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GPS时间同步的原理与技术

1、有关时间的一些基本概念：

（1）、时间（周期）与频率：

互为倒数关系，两者密不可分，时间标准的基础是频率标准，所以有人把晶体振荡器叫‘时基振荡器’。钟是由频标加上分频电路和钟面显示装置构成的。

（2）、四种实用的时间频率标准源（简称钟）：

◆晶体钟

◆铷原子钟

◆氢原子钟

◆铯原子钟

（3）、常用的时间坐标系：

时间的概念包含时刻（点）和时间间隔（段）。时系（时间坐标系）是由时间起点和时间尺度单位--秒定义（又分地球秒与原子秒）所构成。常用的时间坐标系：

◆世界时（UT）

◆地方时

◆原子时（AT）

◆协调世界时（UTC）

◆GPS时

（4）、定时、时间同步与守时：

◆定时：是指根据参考时间标准对本地钟进行校准的过程）；授时（指采用适当的手段发播标准时间的过程）；

◆时间同步：是指在母钟与子钟之间时间一致的过程，又称时间统一或简称时统）；

◆守时：是指将本地钟已校准的标准时间保持下去的过程，国内外守时中心一般都采用由多台铯原子钟和氢原子钟组成的守时钟组来进行守时，守时钟组钟长期运行性能表现最好的一台被定主钟（MC）。

2、GPS时间是怎样建立的？

为了得到精密的GPS时间，使它的准确度达到<100ns（相对于UTC （USNO/MC））：

◆每个GPS卫星上都装有铯子钟作星载钟；

◆GPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统；

◆采用UTC（USNO/MC）为参考基准。

3、GPS定位、定时和校频的原理

（1）、GPS定位原理：是基于精确测定GPS信号的传输时延（Δt），以得到GPS卫星到用户间的距离（R）R=C×Δt ----------------------- [1]（式中C为光速）同时捕获4颗GPS卫星，解算4个联立方程，可给出用户实时时刻（t）和对应的位置参数（x、y、z）共4个参数。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ---- [2]（式中Xs、Ys、Zs为卫星的位置参数；Xu、Yu、Zu为用户的的位置参数）

（2）、GPS定时原理：

基于在用户端精确测定和扣除GPS时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定时与校准。GPS定时准确度取决于信号发射端、信号在传输过程中和接收端所引入的误差，主要误差有：

◆信号发射端：卫星钟误差、卫星星历（位置）误差；

◆信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多路径误差；

◆接收端：接收机时延误差、接收机坐标误差、接收机噪声误差。

（3）、GPS校频原理：

根据频率和周期互为倒数的关系，可采用比时法（测时间间隔）的方法（以GPS的秒信号为参考）来测量本地钟的频率准确度（Δf/f），以达到校频的目的。Δf/f=（Δt2-Δt1)/(t2-t1) ------------ [3]（式中Δt2、Δt1分别为t2、t1时刻测得的本地钟与GPS时的时差值）。

4、进一步提高定时准确度的几种途径：

◆采用GPS双频、相位测量技术；

◆选用更高精度的GPS时间传递接收机；

◆采用GPS共视法比对技术与卫星转发双向法技术。

三、GPS在时频领域的应用

1、国际时间标准的协调与建立：

从二十世纪八十年代末，国际计量局（BIPM）的时间部，就开始正式采用标准化的GPS共视比对方法，把全世界几十个守时中心的主钟沟通起来，并建立了准确度最高的国际原子时（TAI）和国际协调世界时（UTC/BIPM）。我国有三个实验室参加了国际时间标准的协调，它们是：

◆中国科学院陕西天文台（CSAO）；

◆国家计量研究院（NIM）；

◆航天无线电计量测试研究所（BIRM）

2、新型时频计量传递系统的建立

（1）、传统时频计量传递的特点：

◆一般是按国家级计量单位、一级计量站、二级计量站和使用单位四级逐级传递；

◆受检时频标准源或仪器设备必须往返搬运，检定校准后的状态在搬运中难免受

到破坏；

◆传统的时频计量一般只能按检定周期（一般为一年）进行，难以进行经常性和实时的计量测试。

（2）、通过采用GPS共视法时间比对和互联网技术，可以建立不需搬运的、实时的、完全新型的时频遥远校准系统。

《GPS原理与应用》复习资料整理

第一章绪论 1.GPS：是接收人造卫星电波，准确求顶接收机自身位置的系统。目前世界上有那些全球性的卫星导航系统？（俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo、中国北斗、美国GPS）欧空局的全球卫星定位系统的名称是什么？ 2. GPS系统组成：（1）空间星座部分：24颗卫星提供星历和时间信息，发射伪距和载波信号，提供其他辅助信息。（2）用户部分：接收并观测卫星信号，记录和处理数据，提供导航定位信息。（3）地面控制部分：中心控制系统，实现时间同步，跟踪卫星进行定轨。【5个监测站、1个主控站、3个注入站】 3. GPS按接收机用途分为三类：导航型、测量型、授时型；接收机由天线单元、机主机单元和电源组成。 4、精密工程测量采用那种类型的GPS接收机？ 5、GPS接收机中采用的是铷钟、铯钟还是石英钟？ 6．与传统测量方法相比，GPS系统特点： 1）全球性---全球范围连续覆盖；(4~12颗)；2）全能性-—三维位置、时间、速度；3）全天侯 4）实时性----定位速度快；；5）连续性；6）高精度；7）抗干扰性能好，保密性好； 8）控制性强；9）观测站之间无需通视；10）提供三维坐标；11）操作简便。 7、gps有哪些新的应用领域 8、GPS在测量上的用途有那些？ 9.常见GPS卫星信号接收机（例举几个著名的中外GPS生产厂商）：Ashtech系列GPS接收机、Trimble(天宝)系列GPS接收机、 Leica(莱卡) 系列GPS接收机、中纬系列GPS接收机、南方系列GPS接收机、中海达系列GPS接收机第二章 GPS定位的坐标系统与时间系统 1．天球：是指以地球质心M为中心，半径r为任意长的一个假想的球体。黄道：即当地球绕太阳公转时，地球上观测者所见到太阳在天球上运动的轨迹称为黄道黄赤交角：黄道平面与赤道平面的夹角ε称为黄赤交角，约为23.5° 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ称为春分点。

