卫星授时系统在短波发射机房的应用

蔚长征

（作者单位：国家新闻出版广电总局七二二台）

卫星授时系统在短波发射机房的应用

蔚长征

（作者单位：国家新闻出版广电总局七二二台）

短波发射机房中，精确标准的时间占据重要位置，是安全传输发射工作的前提条件。本系统从授时卫星上获取标准的时间信号，将时间信息通过接口传输到PowerTBH系统，对PowerTBH系统进行时间校准，实现发射机房时间同步。卫星授时系统应用于发射机房自动化平台，确保发射机优质零秒播出，实现发射机房有人留守、无人值班，为建设智能化、自动化电台提供前提条件。

卫星授时；自动化；短波发射机房

1 短波发射机房应用卫星授时系统的意义

随着计算机网络、自动化技术的飞速发展，短波发射机控制系统已进入自动化、数字化、远程控制的时代。短波发射机房PowerTBH系统是工控机通过3个串口与电控逻辑小盒、保护逻辑小盒和自动调谐小盒通信，并实现对其检测和控制。工控机通过运行的“PowerTBH系统”软件实现对发射机的检测和控制功能。目前，国家新闻出版广电总局七二二台发射机房PowerTBH系统运行时间是与工控机系统时间同步，PowerTBH系统显示时间为发射机的运行时间表，即工控机的时间也就是发射机的运行时间，而工控机的时间在运行一段时间后就会产生时间差。产生时间差时都是在检修时通过人工手动操作来授时的。人工授时存在一定的弊端，不能保证PowerTBH系统时间与北京时间同步，就存在PowerTBH系统时间工作一段时间后时间的准确性问题。精确的时间是发射机房安全传输发射的前提条件，是发射机倒频操作和天馈线自动倒换的同步基础，是发射机房与节传机房节目源传输的时间基准。所以说应用GPS授时系统对短波发射机房自动化平台的运行具有重要的意义。

2 卫星授时简介

2.1 GPS卫星授时

GPS（Global Position System）授时卫星采用由20世纪70年代美国陆海空联合研制的新一代全球定位系统，1994年全球覆盖率高达98%，共有24颗卫星分布在6个轨道平面上。卫星的分布使全球不论在任何时间任何地点，地球上可见的卫星数始终保持在4颗以上。

2.2 GLONASS卫星授时

GLONASS卫星授时采用GLONASS（Global Navigation Satellite System）卫星导航定位系统。GLONASS导航系统目前在轨运行的卫星已达30颗。可为全球全天候、连续地提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息。

2.3 北斗卫星授时

北斗卫星授时采用北斗卫星导航系统，是由我国自行研制的全球卫星导航定位系统，是继美国GPS、俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航定位系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段组成，可在全球范围内为用户提供高精度、高可靠定位、导航及授时服务。

2.4 授时时钟

授时系统是一种接受授时卫星发射的低功率无线电信号，获取标准的时钟信号，通过计算得出精确时间的接受装置。

2.5 时钟输出

授时系统是以GPS、北斗卫星等信号为时间基准，可以同时跟踪12颗卫星，对时精度达0.1μS。授时系统接收到卫星的信号，计算出自己的三维位置。在定位到精确位置后，授时系统只需要接收到1颗卫星信号就能保证时钟运行的准确性。卫星授时系统得到正确的运行时钟后，将时钟信息通过各个端口来传输给自动化需要时间的设备（PowerTBH系统、天馈线自动倒换系统、发射机房控制桌时间监控、发射机控制系统），这样就可以让短波发射机房整个系统时间准确。

3 授时系统的特点

卫星授时系统是针对短波发射机房PowerTBH系统、天馈线自动倒换系统、发射机房控制桌时间监控、发射机控制系统进行校时而搭建的授时系统，该系统可从GPS卫星上获取精准的时间信号，实现短波发射机房整个系统时间的统一性及准确性。

采用GPS、北斗卫星等技术精确授时，实现多基准冗余授时，能够智能选择GPS、北斗卫星等信号，保证系统安全可靠的运行。

卫星接收天线具有防雷电设计、运行稳定，具有超强的抗干扰能力，信号接收可靠性强。

系统内部采用ARM嵌入式技术，通过高速芯片进行控制，具有精度高、稳定性好、无误差、不受地域环境、气候的影响。即使在卫星信号异常的情况下，每天时钟走时误差也不超过0.6 ms。

机箱采用防磁处理机箱，抗干扰能力强，系统面板有电源、秒脉冲、GPS、北斗信号输入等多种状态显示，方便机房值班人员的日常巡视。

授时系统可接入监控系统，在线监控系统的运行情况。支持本地和远程控制，通过Web方式对系统进行远程监控，了解设备的卫星接收状况、设备工作状态、参数设置等信息。

授时系统采用即插即用结构设计，使用方便。为将来电台智能化平台建设其他信号的接入配置了各种对时信号接口。同时，还可以为电台局域网系统、变电站自动化系统、中控机房自动化系统以及数据库保存维护等系统提供精确标准的同步时间。

4 卫星授时系统原理

卫星授时系统是一个时间同步系统，是从授时卫星上获取标准化时间。卫星授时系统接收机是一台扩频接收机，对于任何一台接收机来讲，必须和卫星同步。卫星和接收机的同步并不是通过卫星直接给接收机发个数据包，接收机就能同步现在的时钟这种方式来实现的。具体的同步方式是授时卫星上有一台非常准确的原子钟，所有的时间都是以此为准，而接收机则是要让本地的时钟（晶振产生）与GPS卫星的原子钟同频率同相位运行起来。具体的方法分两个步骤：载波的同步与扩频码的同步。卫星会向地面发送调制的扩频码和载波信息。也就是说，从卫星上发过来的信息要经过两次调制，第一次是扩频码，然后经过载波调制。接收机知道载波的形态，也知道扩频码的形态，唯一缺少的是GPS卫星的发送时间。接收机通过调整本地时钟，通过解调把载波去掉，再调整扩频码，通过调整找到扩频码的起始位置，这时GPS卫星和接收机的时钟就可以实现同步。这个时候仅仅是把卫星时间和接收机的时钟同步起来了，或者说相对时间确定了，不会出现卫星时钟走得快，接收机的时钟走得慢的情况。GPS卫星什么时候发出的这条信息，就说明这条信息发出的时间与GPS卫星在空间中的位置。接收机根据信息发出的时间，加上大概的传输时间（毫秒级），再一个误差时间。就会将误差时间计算出来。计算方法就是接收机会从几个卫星中收到信息，依靠同步后的码相位与载波相位，一点点缩小误差，最终达到与卫星时间同步。

5 卫星授时系统的组成

卫星授时系统由卫星接收天线、微处理器单元、北斗模块、GPS模块、标准时间显示单元、键盘显示单元与串口扩展单元等部分组成。

微处理单元通过串口与GPS、北斗授时通信。键盘显示单元显示定位卫星数，标准时间显示单元为秒、分、时。卫星授时系统将标准显示时间通过接口与发射机房自动化平台相互连接，通过自动化平台将时钟信息传输给自动化需要时间的设备（PowerTBH系统、天馈线自动倒换系统、发射机房控制桌时间监控、发射机控制系统）。

6 结语

发射机房各控制系统已不再是各自独立的信息孤岛，大量的实时数据需在不同地方打上时戳，然后送至SIS、MIS，用于各种应用中。因此，在设计中应仔细考虑各种系统的时钟同步方案和需达到的时钟同步精度。随着网络时钟同步技术的不断发展，通过网络让系统各时钟达到高精度的同步将变得十分平常。今后广播电台各系统的对时准确性将大大提高。