通信工程師外時間基準同步GPS系統(tǒng)

本模塊首先給出外時間基準同步的概念，然后具體介紹GPS系統(tǒng)的概念、組成等內(nèi)容。

一、外時間基準同步的概念

外時間基準同步的概念：

外時間基準同步方式是指數(shù)字通信網(wǎng)中所有節(jié)點的時間基準依賴于該節(jié)點所能接收到的外來基準信號。通過將本地時鐘信號鎖定到外來時間基準信號的相位上，來達到全網(wǎng)定時信號的同步。

外時間基準同步的特點：

這種時間基準信號的頻率精度很高（大都采用銫鐘），傳輸路徑與數(shù)字信息通路無關。但是，這種信號只有在外時間基準信號的覆蓋區(qū)才能采用，非覆蓋區(qū)無法采用。同時，外時間基準信號還得采用專門的接收設備。

目前常用的外時間基準信號

GPS（Globe Positioning System）

GLONASS（Global Navigation Satellite System）

GLONASS是前蘇聯(lián)緊跟美國GPS研究發(fā)展的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，其工作原理與GPS相似，但目前的應用沒有GPS廣泛。

　　二、GPS系統(tǒng)

1、GPS系統(tǒng)的概念

GPS（全球定位系統(tǒng)）是美國國防部組織建立并控制的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它可以提供三維定位（經(jīng)度、緯度和高度）、時間同步和頻率同步，是一套覆蓋全球的全方位導航系統(tǒng)。

2、GPS系統(tǒng)組成

GPS系統(tǒng)可以分為3部分：GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和用戶設備。

　　GPS衛(wèi)星系統(tǒng)

GPS衛(wèi)星系統(tǒng)包括24顆衛(wèi)星，分布在6個軌道上，其中3顆衛(wèi)星作備用。每個軌道上平均有3~4顆衛(wèi)星。每個軌道面相對于赤道的傾角為55度，軌道平均高度為20 200km,衛(wèi)星運行周期為ll小時58分。這樣，全球在任何時間、任何地點至少可以看到4顆衛(wèi)星，最多可以看到8顆。每顆衛(wèi)星上都載有銣鐘，稱為衛(wèi)星鐘，接受地面主鐘的控制。

地面控制系統(tǒng)

地面控制系統(tǒng)包括1個主控站（MCS）、5個監(jiān)控站（MS）和3個地面站（GA）。

監(jiān)控站的作用

分布在不同地域，能夠同時檢測多達ll顆衛(wèi)星。監(jiān)控站對收集來的數(shù)據(jù)并不做過多的處理，而將原始的測試數(shù)據(jù)和相關信息送給主控站處理。

主控站的作用

根據(jù)收集來的數(shù)據(jù)估算出每個衛(wèi)星的位置和時間參數(shù)，并且與地面基準比較，然后形成對衛(wèi)星的指令。這些新的數(shù)據(jù)和指令被送往衛(wèi)星地面站，通過衛(wèi)星地面站發(fā)送出去，衛(wèi)星按這些新的數(shù)據(jù)和指令進行工作，并把有關數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。在主控站中用于比對的同步基準由美國海軍天文臺控制，它是原子鐘與協(xié)調(diào)世界時（UTC）比對后的信號，這樣就使衛(wèi)星鐘與GPS主時鐘之間保持精確同步。

用戶設備

用戶設備指GPS接收機，包括天線、饋線和中央處理單元。其中中央處理單元由高穩(wěn)晶振和鎖相環(huán)組成，它對接收信號進行處理，經(jīng)過一套嚴密的誤差校正，便輸出的信號達到很高的長期穩(wěn)定性。定時精度能夠達到300ns以內(nèi)。

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