GPS原理与应用考试重点总结

名词解释: 天球：是以地球质心M为中心，半径r为任意长的一个假象的球体。春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点γ。大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地经度λ、大地纬度和大地高h表示。天文经纬度:表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即当地球绕太阳公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的运动轨迹。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约23.5°。赤经：为过春分点的天球子午面与过天体的天球子午面之间的夹角。赤纬：为原点至天体的连线与天球赤道面之间的夹角。岁差：实际上地球接近于一个赤道隆起的椭球体，在日月和其它天体引力对地球隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴方向不再保持不变，从而使春分点在黄道上产生缓慢西移，此现象在天文学上称为岁差。章动：在太阳和其它行星引力的影响下，月球的运行轨道以及月地之间的距离在不断变化，北天极在天球上绕北黄极顺时针旋转的轨迹十分复杂。如果观测时的北天极称为瞬时北天极（或真北天极），相应的天球赤道和春分点称为瞬时天球赤道和瞬时春分点（或真天球赤道和真春分点）。则在日月引力等因素的影响下，瞬时北天极将绕瞬时平北天极产生旋转，轨迹大致为椭圆。这种现象称为章动。极移：地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，地极点在地球表面上的位置随时间而变化的现象称为极移。世界时：以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时称为世界时。力学时：天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数T，这个数学变量T定义为力学时。原子时：以物质内部原子运动的特征为基础的原子时系统。协调时：以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折衷时间系统，称为世界协调时或协调时。 GPS时间系统：属于原子时系统，秒长与原子时相同，但与国际原子时的原点不同，即GPST 与IAT在任一瞬间均有一常量偏差。 GPS定位：GPS定位系统靠车载终端内置手机卡通过手机信号传输到后台来实现定位。指利用人造地球卫星确定测站点位置的技术。 GPS导航：利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。绝对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。静态绝对定位:接收机安置在基线端点的接收机固定不动，通过观测，确定观测站相对地球质心的位置。静态相对定位：接收机安置在基线端点的接收机固定不动，通过连续观测，取得充分的多余观测数据，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。优点：定位精度高；缺点：定位时间长。差分动态定位：在已知坐标的点上安置一台GPS接收机（称为基准站），利用已知坐标和卫星星历计算出观测值的校正值，并通过无线电设备（称数据链）将校正值发送给运动中的GPS接收机（称为流动站），流动站应用接收到的校正值对自己的GPS观测值进行改正，以消除卫星钟差钟差、接收机钟差、大气电离层和对流层折射误差的影响。整周未知数：是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的

GPS时钟操作说明

InnoClock 系列 GPS母钟功能及操作指南功能特点：独有特色 ?支持农历 ?双机热备份功能（选项） ?支持远程操作维护（选项） ?服务器校时软件支持SNTP协议 12通道GPS卫星接收，锁定迅速；可设置时区；可设置延时，用于补偿传输延时，或与CCTV时间对齐，范围前后±99.99s； 1U 19”标准机箱，年、月、日、星期、农历、时、分、秒显示；国标内嵌时码电视信号输出；输出时间信号包括公历（年、月、日、星期、时、分、秒），农历（月，日）；内置高稳温补晶振，年漂移小于1ppm，提供极高的自守时精度（选项）；输出接口RS-232或RS422，可用于子钟校时、计算机网络校时，传输距离几百米至几千米；可以提供多种方便灵活的传输方式，包括无线及电力线等；提供计算机网络校时软件，支持标准SNTP协议；大容量蓄电池，在主电源掉电的情况下，还可输出时码480小时（选项）。操作指南 1）开机说明设备通电前，接入GPS接收天线，设备方可正常运行。 2）时区调整时区调整功能通过面板右侧的按键完成。操作分为三步：1、按一下设置键，观察左侧小数码管显示 “01”右侧大数码管显示时区，系统默认设置为“东八区”； 2、通过增加和减少键调整时区，若

需调整为“西几区”则一直按“减少键”； 3、时区调整完，按确认键进行参数保存。 3）延时调整延时调整功能通过面板右侧的按键实现。操作分为三步: 1、按两下设置键，观察左侧小数码管显示 “02”右侧大数码管显示延时参数，系统默认设置为“00 00”； 2、通过增加和减少键调整延时，当右侧大数码管显示“00 00”时，按增加键系统将进行“正延时”调整。按减少键系统将进行“负延时”调整。最小调整单位为“10毫秒延时调整范围：“+99.99秒”； 3、延时调整完，按确认键进行参数保存。 4）右侧三个指示灯的功能说明红灯：电源指示灯。设备采用交流电和电池两种方式供电，在交流电断电时，由电池提供电源（此时面板日期时间不显示）。交流断电时电源指示灯熄灭。若电池不能正常工作，则指示灯闪烁。绿灯：运行指示灯。用于双机热备份时时码输出指示。单机工作时长亮。当设备输出时码时，绿灯亮，没有时码输出时，绿灯灭。黄灯：GPS信号锁定灯；当GPS信号锁定时，黄灯亮。未锁定时，黄等灭。软件安装说明如果该设备用于计算机网络校时,则需要在服务器安装校时软件，该软件随设备赠送。 1）软件功能说明：随设备光盘包含两个软件：Clock.exe和 NetTime-2b1a.exe。其中Clock.exe用于从串口取 GPS母钟时间对本地计算机进行校时；

