GPS时钟也是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。其主要原理是通过GPS或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出，是目前达到纳秒级授时精度和稳定度在1E12量级频率输出的最有效方式。

概况

典型的产品(GPS卫星跟踪性能 授时精度 频率精度)

GPS时钟诞生的原因

GPS时钟的实现方法

电力自动化系统GPS时钟的应用

GPS时钟特性

无线GPS时钟

概况

高精度时间基准已经成为通信、电力、广播电视、安防监控、工业控制等领域的基础保障平台之一。卫星导航定位系统可提供高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时服务，授时性能优异；高精度、低成本；安全可靠；全天候；覆盖范围广。

GPS时钟也是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。 GPS时钟主要分为两类，一类是GPS授时仪，主要输出时标信息，包括1PPS及TOD信息；另外一类是GPS同步时钟，后者输出利用卫星信号驯服OCXO或者铷钟得到的高稳定频率信息，以及本地恢复的更平稳的时标信号。

GPS同步时钟主要由以下几部分组成：GPS/GNSS接收机，其中可以为GPS/GLONASS/BD/GALILEO等，高精度OCXO或铷钟，本地同步校准单元，测差单元，误差处理及控制结构，输入输出等几部分。

其主要原理是通过GPS或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出，是目前达到纳秒级授时精度和稳定度在1E12量级频率输出的最有效方式。

内部还可以增加IRIG-B码，DCF77码，NTP时间服务器等单元。

典型的产品

GPS卫星跟踪性能

通道数：50通道

冷启动时间：32秒

热启动时间：小于1秒

定位精度：小于2.5米

1pps秒脉冲精度：30ns（1σ），综合由于0.5μS;

1PPS信号格式：BNC接口，TTL电平，阻抗：50Ω

授时精度

保持模式15ns，非保持模式30ns

IRIG-B码输出精度：小于0.5us（起始上升沿与1PPS同步）

频率精度

10MHz：1路，BNC，标准正弦波，50Ω

准确度：小于1E-12（内置高稳恒温晶振）

超低相噪。

本款时钟详细指标请见北京寰亚翔宇公司网站。

GPS时钟诞生的原因

我们知道通信系统可以分成同步通信系统和异步通信系统两种。

所谓同步通信，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。这样一方面省去了存储器（异步通信系统需要存储器保存接收到的信号后再解码），同时也确保了实时性。

在最初的同步通信系统中，我们会找到一个时钟源，然后把所有的收发子系统都接到这个时钟源上。小型的同步通信系统完全可以这样做，比如一台电脑中的一个同步通信的系统，他们就用电缆线接到一个共同的时钟源上，再来收发信号。

可是一旦同步通信的系统变大到全国性的呢？如果还用电缆或者光缆接到同一个时钟源上，会发生很多问题。首先，建设的成本太大了，要在全国范围内铺设线路，只为传输一个时钟信号，不划算。其次，如果收发信机分别在黑龙江和广东，时钟信号即使以光速传过去，还会产生一定的延时。

那么这个问题怎么解决呢？

随着GPS系统民用化和其越来越广泛的应用，人们似乎看到了解决方案。后来就诞生了以‘GPS时钟’（GPS clock）为主的‘时钟信号广播系统’（radio clock）。

每个GPS卫星上都有2~3个高精度的原子钟，这几块原子钟互为备份的同时，也互相纠正。另外地面的控制站会定期发送时钟信号，和每一颗卫星进行时钟校准。这样的时钟系统堪称世界上最精准的了，为什么不能用来做radio clock呢。不管什么同步通信系统，大家都接入GPS卫星信号，将其中的时钟信号解码，那大家就有了精准的同步时钟源了。

当然你可能会担心卫星信号传送到地面的延迟问题。GPS信号中自带了误差纠正码，接收端可以很容易的把延迟的这段传输延迟去掉。另外，由于卫星信号很微弱，只有在室外才能接受的到，因此每个GPS授时系统都应当有室外天线，否则就不能用了。

这样一来上面列出的两个问题都解决了。用来铺设全国性电缆并不是每家公司都有资金实力的，而且铺设的成本用来买GPS接收器，那肯定可以买到无数个了。而延时的问题，也被GPS出色的编码系统所解决了。真的是太完美了。

关于radio clock，世界上还有其他的一些系统，包括欧盟的伽利略卫星导航系统、中国的北斗卫星导航系统等，都有授时的功能。

GPS时钟的实现方法

常规时钟频率产生方法可以是晶体、铷钟等。但晶体会老化，易受外界环境变化影响，长期的精度漂移影响；原子钟长期使用后也会产生偏差，需要定时校准。而GPS系统由于其工作特性的需要，定期对自身时钟系统进行修正，所以其自身时钟系统长期稳定，具有对外界物理因素变化不敏感特性。晶体或铷钟以GPS为长期参考，可以获得低成本、高性能的基准时钟。现有同步时钟的比较如表1所示。

