蔚長征
(作者單位:國家新聞出版廣電總局七二二臺)
衛(wèi)星授時系統(tǒng)在短波發(fā)射機房的應(yīng)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(fā)射機房中,精確標準的時間占據(jù)重要位置,是安全傳輸發(fā)射工作的前提條件。本系統(tǒng)從授時衛(wèi)星上獲取標準的時間信號,將時間信息通過接口傳輸?shù)絇owerTBH系統(tǒng),對PowerTBH系統(tǒng)進行時間校準,實現(xiàn)發(fā)射機房時間同步。衛(wèi)星授時系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)射機房自動化平臺,確保發(fā)射機優(yōu)質(zhì)零秒播出,實現(xiàn)發(fā)射機房有人留守、無人值班,為建設(shè)智能化、自動化電臺提供前提條件。
衛(wèi)星授時;自動化;短波發(fā)射機房
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、自動化技術(shù)的飛速發(fā)展,短波發(fā)射機控制系統(tǒng)已進入自動化、數(shù)字化、遠程控制的時代。短波發(fā)射機房PowerTBH系統(tǒng)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(diào)諧小盒通信,并實現(xiàn)對其檢測和控制。工控機通過運行的“PowerTBH系統(tǒng)”軟件實現(xiàn)對發(fā)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(fā)射機房PowerTBH系統(tǒng)運行時間是與工控機系統(tǒng)時間同步,PowerTBH系統(tǒng)顯示時間為發(fā)射機的運行時間表,即工控機的時間也就是發(fā)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(chǎn)生時間差。產(chǎn)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(tǒng)時間與北京時間同步,就存在PowerTBH系統(tǒng)時間工作一段時間后時間的準確性問題。精確的時間是發(fā)射機房安全傳輸發(fā)射的前提條件,是發(fā)射機倒頻操作和天饋線自動倒換的同步基礎(chǔ),是發(fā)射機房與節(jié)傳機房節(jié)目源傳輸?shù)臅r間基準。所以說應(yīng)用GPS授時系統(tǒng)對短波發(fā)射機房自動化平臺的運行具有重要的意義。
2.1 GPS衛(wèi)星授時
GPS(Global Position System)授時衛(wèi)星采用由20世紀70年代美國陸??章?lián)合研制的新一代全球定位系統(tǒng),1994年全球覆蓋率高達98%,共有24顆衛(wèi)星分布在6個軌道平面上。衛(wèi)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(wèi)星數(shù)始終保持在4顆以上。
2.2 GLONASS衛(wèi)星授時
GLONASS衛(wèi)星授時采用GLONASS(Global Navigation Satellite System)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)目前在軌運行的衛(wèi)星已達30顆??蔀槿蛉旌?、連續(xù)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(wèi)星授時
北斗衛(wèi)星授時采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是由我國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),是繼美國GPS、俄羅斯GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段組成,可在全球范圍內(nèi)為用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航及授時服務(wù)。
2.4 授時時鐘
授時系統(tǒng)是一種接受授時衛(wèi)星發(fā)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(tǒng)是以GPS、北斗衛(wèi)星等信號為時間基準,可以同時跟蹤12顆衛(wèi)星,對時精度達0.1μS。授時系統(tǒng)接收到衛(wèi)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(tǒng)只需要接收到1顆衛(wèi)星信號就能保證時鐘運行的準確性。衛(wèi)星授時系統(tǒng)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(shè)備(PowerTBH系統(tǒng)、天饋線自動倒換系統(tǒng)、發(fā)射機房控制桌時間監(jiān)控、發(fā)射機控制系統(tǒng)),這樣就可以讓短波發(fā)射機房整個系統(tǒng)時間準確。