GPS时钟技术方案

GPS时钟系统目录 5、GPS时钟系统 (2) 5.1系统功能 (2) 5.1.1卫星接收转换系统 (2) 5.1.2 中心母钟 (2) 5.1.2.1高精度石英基准时钟 (2) 5.1.2.2信号处理切换 (2) 5.1.2.3中心监控及故障报警 (3) 5.1.2.4系统信息显示 (3) 5.1.2.5中心传输接口 (3) 5.1.2.6内部在线不间断电源 (3) 5.1.3监控计算机（软件名称：UNITIME） (3) 5.1.3.1硬件要求 (4) 5.1.3.2系统监控软件 (4) 5.1.4子钟 (4) 5.1.4.1指针式子钟 (4) 5.1.4.2数显式子钟的功能 (5) 5.2 系统组成 (5) 5.2.1卫星接收转换器 (5) 5.2.2中心母钟 (6) 5.2.3监控计算机（软件名称：UNITIME） (7) 5.2.4数字式日历子钟 (7) 5.2.5指针式子钟 (8) 5.3系统部署 (8) 5.4系统连接 (8)

5、GPS时钟系统 5.1系统功能 5.1.1卫星接收转换系统卫星接收转换系统为整个时钟系统提供绝对准确的时间基准，其核心是全球卫星定位系统（GPS）信号接收天线和信号接收转换器，自动接收并以GPS时间信号作为系统标准时间信号。 GPS接收转换系统是以目前形成的全球卫星定位系统(GPS)的卫星信号传输网络为基础，接收并分析卫星信号进而获得时间信息。GPS时间信号的特点是覆盖全球、精度高、无累积误差，是全球统一的时间标准。经GPS 接收转换系统处理后，时间信号以两种方式向时钟系统及其它应用设备发送信号，两种方式的信号在设备上均采用： 1、标准秒脉冲信号：精度为110nS，信号无累积误差； 2、全时标信号：信号含年、月、日、时、分、秒数字信号。 5.1.2 中心母钟中心母钟是整个时钟系统的核心，通过GPS卫星时间接收器接收标准时间，并传输给系统内各级时钟设备，使整个时钟系统保持同步并监测管理系统的运行状况。如果系统需要，可以采用主备冗余设计，在系统需要时，自动切换。 5.1.2.1高精度石英基准时钟由高精度的石英振荡器通过分频及译码电路产生高精度时间信息，作为中心母钟的自身时间基准。当GPS时间信号不能完整获得时，系统将采用中心母钟自身的时间基准同步系统。中心母钟的自身时间基准精度高于0.1秒/天。 5.1.2.2信号处理切换信号处理切换单元接收来自卫星接收转换系统的标准时间信号，用以同步自身时间精度，并将同步信号通过系统接口传送给子钟、监控计算机和其它系统，同时与之相关联设备的工作信息、指令也需经信号处理单元处理后再进行相应的馈送、显示、动作等。当GPS接收转换系统的标准时间信号无法完整获得时，时间信号处理

GPS原理与应用复习总结

《GPS定位原理及应用》第一章绪论 1.1 GPS卫星定位技术的发展 1.1.1 早期的卫星定位技术 1、无线电导航系统罗兰--C：工作在100KHZ，由三个地面导航台组成，导航工作区域2000KM，一般精度200-300M。 Omega（奥米茄）：工作在十几千赫。由八个地面导航台组成，可覆盖全球。精度几英里。多卜勒系统：利用多卜勒频移原理，通过测量其频移得到运动物参数（地速和偏流角），推算出飞行器位置，属自备式航位推算系统。误差随航程增加而累加。缺点：覆盖的工作区域小；电波传播受大气影响；定位精度不高 2、早期的卫星定位技术卫星三角网：以人造地球卫星作为空间观测目标，由地面观测站对其进行摄影测量，测定测站至卫星的方向，来确定地面点的位置的三角网。卫星测距网：用激光技术测定测站至卫星的距离作为观测值的网则称为卫星测距网。 20世纪60～70年代，美国国家大地测量局在英国和德国测绘部门协助下，建立了一个共45个点的全球卫星三角网，点位精度5米。卫星三角网的缺点：易受卫星可见条件和天气条件影响，费时费力，定位精度低。 1.1.2 子午卫星导航（多普勒定位）系统及其缺陷多普勒频移：多普勒效应是为纪念Christian Doppler而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。他认为电磁波频率在电磁源移向观察者时变高，而在波源远离观察者时变低。因此可利用频率的变化多少来确定距离的变化量。多普勒效应的一个常被使用的例子是火车，当火车接近观察者时，其汽鸣声会比平常更刺耳。你可以在火车经过时听出刺耳声的变化。同样的情况还有：警车的警报声和赛车的发动机声。子午卫星导航系统(NNSS)：将卫星作为空间动态已知点，通过在测站上接受子午卫星发射的无线电信号，利用多普勒定位技术，进行测速、定位的卫星导航系统。子午卫星导航系统的优点：经济快速、精度均匀、不受天气和时间的限制，且可获得测站的三维地心坐标。子午卫星导航系统的缺点：由于卫星数量少，故不能实时定位、定位时间长、定位精度也低。 1958年，美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行军事任务而需要精确定位的问题，开始研制军用导航卫星，命名为“子午仪计划”。1960年4月，美国发射了世界第一颗子午导航卫星，传统的无线电导航系统从此被这种新的导航方式取代。美国1964年建成子午导航卫星系统，主要由美国海军使用，到1967年开始正式向民用开放。由于该系统卫星数目较小（5-6颗），运行高度较低（平均1000KM），从地面站观测到卫星的时间隔较长（平均1.5h），因而它无法提供连续的实时三维导航，而且精度较低。单点定位精度约为30—40米，每次定位约需8—10分钟。而各测站观测了公共的17次合格的卫星通过时，联测定位的精度才能达到0.5米左右。子午导航卫星系统是低轨道导航卫星，它集中了远程无线电导航台全球覆盖和近程无线电导航台定位精度高的优点，仅用4颗卫星组成的太空导航星座就能提供全天候全球导航覆盖和周期性二维（经纬度）定位能力，使全球用户统一于地心坐标系进行高精度定位，使导航技术产生了革命性突破。 70年代中期，我国利用引进的多普勒接收机进行了西沙群岛的大地测量基准联测，国家测绘总局和总参测绘局联合测设了全国卫星多普勒大地网，石油和地质勘探部门也在西北地区测设了卫星多普勒定位网。