在网络正常工作状态下，GPS时钟具有与GPS主钟相同的频率准确度；由于在某些特殊情况下GPS时钟信号会暂时消失，所以基于GPS的时钟模块一般需要另一个外部时钟作为后备输入，预留有外接时钟的时基和频标信号（如GLONASS、中国双星、铷原子钟等）接口。另外，GPS时钟其频率准确度还具有自身保持性能。

GPS时钟频率模块提供所需的各种时频的信号，并输出定位时间信息、GPS接收机是否工作正常、输出的时间信号是否有效、时钟和频率处理模块激活状态、异常告警等等。图1是GPS时钟模块的原理图。

电力自动化系统GPS时钟的应用

电力自动化系统内有众多需与GPS时钟同步的系统或装置，如DCS、PLC、NCS、SIS、MIS、RTU、故障录波器、微机保护装置等。在确定GPS时钟时应注意以下几点：

(1)这些系统分属热控、电气、系统专业，如决定由DCS厂商提供的GPS时钟实现时间同步(目前通常做法)，则在DCS合同谈判前，就应进行专业间的配合，确定时钟信号接口的要求。(GPS时钟一般可配置不同数量、型式的输出模块，如事先无法确定有关要求，则相应合同条款应留有可调整的余地。)

(2)各系统是否共用一套GPS时钟装置，应根据系统时钟接口配合的难易程度、系统所在地理位置等综合考虑。各专业如对GPS时钟信号接口型式或精度要求相差较大时，可各自配置GPS时钟，这样一可减少专业间的相互牵制，二可使各系统时钟同步方案更易实现。另外，当系统之间相距较远(例如化水处理车间、脱硫车间远离集控楼)时，为减少时钟信号长距离传送时所受的电磁干扰，也可就地单设GPS时钟。分设GPS时钟也有利于减小时钟故障所造成的影响。

(3)IRIG-B码可靠性高、接口规范，如时钟同步接口可选时，可优先采用。但要注意的是，IRIG-B只是B类编码的总称，具体按编码是否调制、有无CF和SBS等又分成多种(如IRIG-B000等)，故时钟接收侧应配置相应的解码卡，否则无法达到准确的时钟同步。

(4)1PPS/1PPM脉冲并不传送TOD信息，但其同步精度较高，故常用于SOE模件的时钟同步。RS-232时间输出虽然使用得较多，但因无标准格式，设计中应特别注意确认时钟信号授、受双方时钟报文格式能否达成一致。

(5)火电厂内的控制和信息系统虽已互连，但因各系统的时钟同步协议可能不尽相同，故仍需分别接入GPS时钟信号。即使是通过网桥相连的机组DCS和公用DCS，如果时钟同步信号在网络中有较大的时延，也应考虑分别各自与GPS时钟同步。

GPS时钟特性

保证Intranet/Internet内所有的计算机时间同步；

授时精度：1～10ms；

时间源双机热备份，恒温晶振自守时（可选）；

支持双电源工作备份（可选）；

支持协议ARP，UDP，Telnet，ICMP，SNMP，DHCP，TFTP，NTP/SNTP，Time/UDP，NTP V4，V3，V2，V1；

1-4个独立以太网口速率10/100M，协议兼容：Ethernet 2.0/IEE 802.3；

12通道GPS接收机，寻星时间小于10秒；

装置可通过面板在线显示当前收星个数，直观反映装置的同步状况；

可用于WIN95/98/ME/NT/2000，Unix，Linux等；

串口输出精度可达微秒级；

串口信号输出可编程，按键设置,操作方便；

提供MD5加密验证，防止非法获取时间；

提供UDP广播协议，可接LED显示屏；

完善的SNMP网管功能；

可同步数万台客户端、服务器、工作站等设备时钟；

装置的所有输出信号均经隔离输出，抗干扰能力强；

装置具有多种串行信息输出与交互方式，以满足不同用户的需求；

采用高性能、宽范围开关电源，工作稳定；

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，不受地域条件和环境的限制；

架装式结构，标准机箱,安装方便；

客户端软件操作简单，显示直观，占用系统资源小；

可选模块：IRIG-B码输入/输出，CDMA，北斗接收机，1PPS，1PPM，1PPH；

无线GPS时钟

目前市场上普遍使用的GPS时钟系统是GPS子母数码时钟，即各个数码子钟需要用GPS母钟来传送标准时间信息。在使用的时候需要在室外合适位置架设GPS天线，在每台数码子钟和GPS母钟之间需要连接电缆，但是很多时候建筑物不具备室外架设天线条件，在母钟和子钟之间连接电缆也很麻烦。

石家庄雷鸣电子科技有限公司，新研发的雷鸣数码时钟不需要母钟，也不需要架设天线，而是在子钟内部电路接收联通CDMA标准时间信号，溯源到UTC时间，即在任何可以使用联通CDMA手机的地方均可使用CDMA数码时钟显示标准时间。具有传统GPS子母钟系统显示标准时间的特点，同时克服了原GPS子母时钟系统使用安装受使用地点条件限制、成本高的弊端。

该时钟系统可用于于机场、医院、电力、火车站、地铁轻轨、广播电视时钟、体育馆时钟、车载时钟、办公大楼时钟、酒店时钟、学校时钟等不同领域的公共场所。