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GNSS的授时与同步——国家重大基础设施安全保障的基石

发布时间:2020-10-15 15:08

几十年来,全球导航卫星系统(GNSS)一直用于授时同步(T&S)。特别是它强烈地参与了电信革命,特别是无线电革命,被视为该领域的颠覆性技术。

一、时间和同步与GNSS

时间是表征物质运动的物理量,也是到目前为止所有物理量、物理常数中测量精度最高的物理量。表征时间频率的信号可以通过电磁波传播,标准时间频率信号可以作为实用信息,如导航、定位、信息反演等的传递载体,直接服务于用户。授时就是将标准时间信号(信息)传递给用户,是时间同步应用的关键。时间戳指的是使用电子时间戳来提供一组事件之间的时间顺序,用户需要时间戳来标记事件的精确时间。

GNSS通过提供全球免费,且高度精准的时间和同步功能,为T&S用户提供独特服务。在授时方面,GNSS提供对UTC的直接和精准接入。在同步方面,可以使用GNSS参考时间建立和维护不同位置接收机之间的同步。


二、GNSS授时同步在行业中的应用

依赖GNSS进行T&S的应用领域很多,如:运输系统、水和废水系统、科学应用。但就GNSS设备出货量分析,目前T&S应用还主要集中在三大行业:电信、电力和金

融。

1. 在电信领域,如果没有GNSS,一些电信架构将永远不会被开发出来。若仅依靠原子钟,电信系统就会变得非常复杂和昂贵。当前GNSS技术的精度性能,与电信预期所需的性能相匹配。卫星通信通过地面站和卫星之间的信号传递,将信息送到目的地。包括民用和军用用户的数据和广播,移动和固定语音。GNSS接收机安装于卫星控制站和通信网关,GNSS信号用于频率控制和授时应用,精度约100纳秒。


2. 在电力传输中,GNSS授时用于对网络状态的测量和传输线路的故障定位监测。

GNSS用于该系统中设备数量监测和时间信息关键性设施。在数据采集与监视控制(SCADA)系统中,每2-5秒进行一次数据收集和比较,GNSS授时精度为秒级。PMU是利用GNSS秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元,部署在电力网络节点的远端位置,用于电力系统的动态监测、系统保护、系统分析和预测等领域。PMU级别的高精度和冗余,是实现电网自动保护,保障电网安全运行的必备条件。


三、GNSS授时和同步的应用前景

总体来说,未来对授时精度要求应不低于100纳秒。5G通信网对时钟源、承载网和基站的时间精度指标要求:端到端授时误差要求是+/-130纳秒;传输网络时间精度要求是+/-100纳秒;时间服务器时间精度要求是+/-30纳秒。另外,GNSS身份验证和可信赖性增强将促进其在电信中的应用。

标签:时间服务器授时精度授时服务器

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