衛(wèi)星授時系統(tǒng)是針對短波發(fā)射機房PowerTBH系統(tǒng)、天饋線自動倒換系統(tǒng)、發(fā)射機房控制桌時間監(jiān)控、發(fā)射機控制系統(tǒng)進行校時而搭建的授時系統(tǒng),該系統(tǒng)可從GPS衛(wèi)星上獲取精準的時間信號,實現(xiàn)短波發(fā)射機房整個系統(tǒng)時間的統(tǒng)一性及準確性。
采用GPS、北斗衛(wèi)星等技術(shù)精確授時,實現(xiàn)多基準冗余授時,能夠智能選擇GPS、北斗衛(wèi)星等信號,保證系統(tǒng)安全可靠的運行。
衛(wèi)星接收天線具有防雷電設(shè)計、運行穩(wěn)定,具有超強的抗干擾能力,信號接收可靠性強。
系統(tǒng)內(nèi)部采用ARM嵌入式技術(shù),通過高速芯片進行控制,具有精度高、穩(wěn)定性好、無誤差、不受地域環(huán)境、氣候的影響。即使在衛(wèi)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(tǒng)面板有電源、秒脈沖、GPS、北斗信號輸入等多種狀態(tài)顯示,方便機房值班人員的日常巡視。
授時系統(tǒng)可接入監(jiān)控系統(tǒng),在線監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況。支持本地和遠程控制,通過Web方式對系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控,了解設(shè)備的衛(wèi)星接收狀況、設(shè)備工作狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置等信息。
授時系統(tǒng)采用即插即用結(jié)構(gòu)設(shè)計,使用方便。為將來電臺智能化平臺建設(shè)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(wǎng)系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、中控機房自動化系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫保存維護等系統(tǒng)提供精確標準的同步時間。
衛(wèi)星授時系統(tǒng)是一個時間同步系統(tǒng),是從授時衛(wèi)星上獲取標準化時間。衛(wèi)星授時系統(tǒng)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(wèi)星同步。衛(wèi)星和接收機的同步并不是通過衛(wèi)星直接給接收機發(fā)個數(shù)據(jù)包,接收機就能同步現(xiàn)在的時鐘這種方式來實現(xiàn)的。具體的同步方式是授時衛(wèi)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(chǎn)生)與GPS衛(wèi)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(wèi)星會向地面發(fā)送調(diào)制的擴頻碼和載波信息。也就是說,從衛(wèi)星上發(fā)過來的信息要經(jīng)過兩次調(diào)制,第一次是擴頻碼,然后經(jīng)過載波調(diào)制。接收機知道載波的形態(tài),也知道擴頻碼的形態(tài),唯一缺少的是GPS衛(wèi)星的發(fā)送時間。接收機通過調(diào)整本地時鐘,通過解調(diào)把載波去掉,再調(diào)整擴頻碼,通過調(diào)整找到擴頻碼的起始位置,這時GPS衛(wèi)星和接收機的時鐘就可以實現(xiàn)同步。這個時候僅僅是把衛(wèi)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(xiàn)衛(wèi)星時鐘走得快,接收機的時鐘走得慢的情況。GPS衛(wèi)星什么時候發(fā)出的這條信息,就說明這條信息發(fā)出的時間與GPS衛(wèi)星在空間中的位置。接收機根據(jù)信息發(fā)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(wèi)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(wèi)星時間同步。
衛(wèi)星授時系統(tǒng)由衛(wèi)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(wèi)星數(shù),標準時間顯示單元為秒、分、時。衛(wèi)星授時系統(tǒng)將標準顯示時間通過接口與發(fā)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(shè)備(PowerTBH系統(tǒng)、天饋線自動倒換系統(tǒng)、發(fā)射機房控制桌時間監(jiān)控、發(fā)射機控制系統(tǒng))。
發(fā)射機房各控制系統(tǒng)已不再是各自獨立的信息孤島,大量的實時數(shù)據(jù)需在不同地方打上時戳,然后送至SIS、MIS,用于各種應(yīng)用中。因此,在設(shè)計中應(yīng)仔細考慮各種系統(tǒng)的時鐘同步方案和需達到的時鐘同步精度。隨著網(wǎng)絡(luò)時鐘同步技術(shù)的不斷發(fā)展,通過網(wǎng)絡(luò)讓系統(tǒng)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(tǒng)的對時準確性將大大提高。