京定时钟：北斗时间同步体系在轨道交通应用方案

京定时钟：北斗时间同步体系在轨道交通应用方案
京定时钟：北斗时间同步体系在轨道交通应用方案
京准电子科技官微——ahjzsz
摘要：随着铁路供电体系自动化技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用，体系对时间统一的要求越来越急迫，对时间同步精度要求越来越高。本文联合对西星远动体系凝视中的改造，介绍了GPS在电气化铁道活动体系中的应用。
1.问题的提出
原武汉铁路分局西屋远动体系的WESDAC-32主站体系于1991年12月随郑武电气化铁路一同开通使用。主站接纳双主机热备用方式，总线结构，时钟体系选用了RADIOCODE CLOCKS LTD公司的RMC 5000主时钟控制器，并配备了RCS8000时钟备用电源。两台主机PDP11/83在体系启动时跟主时钟RMC 5000自动对时。如主时钟出现故障或主机与主时钟之间出现通讯故障，则体系使用主机计算机内部时钟。主站MTU用316板和225板与RTU的226板进行时钟同步。RMC 5000时钟属于晶体钟，它的标称走时偏差为±3×10-9 s/d，需要人工干预校定时钟。
随着铁路电力体系自动化技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用，体系对时间统一的要求越来越急迫，对时间同步精度的要求越来越高。既有的体系时钟体系对现代化计算机技术来说相对落后。为满足新的要求，有必要将现有的主站时钟体系改造成全球定位时钟体系(GPS)。GPS具有全天候、高精度、自动化、高效益等明显特点。

 
2.GPS同步时钟
2.1 GPS授时的基本原理
GPS是由美国国防部研制的导航卫星测距与授时、定位和导航体系，由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星构成，这24颗卫星等隔断分布在6个互成60 0的轨道面上。这种卫星配置基本上保证了地球任何位置均能同时观测到至少4颗GPS卫星。GPS体系由GPS卫星(空间部分)、地面支撑体系(地面监控部分)和GPS接收机(用户部分)3部分构成。
GPS向全球范围内提供定时和定位功能。全球任何所在的GPS用户通过低成本的GPS接收机接受卫星发出的信号，就能获取准确的空间位置信息、同步时标及标定时间。GPS要实时完成定位和授时功能，需要4个参数：经度、纬度、高度和用户时钟与GPS主钟标定时间的时刻偏差，所以需要接受4颗卫星的位置。若用户已知自己的确切位置，那么接受1颗卫星的数据也可以完成定时。
由于GPS接纳被动的定位原理，所以星载高稳固度的频率标准是精密定位和授时的关键。工作卫星上一般接纳的是铯原子钟作为频标，其频率稳固度达到(1~2)×10-13/d。GPS卫星上的卫星钟通过和地面的GPS主钟标定时间进行比对，这样就可以使卫星钟与GPS主钟标定时间之间保持准确同步。GPS卫星发射的几种不同频率的信号，都是来自卫星上同一个基准频率。GPS接收机对GPS卫星发射的信号进行处理，经过一套严密的偏差校正，使输出的信号达到很高的长期稳固性。定时精度可以或许达到300 ns以内。在准确定位服务下，GPS提供的时间信号与协调世界时(UTC)之差小于100 ns。若接纳差分GPS技术，则与UTC之差能达到几个纳秒。
GPS定时原理是基于在用户端准确测定和扣除GPS时间信号的传输时延，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偏差。主要偏差有：
2.1.1信号发射端：卫星钟偏差、卫星星历(位置)偏差;
2.1.2信号传输过程：电离层偏差、对流层偏差、地面反射多路径偏差；
2.1.3接收端：接收机时延偏差、接收机坐标偏差、接收机噪声偏差。
2.2 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，易受外界情况变化影响和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体系由于其工作特性的需要，定期对自身时钟体系进行修正，所以其自身时钟体系长期稳固，具有对外界物理因素变化不敏感特性。若晶体或铷钟以GPS为长期参考，可以变成低成本、高性能的基定时钟。
在网络正常工作状态下，GPS时钟具有与GPS主钟雷同的频率准确度。由于在某些特殊情况下GPS时钟信号会临时消失，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接口。另外，GPS时钟其频率准确度还具有自身保持性能。GPS时间的建立过程如图1所示。

为了得到精密的GPS时间，使它的准确度相对于UTC达到