衛(wèi)星授時系統(tǒng)在短波發(fā)射機(jī)房的應(yīng)用

蔚長征

（作者單位：國家新聞出版廣電總局七二二臺）

衛(wèi)星授時系統(tǒng)在短波發(fā)射機(jī)房的應(yīng)用

蔚長征

（作者單位：國家新聞出版廣電總局七二二臺）

短波發(fā)射機(jī)房中，精確標(biāo)準(zhǔn)的時間占據(jù)重要位置，是安全傳輸發(fā)射工作的前提條件。本系統(tǒng)從授時衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號，將時間信息通過接口傳輸?shù)絇owerTBH系統(tǒng)，對PowerTBH系統(tǒng)進(jìn)行時間校準(zhǔn)，實現(xiàn)發(fā)射機(jī)房時間同步。衛(wèi)星授時系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)射機(jī)房自動化平臺，確保發(fā)射機(jī)優(yōu)質(zhì)零秒播出，實現(xiàn)發(fā)射機(jī)房有人留守、無人值班，為建設(shè)智能化、自動化電臺提供前提條件。

衛(wèi)星授時；自動化；短波發(fā)射機(jī)房

1 短波發(fā)射機(jī)房應(yīng)用衛(wèi)星授時系統(tǒng)的意義

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，短波發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)已進(jìn)入自動化、數(shù)字化、遠(yuǎn)程控制的時代。短波發(fā)射機(jī)房PowerTBH系統(tǒng)是工控機(jī)通過3個串口與電控邏輯小盒、保護(hù)邏輯小盒和自動調(diào)諧小盒通信，并實現(xiàn)對其檢測和控制。工控機(jī)通過運(yùn)行的“PowerTBH系統(tǒng)”軟件實現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的檢測和控制功能。目前，國家新聞出版廣電總局七二二臺發(fā)射機(jī)房PowerTBH系統(tǒng)運(yùn)行時間是與工控機(jī)系統(tǒng)時間同步，PowerTBH系統(tǒng)顯示時間為發(fā)射機(jī)的運(yùn)行時間表，即工控機(jī)的時間也就是發(fā)射機(jī)的運(yùn)行時間，而工控機(jī)的時間在運(yùn)行一段時間后就會產(chǎn)生時間差。產(chǎn)生時間差時都是在檢修時通過人工手動操作來授時的。人工授時存在一定的弊端，不能保證PowerTBH系統(tǒng)時間與北京時間同步，就存在PowerTBH系統(tǒng)時間工作一段時間后時間的準(zhǔn)確性問題。精確的時間是發(fā)射機(jī)房安全傳輸發(fā)射的前提條件，是發(fā)射機(jī)倒頻操作和天饋線自動倒換的同步基礎(chǔ)，是發(fā)射機(jī)房與節(jié)傳機(jī)房節(jié)目源傳輸?shù)臅r間基準(zhǔn)。所以說應(yīng)用GPS授時系統(tǒng)對短波發(fā)射機(jī)房自動化平臺的運(yùn)行具有重要的意義。

2 衛(wèi)星授時簡介

2.1 GPS衛(wèi)星授時

GPS（Global Position System）授時衛(wèi)星采用由20世紀(jì)70年代美國陸海空聯(lián)合研制的新一代全球定位系統(tǒng)，1994年全球覆蓋率高達(dá)98%，共有24顆衛(wèi)星分布在6個軌道平面上。衛(wèi)星的分布使全球不論在任何時間任何地點(diǎn)，地球上可見的衛(wèi)星數(shù)始終保持在4顆以上。

2.2 GLONASS衛(wèi)星授時

GLONASS衛(wèi)星授時采用GLONASS（Global Navigation Satellite System）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)目前在軌運(yùn)行的衛(wèi)星已達(dá)30顆。可為全球全天候、連續(xù)地提供高精度的三維位置、三維速度和時間信息。

2.3 北斗衛(wèi)星授時

北斗衛(wèi)星授時采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是由我國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段組成，可在全球范圍內(nèi)為用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航及授時服務(wù)。

2.4 授時時鐘

授時系統(tǒng)是一種接受授時衛(wèi)星發(fā)射的低功率無線電信號，獲取標(biāo)準(zhǔn)的時鐘信號，通過計算得出精確時間的接受裝置。

2.5 時鐘輸出

授時系統(tǒng)是以GPS、北斗衛(wèi)星等信號為時間基準(zhǔn)，可以同時跟蹤12顆衛(wèi)星，對時精度達(dá)0.1μS。授時系統(tǒng)接收到衛(wèi)星的信號，計算出自己的三維位置。在定位到精確位置后，授時系統(tǒng)只需要接收到1顆衛(wèi)星信號就能保證時鐘運(yùn)行的準(zhǔn)確性。衛(wèi)星授時系統(tǒng)得到正確的運(yùn)行時鐘后，將時鐘信息通過各個端口來傳輸給自動化需要時間的設(shè)備（PowerTBH系統(tǒng)、天饋線自動倒換系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)房控制桌時間監(jiān)控、發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)），這樣就可以讓短波發(fā)射機(jī)房整個系統(tǒng)時間準(zhǔn)確。

3 授時系統(tǒng)的特點(diǎn)

衛(wèi)星授時系統(tǒng)是針對短波發(fā)射機(jī)房PowerTBH系統(tǒng)、天饋線自動倒換系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)房控制桌時間監(jiān)控、發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行校時而搭建的授時系統(tǒng)，該系統(tǒng)可從GPS衛(wèi)星上獲取精準(zhǔn)的時間信號，實現(xiàn)短波發(fā)射機(jī)房整個系統(tǒng)時間的統(tǒng)一性及準(zhǔn)確性。