GPS时钟同步原理简介

GPS时钟同步原理 1.有关时间的一些基本概念时间（周期）与频率互为倒数关系，两者密不可分，时间标准的基础是频率标准，所以有人把晶体振荡器叫‘时基振荡器’。钟是由频标加上分频电路和钟面显示装置构成的。四种实用的时间频率标准源（简称钟） ◆晶体钟 ◆铷原子钟 ◆氢原子钟 ◆铯原子钟常用的时间坐标系时间的概念包含时刻（点）和时间间隔（段）。时系（时间坐标系）是由时间起点和时间尺度单位--秒定义（又分地球秒与原子秒）所构成。常用的时间坐标系： ◆世界时（UT） ◆地方时 ◆原子时（AT） ◆协调世界时（UTC） ◆ GPS时定时、时间同步与守时

◆定时：是指根据参考时间标准对本地钟进行校准的过程）；授时（指采用适当的手段发播标准时间的过程）； ◆时间同步：是指在母钟与子钟之间时间一致的过程，又称时间统一或简称时统）； ◆守时：是指将本地钟已校准的标准时间保持下去的过程，国内外守时中心一般都采用由多台铯原子钟和氢原子钟组成的守时钟组来进行守时，守时钟组钟长期运行性能表现最好的一台被定主钟（MC）。 2.GPS时间是怎样建立的为了得到精密的GPS时间，使它的准确度达到<100ns（相对于UTC（USNO/MC））： ◆每个GPS卫星上都装有铯子钟作星载钟； ◆ GPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统； ◆采用UTC（USNO/MC）为参考基准。 3.GPS定位、定时和校频的原理 GPS定位原理是基于精确测定GPS信号的传输时延（Δt），以得到GPS卫星到用户间的距离（R）R=C×Δt ----------------------- [1]（式中C为光速）同时捕获4颗GPS卫星，解算4个联立方程，可给出用户实时时刻（t）和对应的位置参数（x、y、z）共4个参数。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ---- [2]（式中Xs、Ys、Zs为卫星的位置参数；Xu、Yu、Zu为用户的的位置参数）。 GPS定时原理基于在用户端精确测定和扣除GPS时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定时与校准。GPS定时准确度取决于信号发射端、信号在传输过程中和接收端所引入的误差，主要误差有：

浅谈GPS原理及其应用

浅谈GPS原理及其应用随着科技和制造业的进步，众多科技含量较高的产品被越来越广泛地应用在生活中，卫星导航定位系统就是一个很好的应用实例，其中以美国的GPS系统应用最为普遍，常见的如：车载GPS导航仪、智能手机中的电子地图导航功能等。在本人的教学工作中，多次遇到学生询问于此相关的问题，本文就GPS的原理及应用进行简述。 1．卫星导航定位系统含义及概况定位，顾名思义就是确定某一个目标的位置，就是要搞明白“我在哪里”的问题。导航，就是对某一目标（汽车或者飞机等）运动时的连续定位，就是搞明白“我走了哪些路”，或者“我将要走哪条路”。随着航天、通讯等科技的发展，人造卫星也被用来定位和导航，其能够提供全球性的，全天候的，高精度、实时的导航定位服务，以及授时服务。全球卫星导航系统有好几种，美国的GPS 、俄罗斯的GLONASS、我国的Compass（北斗）、欧洲的伽利略（Galileo）系统，可用卫星数目达到100颗以上[1]。其中在全球范围内应用最成熟、最广泛的就是美国的GPS系统。GPS系统始于1973年的美国国防部批准的“导航卫星定时和测距/全球定位系统”，简称GPS（即Global Positioning System，全球定位系统），被誉为人类在20世纪仅次于计算机之后的最为重大的发明。 2．GPS系统的基本定位原理 GPS系统的基本配置是24颗卫星构成，卫星位于6个地心轨道上，每个轨道有4颗卫星，每个轨道接近于圆形，与赤道面的倾斜夹角为55°，沿赤道以60°间隔均匀分布[2]，形成了对地球的网络包围，图1表述了GPS卫星的星座分布。轨道的半径约为26600km，也就是高度大约离地面20200km，轨道的周期是半个恒星日，约11.976个小时。理论上，在地球表面的绝大多数地点都能观测到的有效卫星颗数≥4颗。而4颗或者更多的GPS卫星就能够确定每天24小时内地球表面上任何地点观测者（观测设备）的位置了。如图2所示。图2 GPS定位示意图每一颗GPS卫星都携带有铯原子钟和（或）铷原子钟，为发射信号提供高精度时间信息的，GPS卫星在工作时，以一定的频率（两个频率，1575.42MHz 和1227.6MHz）向地球发射无线电波信号，其报文的主要信息是该电波信号发出时刻的时间信息，用户接收机无源工作（即只接收信号），接收能观测到GPS卫星的电波信号，并标记出收到该电波信号的接收时刻，算出该电波从发射到被接收的传播时间，已知电波是以光速传播的，就可以用传播时间来计算出到接收机到GPS卫星的距离。在以地心为坐标原点的WGS-84地心坐标系三维空间中，如果能够知道到达不在同一条直线上的3颗卫星的距离，那么就可以确定该接收机在地球附近所在的位置。在一段时间内连续观测，就可以得出接收机的经纬度和高度变化情况，于是就得出了接收机移动的方向和速度了。由于GPS定位是依靠时间差来实现距离计算的，所以必须需要第4颗卫星给接收装置提供时钟修正信息，使接收机时钟与卫星时钟同步。实现定位之后，就可以在应用设备上记录目标移动时所经过的路径，并且可以经过估计和计算，对某预定地点提供导航服务。

