔标志、天（十位）、基准标志、天（百位）（前面各数均为BCD码）、7个控制码（在特殊使用场合定义）、自当天0时整开始的秒数（为纯二进制整数）、结束标志。
根据TEEE Std 1344-1995规定，在IRIG-B P50-P58位增加了年份。
准时上升沿的时间准确度≤1μS。
DCF77信号：
德国校准讯号（简称DCF77）：由Physikalisch-Technische Bundesanstalt运营，从法兰克福的东南部发射。载波频率为77.5千赫，时间信息编码采用脉宽调制方式。
输出准确度：≤1μS。
NTP协议时间：
支持协议：NTP，SNTP，WEB，ARP,UDP,TCP,Telent,ICMP,SNMP,DHCP和TFTP；
网络接口：10/100M自适应以太网接口，RJ－45；
吞吐量：满足每秒10000次时间请求；
授时记录：保存最新300条；
时间准确度：
每秒NTP请求量
时间标识精度
可处理用户终端请求量
0～1200
1～10ms
48,000
1200～2400
10～100ms
96,000
10MHz信号(内部守时选用OCXO时指标)：
波形：LVCMOS,方波；
输出电压：VOH min>2.4Vdc，VOL max〈0.5Vdc；
上升/下降时间〈10ns；
占空比：40%～60%，典型50%；
精度：±1.5E_12；
短稳：〈1E_11；
相位噪声：-130dBc/Hz@1kHz，如选用铷原子钟-148dBc/Hz@1kHz。
8）重量：4.6kg。

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