一種基于ＧＰＳ的校時系統

摘 要：為了實現車站到發通告系統中主站時間的高精度校正，介紹了一種基于GPS的時間校正系統。在分析了GPS系統的特點及其時間同步原理的基礎上，采用GPS接收模塊GSU-36AF設計了硬件電路，并給出了軟件實現及其工作過程。實驗結果表明，GPS校時系統工作正常、性能穩定，能夠提供精確的時間，具有良好的應用前景。

關鍵詞：校時；GPS；GSU-36AF；高精度

Time Correcting System Based on GPS

WANG Jiupeng，SHANG Chunyang

(Institute of Information and Electromechanical，Xi′an Jiaotong University，Xi′an，710049，china)

Abstract：In order to correct time precisely in announcement system of station，a time correcting system based on GPS is introduced.The characteristics of GPS and principle of time synchronization are analysed，GSU-36AF module is used to design hardware circuit，software implementation and work process are also given.The experimental results indicate that the time correcting system based on GPS works well with stable performance and has a promising application prospect in providing precise time data.

Keywords：time correcting;GPS;GSU-36AF;high precision

隨著列車速度地不斷提高，行車間隔越來越短，對列車的監測和調度提出了更高的要求。為了保證火車站系統時間的一致性，需要定時對到發通告系統中主站計算機終端時間進行校正。使用GPS的校時系統具有安裝方便、成本低廉、精度高的特點，是一種理想的實現方式。

1 到發通告系統

1.1 到發通告系統介紹

到發通告系統僅是火車站信息化系統中的一部分，其他它主要在車站原有基本信息系統的基礎上完成對車次到發自動顯示和其他相關系統的整合統一，以達到資源共享，真正實現車站的自動化辦公。因為到發通告系統主要針對列車的運行狀態以及列車的早晚點等業務進行處理，所以必須保證各個安裝點的終端時間一致。

1.2 系統總體結構

系統主要安裝在車站原有的硬件設備點和各個獨立系統的安裝點處，圖1給出了各個物理模塊的具體關系。

1.3 系統工作流程

信號樓中的通訊程序首先取得站場數據，進行協議解析、整理，并將數據存入網絡中心的數據庫服務器中，然后通知各終端，同時網絡中心的GPS校時模塊亦會將其時間數據通過廣播形式發送到各個終端，對終端進行時間校準。信號樓到發通告采集與控制軟件根據實時站場數據，分析出列車到站發車狀態，完成列車自動接發車，以及列車早晚點、股道站臺更改等功能；同時在信號樓的站場圖顯示LED大屏上實時顯示站場情況；各終端接收到有新數據到達的消息后，查詢數據庫最新數據，在到發通告終端軟件界面和站場圖顯示軟件界面上顯示列車的最新到發信息；而進站口，出站口和候車室的各個LED指示牌在接收到新數據到達消息后都會予以顯示；同時會有語音提示列車的最新到發信息^［1］。

2 GPS系統

[BT3]2.1 GPS簡介

GPS(Global Positioning System，全球定位系統)是上世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的以衛星為基礎的無線電導航定位系統，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間，被廣泛應用在動態的導航定位、靜態的測繪定位、精密的定時和時間同步等領域。

[BT3]2.2 GPS系統組成

GPS系統主要由三部分組成^［2］，即空間部分、地面控制部分和用戶部分。其相應的功能如下:

(1) 空間部分：由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成，基本功能是接收由地面監控站發來的導航信息和控制指令，并進行相應的數據處理，通過星載的高精度銫鐘和銣鐘提供精密的時間標準，向用戶發送定位信息，在地面監控站的指令下，通過推進器調整衛星的姿態和啟用備用衛星。

(2) 地面控制部分：負責監控GPS系統的工作，測量和計算每顆衛星的星歷，編輯成電文發送給衛星，然后由衛星實時地播送給用戶。控制部分包括1個主控站、5個監控站和3個注入站。主控站負責收集各監控站送來的跟蹤數據，計算衛星的軌道和鐘差參數并發送至各注入站。監控站裝配有P碼接收機和精密時鐘，對所接收的衛星進行連續的P碼偽距跟蹤測量，并將間隔為1.5 s的觀測結果采用平滑的方法，每隔15 min將獲得的結果數據傳送至主控站。注入站主要的功能是將主控站發送來的衛星星歷和鐘差信息，每天一次地注入到衛星的存儲器中。

(3) 用戶部分：用戶部分即GPS接收機，其結構分為天線單元和接收單元兩大部分:天線單元由接收天線和前置放大器組成，要求具有高增益、低噪聲系數、大的動態范圍；接收單元包括:通道部分，接收來自天線單元的信號、經過處理實現對GPS信號的跟蹤、鎖定、測量，提供計算位置的數據信息；計算和顯示部分，工作開始時進行自檢、根據采集的星歷數據和偽距測量計算接收機的三維坐標和速度、進行人機對話，輸入觀測參數及其他指令；存儲部分用于存儲輸入的各種數據。