北斗一號授時技術及在電力系統中的應用

一．引言

對于一個進入信息社會的現代化大國，導航定位和授時系統是最重要的，而且也是最關鍵的國家基礎設施之一。精密時間是科學研究、科學實驗和工程技術諸方面的基本物理參量。它為一切動力學系統和時序過程的測量和定量研究提供了必不可少的時基坐標。精密授時在以通信、電力、控制等工業領域和國防領域有著廣泛和重要的應用。現代武器實(試)驗、戰爭需要它保障，智能化交通運輸系統的建立和數字化地球的實現需要它支持。現代通信網和電力網建設也越來越增強了對精度時間和頻率的依賴。從建立一個現代化國家的大系統工程總體考慮，導航定位和授時系統應該說是基礎的基礎。它對整體社會的支撐幾乎是全方位的星基導航和授時是未發展的必然趨勢。

目前的衛星授時同步技術主要有美國的全球衛星導航系統GPS、俄羅斯的全球導航衛星系統GLONASS、中國的北斗一號導航定位系統和歐盟的伽利略全球導航定位系統Galileo,基于授時的安全考慮，現階段國內電力企業主要依賴全球衛星定位系統GPS時間同步技術，但GPS受美國限制，且GPS是免費使用，因此可靠性低，自主性差。為了滿足電力生產業務及管理業務等方面對時間的需求和安全需要，有必要對北斗一號授時時間同步技術進行研究和推廣應用。在本文中只介紹北斗授時技術及在電力系統的應用。

本文所指的時間同步是指網絡各個節點時鐘以及通過網絡連接的各個應用界面時鐘的時刻和時間間隔與協調世界時(UTC)同步。

二．北斗授時原理及特點

1．北斗一號授時原理

授時是指接收機通過某種方式獲得本地時間與北斗標準時間的鐘差，然后調整本地時鐘使時差控制在一定的精度范圍內。

衛星導航系統通常由三部分組成：導航授時衛星、地面檢測校正維護系統和用戶接收機。對于北斗一號局域衛星系統，地面檢測中心要幫助用戶一起完成定位授時同步。

在北斗導航系統中，授時用戶根據衛星的廣播或定位信息不斷的核準其時鐘鐘差，可以得到很高的時鐘精度；根據通播或導航電文的時序特征，通過計數器，可以得到高精度的同步秒脈沖1pps信號，用于同/異地多通道數據采集與控制的同步操作。

“北斗一號”為用戶機提供兩種授時方式：單向授時和雙向授時。單向授時的精度為100ns，雙向授時的精度為20ns。在單向授時模式下，用戶機不需要與地面中心站進行交互信息，只需接收北斗廣播電文信號，自主獲得本地時間與北斗標準時間的鐘差，實現時間同步；雙向授時模式下，用戶機與中心站進行交互信息，向中心站發射授時申請信號，由中心站來計算用戶機的時差，再通過出站信號經衛星轉發給用戶，用戶按此時間調整本地時鐘與標準時間信號對齊。