孫 強(qiáng)

(太原廣播電視臺,山西 太原 030024)

授時系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于航空航天、移動通信、鐵路交通、發(fā)電和電力傳輸、廣播電視、信息高速公路、地質(zhì)測繪等行業(yè)，高精度授時系統(tǒng)對國家的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、通信網(wǎng)絡(luò)是十分重要的。廣播電視行業(yè)的自動化播出、電視直播、媒資制作網(wǎng)絡(luò)都依賴于時鐘系統(tǒng)的授時服務(wù)，時鐘同步等基礎(chǔ)設(shè)備的運(yùn)行安全對于廣播播出具有特殊的意義。GPS全球定位系統(tǒng)是當(dāng)下國內(nèi)廣泛運(yùn)用的時鐘源之一，具有良好的市場基礎(chǔ)。然而，境外地區(qū)對GPS信號控制較強(qiáng)，我國境內(nèi)區(qū)域僅僅依靠GPS作為時鐘源則難以保證信息獲取穩(wěn)定性。鑒于此，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新研究符合具有我國特點(diǎn)的衛(wèi)星，作為時鐘源精準(zhǔn)度保障設(shè)備。

1 授時系統(tǒng)的發(fā)展與分類

1.1 短波無線電授時

美國在1905年成為世界首個掌握毫秒級精準(zhǔn)度的短波無線授時技術(shù)國家。在衛(wèi)星授時之前曾廣泛使用，授時精度曾達(dá)到微秒級但被之后的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)所取代。

1.2 衛(wèi)星授時

美國在建設(shè)本國無線電過程中取得了兩次世界矚目的進(jìn)展，首先是在1973年發(fā)送第一顆導(dǎo)航衛(wèi)星，隨著衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量不斷增加，在1994年建設(shè)覆蓋全國的衛(wèi)星系統(tǒng)?？v觀當(dāng)下世界領(lǐng)域衛(wèi)星系統(tǒng)構(gòu)建情況，以下四個衛(wèi)星系統(tǒng)具有先導(dǎo)性、科技性，分別是GPS(美國)、GLONASS(俄羅斯)、北斗(中國)、Galileo(歐盟)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)授時

1982年，美國設(shè)計并實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP，NetworkTimeProtocol)，此項方案主要是利用時鐘源網(wǎng)站上眾多數(shù)據(jù)對比得出準(zhǔn)確時間，需要在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)定大量時鐘源，而后收集不同時鐘源傳遞回的信息，經(jīng)過信息對比與整合能夠提升數(shù)據(jù)計算精確性，精確度能夠達(dá)到毫秒級。隨著計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，此項時鐘源計算形式得到了廣泛發(fā)展與運(yùn)用，成為國際上傳遞時間的重要形式。

2 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)(GPS)

2.1 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由中國獨(dú)立創(chuàng)建的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其中2顆工作衛(wèi)星、1顆備用衛(wèi)星共同組成北斗定位衛(wèi)星，并且北斗定位衛(wèi)星與地面信息接收終端、北斗用戶組成北斗定位系統(tǒng)。北斗定位系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)24小時無間斷定位服務(wù)，為世界各地用戶提供十納秒(ns)精準(zhǔn)度的時間信息。

2.2 全球定位系統(tǒng)

GPS全球定位系統(tǒng)產(chǎn)生于1978年，在首顆衛(wèi)星發(fā)射之后逐漸提升衛(wèi)星分布密度，進(jìn)而建設(shè)成為具有眾多衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)。目前GPS中擁有6條地心軌道，24顆衛(wèi)星。受到地理位置和時間變化的影響，地球上可見的衛(wèi)星數(shù)量在4—11顆之間波動。

GPS時鐘工作的基本流程是接收信號、計算時間、發(fā)送時間。為保障時間計算準(zhǔn)確，至少要接收4顆以上的衛(wèi)星信息，計算GPS終端的三維地理位置，在精確計算地理位置之后便能夠利用1顆衛(wèi)星所傳遞出的信息計算出確切時間。

2.3 北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)的比較

覆蓋范圍。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)到2020年衛(wèi)星組網(wǎng)完成將能覆蓋全球大部分地區(qū)，全球定位系統(tǒng)(GPS)覆蓋全球。二者覆蓋范圍基本無差別。

衛(wèi)星數(shù)量。目前GPS中擁有6條地心軌道，24顆衛(wèi)星。根據(jù)當(dāng)下衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量能夠推算出，未來一段時間內(nèi)GPS系統(tǒng)會逐漸擴(kuò)展到35顆衛(wèi)星，目前，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)已發(fā)射54顆衛(wèi)星。

