衛星授時系統在短波發射機房的應用

蔚長征

（作者單位：國家新聞出版廣電總局七二二臺）

衛星授時系統在短波發射機房的應用

蔚長征

（作者單位：國家新聞出版廣電總局七二二臺）

短波發射機房中，精確標準的時間占據重要位置，是安全傳輸發射工作的前提條件。本系統從授時衛星上獲取標準的時間信號，將時間信息通過接口傳輸到PowerTBH系統，對PowerTBH系統進行時間校準，實現發射機房時間同步。衛星授時系統應用于發射機房自動化平臺，確保發射機優質零秒播出，實現發射機房有人留守、無人值班，為建設智能化、自動化電臺提供前提條件。

衛星授時；自動化；短波發射機房

1 短波發射機房應用衛星授時系統的意義

隨著計算機網絡、自動化技術的飛速發展，短波發射機控制系統已進入自動化、數字化、遠程控制的時代。短波發射機房PowerTBH系統是工控機通過3個串口與電控邏輯小盒、保護邏輯小盒和自動調諧小盒通信，并實現對其檢測和控制。工控機通過運行的“PowerTBH系統”軟件實現對發射機的檢測和控制功能。目前，國家新聞出版廣電總局七二二臺發射機房PowerTBH系統運行時間是與工控機系統時間同步，PowerTBH系統顯示時間為發射機的運行時間表，即工控機的時間也就是發射機的運行時間，而工控機的時間在運行一段時間后就會產生時間差。產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系統時間與北京時間同步，就存在PowerTBH系統時間工作一段時間后時間的準確性問題。精確的時間是發射機房安全傳輸發射的前提條件，是發射機倒頻操作和天饋線自動倒換的同步基礎，是發射機房與節傳機房節目源傳輸的時間基準。所以說應用GPS授時系統對短波發射機房自動化平臺的運行具有重要的意義。

2 衛星授時簡介

2.1 GPS衛星授時

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

2.2 GLONASS衛星授時

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

2.3 北斗衛星授時

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

2.4 授時時鐘

授時系統是一種接受授時衛星發射的低功率無線電信號，獲取標準的時鐘信號，通過計算得出精確時間的接受裝置。

2.5 時鐘輸出

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

3 授時系統的特點

衛星授時系統是針對短波發射機房PowerTBH系統、天饋線自動倒換系統、發射機房控制桌時間監控、發射機控制系統進行校時而搭建的授時系統，該系統可從GPS衛星上獲取精準的時間信號，實現短波發射機房整個系統時間的統一性及準確性。

采用GPS、北斗衛星等技術精確授時，實現多基準冗余授時，能夠智能選擇GPS、北斗衛星等信號，保證系統安全可靠的運行。

衛星接收天線具有防雷電設計、運行穩定，具有超強的抗干擾能力，信號接收可靠性強。

系統內部采用ARM嵌入式技術，通過高速芯片進行控制，具有精度高、穩定性好、無誤差、不受地域環境、氣候的影響。即使在衛星信號異常的情況下，每天時鐘走時誤差也不超過0.6 ms。

機箱采用防磁處理機箱，抗干擾能力強，系統面板有電源、秒脈沖、GPS、北斗信號輸入等多種狀態顯示，方便機房值班人員的日常巡視。

授時系統可接入監控系統，在線監控系統的運行情況。支持本地和遠程控制，通過Web方式對系統進行遠程監控，了解設備的衛星接收狀況、設備工作狀態、參數設置等信息。

授時系統采用即插即用結構設計，使用方便。為將來電臺智能化平臺建設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系統、變電站自動化系統、中控機房自動化系統以及數據庫保存維護等系統提供精確標準的同步時間。

4 衛星授時系統原理

衛星授時系統是一個時間同步系統，是從授時衛星上獲取標準化時間。衛星授時系統接收機是一臺擴頻接收機，對于任何一臺接收機來講，必須和衛星同步。衛星和接收機的同步并不是通過衛星直接給接收機發個數據包，接收機就能同步現在的時鐘這種方式來實現的。具體的同步方式是授時衛星上有一臺非常準確的原子鐘，所有的時間都是以此為準，而接收機則是要讓本地的時鐘（晶振產生）與GPS衛星的原子鐘同頻率同相位運行起來。具體的方法分兩個步驟：載波的同步與擴頻碼的同步。衛星會向地面發送調制的擴頻碼和載波信息。也就是說，從衛星上發過來的信息要經過兩次調制，第一次是擴頻碼，然后經過載波調制。接收機知道載波的形態，也知道擴頻碼的形態，唯一缺少的是GPS衛星的發送時間。接收機通過調整本地時鐘，通過解調把載波去掉，再調整擴頻碼，通過調整找到擴頻碼的起始位置，這時GPS衛星和接收機的時鐘就可以實現同步。這個時候僅僅是把衛星時間和接收機的時鐘同步起來了，或者說相對時間確定了，不會出現衛星時鐘走得快，接收機的時鐘走得慢的情況。GPS衛星什么時候發出的這條信息，就說明這條信息發出的時間與GPS衛星在空間中的位置。接收機根據信息發出的時間，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會從幾個衛星中收到信息，依靠同步后的碼相位與載波相位，一點點縮小誤差，最終達到與衛星時間同步。

5 衛星授時系統的組成

衛星授時系統由衛星接收天線、微處理器單元、北斗模塊、GPS模塊、標準時間顯示單元、鍵盤顯示單元與串口擴展單元等部分組成。

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星數，標準時間顯示單元為秒、分、時。衛星授時系統將標準顯示時間通過接口與發射機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備（PowerTBH系統、天饋線自動倒換系統、發射機房控制桌時間監控、發射機控制系統）。

6 結語

發射機房各控制系統已不再是各自獨立的信息孤島，大量的實時數據需在不同地方打上時戳，然后送至SIS、MIS，用于各種應用中。因此，在設計中應仔細考慮各種系統的時鐘同步方案和需達到的時鐘同步精度。隨著網絡時鐘同步技術的不斷發展，通過網絡讓系統各時鐘達到高精度的同步將變得十分平常。今后廣播電臺各系統的對時準確性將大大提高。