基于GPS的控制系统时间同步

基于GPS 的控制系统时间同步金刚平,徐欣圻 (中国科学院国家天文台南京天文光学新技术研究所,南京　210042) 摘　要:介绍如何利用G PS 接收器获取准确的UT C 时间,在分布式实时操作系统QNX 下,实现系统时间和UT C 的一致。同时讨论了如何建立网络时间服务器,通过执行网络时间同步算法,实现局域网内不同计算机之间的时间同步。最后文章给出在具体应用中的实例。关键词:G PS;QNX;时间服务器中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1000-2162(2002)04-0030-05 0　前　言目前,G PS (G lobal P osition System )在导航和定位方面得到了广泛的应用,同时在授时领域,也开始利用G PS 来获取准确的UT C (C oordinated Universal T ime )时间。在国家九五重大科学工程LAMOST (Large Sky Area Multi -objects Fiber S pectroscopic T elescope )望远镜的控制系统中,为了实施精确跟踪天体目标,需要一个准确的UT C 时间。同时,处于控制系统局域网内部的其他计算机也需要和UT C 时间同步。因此,我们决定采用G PS 来构建时标系统,并利用网络通讯把得到的准确的UT C 时间发布到整个网络中,以实现整个控制系统时间同步[1]。 1　时间同步的必要性建立时间服务器,实现网络内计算机之间时间同步的必要性在于: 数据分析:在网络应用中,我们从不同的网络节点计算机获取数据。通常在数据包里面,包含有数据到达的时间信号。但只有实现了网络内的时间同步,才可以利用时间戳来获取这些数据之间的关系。对时间敏感的交易:在股票和货币类对时间比较敏感的交易中,这些活动经常发生在不同的城市,时间的准确性对交易的顺利进行影响很大。网络安全:很多的局域网安全系统都是基于各个通讯终端的准确时间戳。有一些安全系统通过测试网络延迟来决定是否终止交易。在实时控制领域:例如我们正在研制的国家重大科学工程项目LAMOST 控制系统便是典型一例,其分布式控制局域网内部的时间同步,对于实现精确的协调控制,其作用是不言而喻的。收稿日期:2002-05-28 作者简介:金刚平(1975-),男,安徽桐城人,南京天文光学新技术研究所助理研究员,硕士; 徐欣圻(1944-),男,江苏无锡人,南京天文光学新技术研究所研究员,博士生导师. 2002年12月第26卷第4期安徽大学学报(自然科学版)Journal of Anhui University Natural Science Edition December 2002V ol.26N o.4

GPS原理及应用题目及答案

GPS原理及应用复习题目一．名词解释 1二体问题：2真近点角、平近点角、偏近点角：3多路径效应：4无约束平差和约束平差5．章动6．异步观测7．接收机钟差8．周跳9．三维平差10．岁差11．同步观测12．卫星钟差13．整周未知数14．二维平差二．填空题 1.GPS工作卫星的地面监控系统包括__________ 、__________ 、__________ 。 2.GPS系统由__________ 、__________ 、__________ 三大部分组成。 3.按照接收的载波频率，接收机可分为__________ 和__________接收机。 4.GPS卫星信号由、、三部分组成。 5.接收机由、、三部分组成。 6.GPS卫星信号中的测距码和数据码是通过技术调制到载波上的。 7. 1973年12月，GPS系统经美国国防部批准由陆海空三军联合研制。自1974年以来其经历了、、三个阶段。 8.GPS 卫星星座基本参数为：卫星数目为、卫星轨道面个数为、卫星平均地面高度约20200公里、轨道倾角为度。 9.GPS定位成果属于坐标系，而实用的测量成果往往属于某国的国家或地方坐标系，为了实现两坐标系之间的转换，如果采用七参数模型，则该七个参数分别为，如果要进行不同大地坐标系之间的换算，除了上述七个参数之外还应增加反映两个关于地球椭球形状与大小的参数，它们是和。 10.真春分点随地球自转轴的变化而不断运动，其运动轨迹十分复杂，为了便于研究，一般将其运动分解为长周期变化的和短周期变化的。 11.GPS广播星历参数共有16个，其中包括1个，6个对应参考时刻的参数和9个反映参数。 12．GNSS的英文全称是。 13．载体的三个姿态角是、、。 14、GPS星座由颗卫星组成，分布在个不同的轨道上，轨道之间相距°，轨道的倾角是°，在地球表面的任何地方都可以看见至少颗卫星，卫星距地面的高度是km。 15、GPS使用L1和L2两个载波发射信号，L1载波的频率是MHZ，波长是cm，L2 载波的频率是MHZ，波长是cm。 16、GPS卫星除了受到引力之外，还受到地球引力场摄动力、光压摄动力、大气阻力、摄动力等的摄动力的影响，因此卫星的运动实际上是。