實時性。GPS系統(tǒng)運(yùn)作流程是直接傳輸信號，北斗系統(tǒng)則是將所接收的信息內(nèi)容傳遞到中心控制系統(tǒng)中，經(jīng)過系統(tǒng)計算和調(diào)節(jié)，得到更加精準(zhǔn)的時間單位，利用二次傳輸向客戶提供時鐘源。

3 新型廣播時鐘系統(tǒng)

新型廣播時鐘系統(tǒng)的組成現(xiàn)行電視廣播系統(tǒng)普遍單獨(dú)采用國外的全球定位系統(tǒng)授時方式。這種方式存在安全風(fēng)險不能忽視。新型時鐘系統(tǒng)同時采用全球定位系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)雙授時，克服了單獨(dú)系統(tǒng)來源帶來的不穩(wěn)定因素。如圖1所示。

圖1 新型廣播時鐘系統(tǒng)的組成

雙模時鐘接收機(jī)TVZ6100-2可以同時接收北斗二代和GPS衛(wèi)星的時間信號，也可手動切換選擇接收其中任一套系統(tǒng)的信號。TVZ6100-2輸出信號完全兼容時鐘設(shè)備的時間碼，并且增加了時差微調(diào)，衛(wèi)星狀態(tài)指示等功能，實現(xiàn)整個產(chǎn)品線的無縫銜接。

4 在新聞直播演播室系統(tǒng)中的應(yīng)用

太原廣播電視臺80m2新聞直播演播室由兩個完全獨(dú)立的主、備演播室系統(tǒng)組成。以上兩個演播室承擔(dān)了太原廣播電視臺中的眾多節(jié)目，例如新聞、綜合頻道中大量節(jié)目的錄制和播放。主要節(jié)目內(nèi)容有新聞評論、新聞播報、新聞訪談、記者連線等。

新聞直播演播室按照高可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、全高清、人性化等原則進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計和實施。應(yīng)建設(shè)基于網(wǎng)絡(luò)資源配置的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化生產(chǎn)體系，實行規(guī)范化管理應(yīng)用機(jī)制，穩(wěn)定高效開展時間計算?，F(xiàn)階段廣播電視建設(shè)的基本理念是全高清、全數(shù)字，為實現(xiàn)這一理念，廣播電視建設(shè)過程中引進(jìn)大量高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、信息化設(shè)備，可提供更為便捷、快速的運(yùn)行機(jī)制。

直播演播室技術(shù)系統(tǒng)具備較高的可靠性和完善的應(yīng)急方案。直播系統(tǒng)在主鏈路上無單一崩潰點(diǎn)，應(yīng)急手段多樣、靈活、便捷，盡量減少了因單一設(shè)備故障對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。直播系統(tǒng)在工作人員調(diào)整、問題處理上具有直觀性，利用簡單、高效、便捷的形式開展人員操控工作，具有較好的使用效果。

兩個演播室均為三訊道虛擬演播室，主演播室按照完備直播系統(tǒng)建設(shè)。主要設(shè)備包含：衛(wèi)星授時鐘、高穩(wěn)鐘、時碼分配器、倒計時控制器、標(biāo)準(zhǔn)時鐘、倒計時鐘、開播計時子鐘等。

直播演播室接收衛(wèi)星的授時信號，鎖定于衛(wèi)星信號的高穩(wěn)鐘，一路輸出到倒計時控制器，用于校準(zhǔn)各子鐘；另一路輸出到時碼分配器，用于導(dǎo)控室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)時鐘、倒計時鐘、開播計時子鐘。與此同時，廣播電視的導(dǎo)播間配置時鐘顯示屏幕，便于工作人員根據(jù)時間變化布置播報內(nèi)容。演播室內(nèi)同樣配置時鐘顯示屏幕，能夠便于主持人掌控播報語速、控制節(jié)目時長。

5 總結(jié)

在當(dāng)下廣播電視播放過程中，時鐘信息具有調(diào)控整體運(yùn)轉(zhuǎn)、確保工作統(tǒng)一的重要作用，是廣播電視工作的基本因素。能夠推進(jìn)其他眾多技術(shù)統(tǒng)一、精準(zhǔn)、全面實行調(diào)節(jié)廣播電視節(jié)目制作、播出等工作。由于時鐘信號在節(jié)目直播和生產(chǎn)中的重要性和不可或缺性，使用雙模時鐘能保障系統(tǒng)安全，多點(diǎn)交叉、冗余備份，把播出和媒資制作網(wǎng)也加入其中，進(jìn)一步提高安全性。