采用GPS、北斗衛(wèi)星等技術(shù)精確授時，實現(xiàn)多基準(zhǔn)冗余授時，能夠智能選擇GPS、北斗衛(wèi)星等信號，保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。

衛(wèi)星接收天線具有防雷電設(shè)計、運(yùn)行穩(wěn)定，具有超強(qiáng)的抗干擾能力，信號接收可靠性強(qiáng)。

系統(tǒng)內(nèi)部采用ARM嵌入式技術(shù)，通過高速芯片進(jìn)行控制，具有精度高、穩(wěn)定性好、無誤差、不受地域環(huán)境、氣候的影響。即使在衛(wèi)星信號異常的情況下，每天時鐘走時誤差也不超過0.6 ms。

機(jī)箱采用防磁處理機(jī)箱，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)面板有電源、秒脈沖、GPS、北斗信號輸入等多種狀態(tài)顯示，方便機(jī)房值班人員的日常巡視。

授時系統(tǒng)可接入監(jiān)控系統(tǒng)，在線監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。支持本地和遠(yuǎn)程控制，通過Web方式對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，了解設(shè)備的衛(wèi)星接收狀況、設(shè)備工作狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置等信息。

授時系統(tǒng)采用即插即用結(jié)構(gòu)設(shè)計，使用方便。為將來電臺智能化平臺建設(shè)其他信號的接入配置了各種對時信號接口。同時，還可以為電臺局域網(wǎng)系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、中控機(jī)房自動化系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫保存維護(hù)等系統(tǒng)提供精確標(biāo)準(zhǔn)的同步時間。

4 衛(wèi)星授時系統(tǒng)原理

衛(wèi)星授時系統(tǒng)是一個時間同步系統(tǒng)，是從授時衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)化時間。衛(wèi)星授時系統(tǒng)接收機(jī)是一臺擴(kuò)頻接收機(jī)，對于任何一臺接收機(jī)來講，必須和衛(wèi)星同步。衛(wèi)星和接收機(jī)的同步并不是通過衛(wèi)星直接給接收機(jī)發(fā)個數(shù)據(jù)包，接收機(jī)就能同步現(xiàn)在的時鐘這種方式來實現(xiàn)的。具體的同步方式是授時衛(wèi)星上有一臺非常準(zhǔn)確的原子鐘，所有的時間都是以此為準(zhǔn)，而接收機(jī)則是要讓本地的時鐘（晶振產(chǎn)生）與GPS衛(wèi)星的原子鐘同頻率同相位運(yùn)行起來。具體的方法分兩個步驟：載波的同步與擴(kuò)頻碼的同步。衛(wèi)星會向地面發(fā)送調(diào)制的擴(kuò)頻碼和載波信息。也就是說，從衛(wèi)星上發(fā)過來的信息要經(jīng)過兩次調(diào)制，第一次是擴(kuò)頻碼，然后經(jīng)過載波調(diào)制。接收機(jī)知道載波的形態(tài)，也知道擴(kuò)頻碼的形態(tài)，唯一缺少的是GPS衛(wèi)星的發(fā)送時間。接收機(jī)通過調(diào)整本地時鐘，通過解調(diào)把載波去掉，再調(diào)整擴(kuò)頻碼，通過調(diào)整找到擴(kuò)頻碼的起始位置，這時GPS衛(wèi)星和接收機(jī)的時鐘就可以實現(xiàn)同步。這個時候僅僅是把衛(wèi)星時間和接收機(jī)的時鐘同步起來了，或者說相對時間確定了，不會出現(xiàn)衛(wèi)星時鐘走得快，接收機(jī)的時鐘走得慢的情況。GPS衛(wèi)星什么時候發(fā)出的這條信息，就說明這條信息發(fā)出的時間與GPS衛(wèi)星在空間中的位置。接收機(jī)根據(jù)信息發(fā)出的時間，加上大概的傳輸時間（毫秒級），再一個誤差時間。就會將誤差時間計算出來。計算方法就是接收機(jī)會從幾個衛(wèi)星中收到信息，依靠同步后的碼相位與載波相位，一點(diǎn)點(diǎn)縮小誤差，最終達(dá)到與衛(wèi)星時間同步。

5 衛(wèi)星授時系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星授時系統(tǒng)由衛(wèi)星接收天線、微處理器單元、北斗模塊、GPS模塊、標(biāo)準(zhǔn)時間顯示單元、鍵盤顯示單元與串口擴(kuò)展單元等部分組成。

微處理單元通過串口與GPS、北斗授時通信。鍵盤顯示單元顯示定位衛(wèi)星數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)時間顯示單元為秒、分、時。衛(wèi)星授時系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)顯示時間通過接口與發(fā)射機(jī)房自動化平臺相互連接，通過自動化平臺將時鐘信息傳輸給自動化需要時間的設(shè)備（PowerTBH系統(tǒng)、天饋線自動倒換系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)房控制桌時間監(jiān)控、發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)）。

6 結(jié)語

發(fā)射機(jī)房各控制系統(tǒng)已不再是各自獨(dú)立的信息孤島，大量的實時數(shù)據(jù)需在不同地方打上時戳，然后送至SIS、MIS，用于各種應(yīng)用中。因此，在設(shè)計中應(yīng)仔細(xì)考慮各種系統(tǒng)的時鐘同步方案和需達(dá)到的時鐘同步精度。隨著網(wǎng)絡(luò)時鐘同步技術(shù)的不斷發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)讓系統(tǒng)各時鐘達(dá)到高精度的同步將變得十分平常。今后廣播電臺各系統(tǒng)的對時準(zhǔn)確性將大大提高。