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衛星同步時鐘授時方式匯總

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發表時間:2020-04-17 18:16作者:同步天下來源:原創

GPS北斗衛星同步時鐘在金融、國防、電力、通信等系統的諸多領域中得到了廣泛的應用,而衛星同步時鐘的利用方式也不盡相同。主要包括IRIG-B碼、網絡時間協議NTP、IEEE1588ptp等同步方式。本文將同步時鐘常用授時方式進行匯總。

1、IRIG-B碼

IRIG-B碼是美國靶場司令委員會制定的一種時間標準,廣泛應用于軍事、商業、工業等諸多領域。IRIG碼共有4鐘并行二進制時間碼格式和6種串行二進制時間碼格式,其中最常用的是IRIG-B時間碼格式,其以每秒1次的頻率發送包括日、時、分、秒等在內的時間信息。

B碼對時攜帶信息量大、對時分辨率高、接口國際標準化,在各個系統對時中得到了廣泛應用,并成為許多電力、軍方項目目前采用的主流對時信號類型。

IRIG-B(DC)碼

IRIG-B(DC)碼輸出技術要求:

每秒1幀,包含100個碼元,每個碼元10ms;

脈沖上升時間:≤100ns;

抖動時間:≤200ns

秒準時沿的時間準確度:優于1us

接口類型:TTL電平、RS-422、RS-485或光纖

采用IRIG-B(AC)碼

(2)IRIG-B(AC)碼

IRIG-B(AC)碼輸出的技術要求:

載波頻率:1khz

頻率抖動:≤載波頻率的1%

信號幅值(峰峰值):高峰值為3-12V可調,典型值為10V

秒秒準時沿的時間準確度:優于20us

2、網絡時間協議

網絡時間協議是用于互聯網中時間同步的標準互聯網協議。NTP定義了相應的報文類型、報文格式,通過互聯網將計算機的時間同步到某一個標準時間。

因NTP設計時充分考慮了互聯網上時間同步的復雜性,所以NTP提供的對時機制嚴格、有效、實用。可適用于在各種規模、速度和連接通路情況的互聯網環境下工作。NTP以GPS時間代碼傳送的時間信息為參考標準,采用了Clinet/Server結構。NTP不僅可以校準當前的時間,而且可以持續跟蹤時間的變化,能夠進行自動調節,即使網絡發生故障,也能維持時間的穩定。NTP產生的網絡開銷甚少,并具有保證網絡安全的應對措施。這幾點使得NTP可以在互聯網上獲取可靠和精準的時間同步,并使NTP稱為互聯網上公認的時間同步工具。

通常,NTP提供的時間在局域網上為亞毫秒級別或者更高,一般提0.5到10ms(典型值1ms)。在廣域網上則為10-50ms。在專用的時間服務器上,則精準度更高。


NTP和SNTP

NTP協議為了保證高度的精準性,需要很復雜的算法,但是在實際的應用中,秒級精確度就夠用了。這種情況下SNTP協議出現了。通過簡化原來的訪問協議,在保證一定的精確度的前提下,使得對網絡時間的開發和應用變得容易。SNTP主要對NTP協議涉及有關訪問安全、服務器自動遷移部分進行了縮減。

3、精確時間同步協議(PTP)

精確時間同步協議是一種對標準以太網終端設備進行時間和頻率同步的協議,也稱之為ieee1588,簡稱1588。1588分為v1和v2兩個版本。1588v1只能達到亞毫秒級的時間同步精度,而1588v2可以達到亞微妙級的時間同步精度。1588v2被定義為時間同步的協議,本來只是用于設備之間的高精度時間同步,隨著技術的發展,1588v2也具備頻率同步的功能。目前1588v2基本已經取代了1588v1。以下我們提的ptp即表示1588v2。

IEEE1588的基本思想是通過硬件和軟件將網口設備的內時鐘與主控機的主時鐘實現同步,提供亞微妙級的同步精度,與未執行PTP協議的以太網毫秒級的延遲相比,整個網絡的時間同步性能有顯著的改善。


IEEE1588標準定義了一個在測量和控制系統中實現高精度時間同步的協議,PTP協議集成了網絡通信、分布式對象和本地計算等多項技術,適用于所有通過支持多播的局域網進行通信的分布式系統,適合于以太網,但并不局限于以太網。

PTP在實際的應用中是需要硬件支持,主從搭配起來使用。在ptp域中時鐘主從關系是相對而言的,對于相互同步的一對時鐘節點來說,存在如下的主從關系:

發布同步時間的節點稱為主節點,而接收同步時間的節點則稱為從節點;

主節點上的時鐘稱為主時鐘,而從節點上的時鐘則稱為從時鐘;

發布同步時間的端口稱為主端口,而接收同步時間的端口則稱為從端口

最優時鐘算法

在多層級的PTP域中通過各時鐘節點間PTP協議報文的交互,通過各種算法比較選出最優主時鐘。這個最優主時鐘的時間稱為時鐘源被同步到整個PTP域中。

4、TOD+1PPS

  TOD即為時間信息,是一種串行時間接口協議簡稱,一般采用串行RS232/422進行通信,用戶有各自的通信協議,一般只要通信協議里面含有年月日時分秒等信息就可以稱之為TOD,有的包含的語句稍微多一點,還包括星期、設備狀態等。

1PPS一般和TOD配合使用,1pps即為一秒一個脈沖的意思,就是叫做秒脈沖。   

我們公司一般采用的TOD語句極為簡單,只有八個字節,包含幀頭,幀尾,年月日時分秒等信息,每秒發送一次。輸出1PPS+TOD語句的相關設備推薦有SYN2306型串口時間服務器和SYN2306C型接收機。

目前市面上見得最多的TOD語句是中國移動起草的協議,格式比較復雜,具體內容可參考中移動的相關規范。

電力時鐘上常用的TOD語句包括RMC、ZDA以及ST語句。

5、脈沖信號

脈沖對時是指時間同步系統每隔一定的時間間隔輸出一個精確的具有一定脈寬的同步脈沖,被授時設備在接收到同步脈沖信號后進行對時,以消除裝置內部時鐘的走時誤差。

脈沖信號有PPS、PPM、PPH或PPD等,在整秒、整分、整時的時候,信號作用于被授時設備的時鐘清零,實現時間同步;其輸出接口有TTL電平、靜態空接點、RS-422、RS-485和光纖等。

以上五種方式是衛星同步時鐘常用授時方式,大家可以結合實際項目需求選擇其中一種或某幾種組合來完成授時。

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