时间同步

时间同步 经调研，目前，国外做GPS最好的公司是美国天宝。Trimble导航公司成立于1978年，20多年来一直在GPS技术开发和实际应用方面处于行业领先地位。多年来Trimble公司一直致力于高精度连续运行基准站GPS设备的研制工作。 通过和天宝公司的北京代理郭先生联系，得知天宝的GPS授时精度最高也只能为15ns。如果要求更高的精度指标，只能通过或者算法来改进了。而针对具体协议的，目前天宝公司还没有提出，后面我们将进一步和天宝公司技术人员联系，研究改进时间同步精度的协议。 另外，我看到了一种方法叫卫星双向时间比对法（TWSTT），这种方法的同步精度可以达到几百ps（10^-10s），甚至更高。目前应用在国家授时中心的对时间要求极高的地方。 基本原理：设两个钟A和B分别在钟面时 和 互发时间信号，经过卫星转发后为对方所接收，则钟B经时延 后在钟面时 接收到钟A的时间信号，钟A经时延UW 后在钟面时 接收到钟B的时间信号，若A站将自己记录的接收时刻和传播时延给B站，则B站经计算可得到钟B相对于钟A的钟差，并由此来调整B站的时钟。基本原理如图1 图 1 TWSTT基本原理 影响TWSTT精度的主要因素可以分为三个部分：（1）设备时延误差；（2）传播路径时延误差；（3）卫星和地面站运动引起的误差。 表1 各误差源对TWSTT的影响 经过对比我们发现，在我们所要求的0.1ns精度量级，需要考虑的误差源主要有调制解调器误差、计数器误差、地面发射与接收设备误差和电离层延迟改正误差，其中，调制解调器和地面发射与接收设备时延需要更准确的测定，计数器的误差则可采用更高分辨率的计数器来减小。 普乐科技中国有限公司提供卫星双向比对设备并提供相应的方案，目前正在联系中。 关于卫星双向比对设备还有以下几个问题： (1) 这种设备目前还未了解到能否应用在传感器节点上 (2) 设备的成本是否太高 另外我们机电院的导师周渭老师在时间频率方面也有研究，我们可以和周老师在一些问题上进行探讨。 实现时间同步可能有很多种方法。一种办法是采用非常准确而稳定的时钟，在同一个地点对钟，然后把它们拿到不同的位置使用。假定时钟的稳定性为10^-13，在对钟后的10000s之内，可以得到的时间同步的精度将优于1ns。另一种办法是采用子母钟，整个系统实际上使用一个母时钟，采用通信的手段将时间发至每一个使用位置，扣除信号传输可能需要的时间，对多个子时钟同步。这样，如果母时钟每秒钟发一个同步信号，子时钟的稳定性为10^-9，将使系统的时间同步精度达到1ns。在这里，母时钟显然可以放在系统内的任何位置上，包括其中某一个接收设备。在同步的过程中，需要扣除信号在系统内不同位置之间传输所需要的时间。这可以通过测量这些不同点之间的距离来推算，如果距离的误差为30cm，由此造成的时间同步误差已达到1ns。在时间差测量精度很高的场合，消除这个误差的基本办法是让信号在两个位置之间传一个来回。假设母时钟所在的设备A发送一个标准信号给B，B所处理并转发的延时为 ，设备A接收到返回的信号后，发现总的时间间隔为 ，于是，设备A可以计算出信号由A到B消耗在单程的传输路径上的时间为： （4.1） 以后母时钟由A向B真正发送同步时间时，将提前 那么多时间，于是B将得到准确的时间同步。采用这样的处理过程得到优于1ns的时间同步远比得到优于30cm的位置精度容易得多。工程中有一种在概念上与之相同的时间同步办法，那就是利用GPS定位系统，在很多商用的含时间的GPS接收机在同时接收到4个或更多个GPS卫星的信号时，就可以给出每毫秒一点的同步信号，其时间同步精度优于100ns，在满足某些其他条件时，时间同步的精度也可以优于1ns _1340732524.unknown _1340736694.xls Sheet1 误差源 影响量级/PS TWSTT精度量级 1ns 0.1ns 10ps 设备 时延 误差 调制解调器 30~100 可忽略 不可忽略 不可忽略 计数器 100 可忽略 不可忽略 不可忽略 地面发射和接收设备 200~500 可忽略 不可忽略 不可忽略 卫星转发器 80 可忽略 可忽略 不可忽略 路径延 迟误差 电离层延迟 37.5 可忽略 可忽略 不可忽略 对流层延迟 0 可忽略 可忽略 可忽略 卫星和地 面站运动 误差 两站到卫星距离300km 30 可忽略 可忽略 不可忽略 两站时间不同步(1微秒) 0.03 可忽略 可忽略 可忽略 卫星位置误差7km 50 可忽略 可忽略 不可忽略 地面站位置误差10m 1 可忽略 可忽略 可忽略 Sheet2 Sheet3 _1340806408.unknown _1340806431.unknown _1340806537.unknown _1340806387.unknown _1340732640.unknown _1340733343.vsd � � 卫星S _1340732576.unknown _1340732425.unknown _1340732460.unknown _1340732411.unknown