GPS原理与应用复习资料、课后思考题

1、坐标转换需要那几个参数？七参数布尔莎模型：即X平移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY），Z 旋转（WY），尺度变化（DM）。若得七参数就需要在一个地区提供3个以上的公共点坐标对（即北京54坐标下x、y、z和西安80坐标系下x、y、z），可以向地方测绘局获取。 2、子午面、黄道、天球赤道面、天轴、春分点、升交点、升交点赤径几大参数的含义？天球：天文学等领域中，天球是一个想象的旋转的球体，理论上具有无限大的半径，与地球同心。天空中所有的物体都想象成是在天球上。与地球相对应，它有天赤道，天极。子午面：与地球自转轴平行，或包含地球椭球体短轴的平面。是量度经度的起始面或终止面，通过物点和光轴的截面称为子午面。轴上物点有无数个子午面，而轴外物点只有一个子午面。与子午面垂直相交的面称为弧矢面。黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆。由于地球的公转运动受到其他行星和月球等天体的引力作用，黄道面在空间的位置产生不规则的连续变化。但在变化过程中，瞬时轨道平面总是通过太阳中心。这种变化可以用一种很缓慢的长期运动再迭加一些短周期变化来表示。天球赤道面：天球赤道是把我们的天空想象成一个密闭的球,将我们地球的赤道投射到这个天球上.天赤道有无限的直径和周长. 天轴：将地轴无限延长，所得到的直线叫天轴，当然，天轴也是一根假想的轴。天轴与天球的交点就叫天极，和地球上北极所对应的那一点叫北天极，或天球北极；和地球上南极对应的那一点叫南天极,也称天球南极. 春分点：从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，冬至后，太阳从南向北移动，在春分那一天通过这一点。太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。升交点：卫星自南向北运动，卫星轨道上升段和赤道面的交点升交点赤径：含地轴和春分点的子午面与含地轴和升交点的子午面之间的交角 3、岁差、章动的含义岁差：地轴绕着一条通过地球中心而又垂直于黄道面的轴线的缓慢圆锥运动，周期为26000年，由太阳、月球和其他行星对地球赤道隆起物的吸引力所造成，结果是春分点逐渐向西移动。章动：由于月球、太阳和各大行星与地球之间的相对位置存在周期性变化，因此作用在地球赤道隆起部分的力矩也在发生变化，地月系质心绕日公转的轨道面也存在周期性的摄动，因此，在岁差上的基础上还存在各种大小和周期各不相同的微小的周期性变化。 4、参心坐标系、地心坐标系的定义及差异参心坐标系：是以参考椭球几何中心为原点的大地坐标系；通常分为：参心空间直角坐标系（以X,Y,Z为其坐标元素）和参心大地坐标系（以B,L,H为其坐标元素）参心坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系，原点O为参考椭球的几何中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。地心坐标系：以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系，通常分为地心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以B，L，H为其坐标元素)。地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X

GPS时钟系统(GPS同步时钟)技术方案(1)

GPS 时钟系统(GPS 同步时钟技术方案技术分类:通信 | 2010-11-08 维库在电力系统、 CDMA2000、 DVB 、 DMB 等系统中 , 高精度的 GPS 时钟系统(GPS 同步时钟对维持系统正常运转有至关重要的意义。那如何利用 GPS OEM来进行二次开发 , 产生高精度时钟发生器是一个研究的热点问题。如在 DVB-T 单频网 (SFN中 , 对于时间同步的要求 , 同步精度达到几十个 ns, 对于这样高精度高稳定性的系统 , 如何进行商业级设计 ? 一、引言在电力系统的许多领域,诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准。利用 GPS 卫星信号进行对时是常用的方法之一。目前, 市场上各种类型的 GPS-OEM 板很多, 价格适中, 具有实用化的条件。利用 GPS-OEM 板进行二次开发,可以精确获得 GPS 时间信息的 GPS时钟系统 (GPS 同步时钟。本文就是以加拿大马可尼公司生产的 SUPERSTAR GPS OEM板为例介绍如何开发应用于电力系统的的 GPS 时钟系统(GPS 同步时钟。二、 GPS 授时模块 GPS 时钟系统 (GPS 同步时钟采用 SUPERSTAR GPS OEM 板作为 GPS 接受模块, SUPERSTAR GPS OEM 板为并行 12跟踪通道,全视野 GPS 接受模块。 OEM 板具有可充电锂电池。 L1频率为 1575.42MHz ,提供伪距及载波相位观测值的输出和 1PPS (1 PULSE PER SECOND脉冲输出。 OEM 板提供两个输入输出串行口,一个用作主通信口,可通过此串行口对 OEM 板进行设置,也可从此串口读取国际标准时间、日期、所处方位等信息。另一个串行口用于 RTCM 格式的差分数据的输出,当无差分信号或仅用于 GPS 授时,此串行口可不用。 1PPS 脉冲是标准的 TTL 逻辑

