通信工程師外時(shí)間基準(zhǔn)同步GPS系統(tǒng)

本模塊首先給出外時(shí)間基準(zhǔn)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(shí)間基準(zhǔn)同步的概念

外時(shí)間基準(zhǔn)同步的概念：

外時(shí)間基準(zhǔn)同步方式是指數(shù)字通信網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間基準(zhǔn)依賴于該節(jié)點(diǎn)所能接收到的外來(lái)基準(zhǔn)信號(hào)。通過(guò)將本地時(shí)鐘信號(hào)鎖定到外來(lái)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的相位上，來(lái)達(dá)到全網(wǎng)定時(shí)信號(hào)的同步。

外時(shí)間基準(zhǔn)同步的特點(diǎn)：

這種時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)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(wú)關(guān)。但是，這種信號(hào)只有在外時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的覆蓋區(qū)才能采用，非覆蓋區(qū)無(wú)法采用。同時(shí)，外時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)還得采用專門(mén)的接收設(shè)備。

目前常用的外時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)

GPS（Globe Positioning System）

GLONASS（Global Navigation Satellite System）

GLONASS是前蘇聯(lián)緊跟美國(guó)GPS研究發(fā)展的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其工作原理與GPS相似，但目前的應(yīng)用沒(méi)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(guó)國(guó)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(shí)間同步和頻率同步，是一套覆蓋全球的全方位導(dǎo)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(shè)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(gè)軌道上，其中3顆衛(wèi)星作備用。每個(gè)軌道上平均有3~4顆衛(wèi)星。每個(gè)軌道面相對(duì)于赤道的傾角為55度，軌道平均高度為20 200km,衛(wèi)星運(yùn)行周期為ll小時(shí)58分。這樣，全球在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)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(gè)主控站（MCS）、5個(gè)監(jiān)控站（MS）和3個(gè)地面站（GA）。

監(jiān)控站的作用

分布在不同地域，能夠同時(shí)檢測(cè)多達(dá)ll顆衛(wèi)星。監(jiān)控站對(duì)收集來(lái)的數(shù)據(jù)并不做過(guò)多的處理，而將原始的測(cè)試數(shù)據(jù)和相關(guān)信息送給主控站處理。

主控站的作用

根據(jù)收集來(lái)的數(shù)據(jù)估算出每個(gè)衛(wèi)星的位置和時(shí)間參數(shù)，并且與地面基準(zhǔn)比較，然后形成對(duì)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(guò)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(jìn)行工作，并把有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。在主控站中用于比對(duì)的同步基準(zhǔn)由美國(guó)海軍天文臺(tái)控制，它是原子鐘與協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）比對(duì)后的信號(hào)，這樣就使衛(wèi)星鐘與GPS主時(shí)鐘之間保持精確同步。

用戶設(shè)備

用戶設(shè)備指GPS接收機(jī)，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(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)一套嚴(yán)密的誤差校正，便輸出的信號(hào)達(dá)到很高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。定時(shí)精度能夠達(dá)到300ns以內(nèi)。

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