GPS原理与应用复习试题解析

GPS原理与应用复习题 GPS测量试卷A卷一、填空（每空0.5分，共10分） 1、GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户部分—GPS接收机。 2、GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在6个近似圆形轨道上。 3、GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 4、GPS卫星位置采用WGS-84大地坐标系。 5、GPS系统中卫星钟和接收机钟均采用稳定而连续的GPS时间系统。 6、GPS卫星星历分为预报星历(广播星历)和后处理星历（精密星历）。 7、GPS接收机依据其用途可分为：导航型接收机、测地（量）型接收机和授时型接收机。 8、在GPS定位工作中，由于某种原因，如卫星信号被暂时阻挡，或受到外界干扰影响，引起卫星跟踪的暂时中断，使计数器无法累积计数，这种现象称为整周跳变（周跳）。 9、根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有：点连式、边连式、网连式和边点混合连接四种基本方式。选择什么样的组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。二、名词解释（每题3分，共18分） 1、伪距：就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速所得出的量侧距离。由于卫星钟、接收机钟的误差以及信号经过电离层和对流层的延迟，量侧距离的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值，因此，称量侧距离的伪距。 2、GPS相对定位：是至少用两台GPS接收机，同步观测相同的GPS卫星，确定两台接收机天线之间的相对位置。 3、观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段称为观测时段，简称时段。 4、同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环。 5、后处理星历：一些国家某些部门，根据各自建立的卫星跟踪占所获得的对GPS 卫星的精密观测资料，应用与确定广播星历相似的方法而计算的卫星星历。由于这种星历是在事后向用户提供的在其观测时间内的精密轨道信息，因此称为后处理星历。 6、静态定位：如果在定位时，接收机的天线在跟踪GPS卫星过程中，位置处于固定不动的静止状态，这种定位方式称为静态定位。三、简答（每题6分，共36分） 1、简述GPS系统的特点。答：①定位精度高；（1分）②观测时间短；（1分）③测站间无需通视；（1分）④可提供三维坐标；（1分）⑤操作简便；（0.5分）⑥全天候作业；（1分）⑦功

GPS原理与应用题库1001021

GPS原理与应用 1.选择题10 1.（）年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入了空间技术的新时代。 1961 1957 1972 1947 2.美国海军导航卫星系统是美国第一代卫星导航系统，由于该系统卫星轨道都通过地球极点，故也称（）卫星系统。子午 GPS GLONASS NAVSAT 3.GPS系统的空间部分由21颗工作卫星及3颗备用卫星组成，它们均匀分布在（）个相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上。 3 6 4 8 4..GPS工作卫星的主体呈圆柱形，整体在轨重量为843.68㎏，它的设计寿命为（）年，事实上均能超过该设计寿命而正常工作。 10 15 7.5 9

5..GPS定位是一种被动定位，必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都必须安装高精确度的时钟。当有1×10- 9s的时间误差时，将引起（）㎝的距离误差。 100 30 80 120 6..GPS定位的实质就是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离（）交会的方法，确定待定点的空间位置。后方前方侧方方向线 7..当地球自转360°时，卫星绕地球运行两圈，环绕地球运行一圈的时间为 11小时58分。卫星在天空中的可见时间约为（）。 7小时 8小时 5小时 6小时 8.在卫星大地测量中常用的坐标系是（）。地心坐标系参心坐标系 9.现在，我国使用的大地坐标系除1954年北京坐标系外还使用（）坐标系。 WGS-84 1980年国家大地 10.我国大地坐标系的原点设在（）。山东省青岛市

陕西省泾阳县 11..我国采用（）区的区时作为统一的标准时间，称为北京时间。东8 东9 12..计量原子时的时钟称为原子钟，常用的有铯原子钟、铷原子钟和氢原子钟三种，国际上是以（）原子钟为基准的。铯铷 13.协调世界时的秒长采用（）的秒长，时刻采用世界时的时刻。所以严格地讲，这不是一种时间系统，而是一种使用方法。历书时原子时 14..卫星钟采用的是GPS时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）的协调世界时（UTC）进行调整的。在（）年1月6日零时对准，不随闰秒增加。 1980 1985 15..1884年在美国华盛顿召开的国际会议决定采用一种分区统一时刻，把全球按经度划分为（）个时区，每个时区的经度差为15 。 36 24 16..当GPS定位确定了测站点的大地高H后，可按h=H-N求出该点的正高h，式中N为该点的WGS-84大地水准面（）。差距偏差 17.GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站, （）个注入站和五个监测站组成。三

GPS时钟系统(GPS同步时钟)技术方案

GPS时钟系统（GPS同步时钟）技术方案在电力系统、CDMA2000、DVB、DMB 等系统中,高精度的GPS 时钟系统（GPS 同步时钟）对维持系统正常运转有至关重要的意义。那如何利用GPS OEM 来进行二次开发,产生高精度时钟发生器是一个研究的热点问题。如在DVB-T 单频网(SFN)中,对于时间同步的要求,同步精度达到几十个ns,对于这样高精度高稳定性的系统,如何进行商业级设计? 一、引言在电力系统的许多领域，诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准。利用 GPS 卫星信号进行对时是常用的方法之一。目前，市场上各种类型的GPS-OEM 板很多，价格适中，具有实用化的条件。利用GPS-OEM 板进行二次开发，可以精确获得GPS 时间信息的GPS 时钟系统（GPS 同步时钟）。本文就是以加拿大马可尼公司生产的SUPERSTAR GPS OEM 板为例介绍如何开发应用于电力系统的的GPS 时钟系统（GPS 同步时钟）。二、GPS 授时模块 GPS 时钟系统（GPS 同步时钟）采用SUPERSTAR GPS OEM 板作为GPS 接受模块，SUPERSTAR GPS OEM 板为并行12 跟踪通道，全视野GPS 接受模块。OEM 板具有可充电锂电池。L1 频率为1575.42MHz，提供伪距及载波相位观测值的输出和1PPS（1 PULSE PER SECOND）脉冲输出。OEM 板提供两个输入输出串行口，一个用作主通信口，可通过此串行口对OEM 板进行设置，也可从此串口读取国际标准时间、日期、所处方位等信息。另一个串行口

GPS卫星同步时钟使用说明书

专供电力系统使用JY系列 GPS卫星同步时钟产品手册烟台开发区吉友电气有限公司

一：概述随着我国电力事业的迅猛发展，对整个电力系统自动化的要求也越来越高，为了做到系统内的统一管理和调度，也就对系统内的时间统一提出了更高的要求。全球定位系统（GPS）主要由GPS卫星、地面监控系统和用户设备组成。其空间卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，每个轨道有3-4个卫星。轨道平均高度为20200km，卫星运行周期为11小时58分，其空间的配置可以保证在地球的任何时间、地点均至少可以观测到四颗卫星，加之GPS发射机用 1.5GHz 的载波频率，以载码的形式向地面发射信号，其传播和接收不受天气影响，因此GPS是一种全球性、全天候的连续实时的导航定位系统，其地面监控系统部分由5个监控站、3个注入站和1个主控站组成。用户部分包括GPS接收机、天线、数据处理软件及计算机设备。我公司的J Y系列GPS卫星同步时钟就是采用了当今世界先进的GPS技术，利用了美国GPS接收板，进行二次开发研制的产品，可同步于UTS、GPS、CLONASS系统，它广泛应用于电力、交通、通讯网络同步、数据同步等需要对时、记时、守时的领域。该产品功能强，体积小，使用安装方便，不受地域气候等条件限制，稳定性、可靠性更高。保证时钟时刻在线，全天候提供精确的时间信息。二、产品的应用范围 1.为电网自动化设备如远动及微机监控系统、微机故障录波及事件记录等智能设备提供精确的时间。 2.用于发电厂电量调度、电网工频监视、对发电机进行非线性励磁控制等。 3.用于实时同步相量测量，实时同步电能量数据采集。 4.用于故障测距、负荷控制等。 5.用于铁路运输系统、通讯系统等部门。三、产品的主要功能 1.可显示和输出精确的北京时间时、分、秒及公历日期年、月、日等。 2.可实现显示和输出电网的工频和周波钟时间，并可根据用户需要输出钟差。 3.可选择输出秒脉冲（PPS）或分钟（PPM）、小时（PPH）等时标同步脉冲信号及高压光耦、IRIG-B格式输出。 4.时钟装置是否与卫星同步用符号标示，未与卫星同步时在LCD视窗

GPS时间同步的原理与技术

GPS时间同步的原理与技术 GPS时间同步的原理与技术 1、有关时间的一些基本概念：（1）、时间（周期）与频率：互为倒数关系，两者密不可分，时间标准的基础是频率标准，所以有人把晶体振荡器叫‘时基振荡器’。钟是由频标加上分频电路和钟面显示装置构成的。（2）、四种实用的时间频率标准源（简称钟）： ◆晶体钟 ◆铷原子钟 ◆氢原子钟 ◆铯原子钟（3）、常用的时间坐标系：时间的概念包含时刻（点）和时间间隔（段）。时系（时间坐标系）是由时间起点和时间尺度单位--秒定义（又分地球秒与原子秒）所构成。常用的时间坐标系： ◆世界时（UT） ◆地方时 ◆原子时（AT） ◆协调世界时（UTC） ◆GPS时（4）、定时、时间同步与守时：

◆定时：是指根据参考时间标准对本地钟进行校准的过程）；授时（指采用适当的手段发播标准时间的过程）； ◆时间同步：是指在母钟与子钟之间时间一致的过程，又称时间统一或简称时统）； ◆守时：是指将本地钟已校准的标准时间保持下去的过程，国内外守时中心一般都采用由多台铯原子钟和氢原子钟组成的守时钟组来进行守时，守时钟组钟长期运行性能表现最好的一台被定主钟（MC）。 2、GPS时间是怎样建立的？为了得到精密的GPS时间，使它的准确度达到<100ns（相对于UTC （USNO/MC））： ◆每个GPS卫星上都装有铯子钟作星载钟； ◆GPS全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统； ◆采用UTC（USNO/MC）为参考基准。 3、GPS定位、定时和校频的原理（1）、GPS定位原理：是基于精确测定GPS信号的传输时延（Δt），以得到GPS卫星到用户间的距离（R）R=C×Δt ----------------------- [1]（式中C为光速）同时捕获4颗GPS卫星，解算4个联立方程，可给出用户实时时刻（t）和对应的位置参数（x、y、z）共4个参数。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ---- [2]（式中Xs、Ys、Zs为卫星的位置参数；Xu、Yu、Zu为用户的的位置参数）（2）、GPS定时原理：基于在用户端精确测定和扣除GPS时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定时与校准。GPS定时准确度取决于信号发射端、信号在传输过程中和接收端所引入的误差，主要误差有： ◆信号发射端：卫星钟误差、卫星星历（位置）误差； ◆信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多路径误差；

GPS时间同步的原理与技术

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