通信工程师外时间基准同步GPS系统

本模块首先给出外时间基准同步的概念，然后具体介绍GPS系统的概念、组成等内容。

一、外时间基准同步的概念

外时间基准同步的概念：

外时间基准同步方式是指数字通信网中所有节点的时间基准依赖于该节点所能接收到的外来基准信号。通过将本地时钟信号锁定到外来时间基准信号的相位上，来达到全网定时信号的同步。

外时间基准同步的特点：

这种时间基准信号的频率精度很高（大都采用铯钟），传输路径与数字信息通路无关。但是，这种信号只有在外时间基准信号的覆盖区才能采用，非覆盖区无法采用。同时，外时间基准信号还得采用专门的接收设备。

目前常用的外时间基准信号

GPS（Globe Positioning System）

GLONASS（Global Navigation Satellite System）

GLONASS是前苏联紧跟美国GPS研究发展的卫星导航定位系统，其工作原理与GPS相似，但目前的应用没有GPS广泛。

　　二、GPS系统

1、GPS系统的概念

GPS（全球定位系统）是美国国防部组织建立并控制的卫星定位系统，它可以提供三维定位（经度、纬度和高度）、时间同步和频率同步，是一套覆盖全球的全方位导航系统。

2、GPS系统组成

GPS系统可以分为3部分：GPS卫星系统、地面控制系统和用户设备。

　　GPS卫星系统

GPS卫星系统包括24颗卫星，分布在6个轨道上，其中3颗卫星作备用。每个轨道上平均有3~4颗卫星。每个轨道面相对于赤道的倾角为55度，轨道平均高度为20 200km,卫星运行周期为ll小时58分。这样，全球在任何时间、任何地点至少可以看到4颗卫星，最多可以看到8颗。每颗卫星上都载有铷钟，称为卫星钟，接受地面主钟的控制。

地面控制系统

地面控制系统包括1个主控站（MCS）、5个监控站（MS）和3个地面站（GA）。

监控站的作用

分布在不同地域，能够同时检测多达ll颗卫星。监控站对收集来的数据并不做过多的处理，而将原始的测试数据和相关信息送给主控站处理。

主控站的作用

根据收集来的数据估算出每个卫星的位置和时间参数，并且与地面基准比较，然后形成对卫星的指令。这些新的数据和指令被送往卫星地面站，通过卫星地面站发送出去，卫星按这些新的数据和指令进行工作，并把有关数据发送给用户。在主控站中用于比对的同步基准由美国海军天文台控制，它是原子钟与协调世界时（UTC）比对后的信号，这样就使卫星钟与GPS主时钟之间保持精确同步。

用户设备

用户设备指GPS接收机，包括天线、馈线和中央处理单元。其中中央处理单元由高稳晶振和锁相环组成，它对接收信号进行处理，经过一套严密的误差校正，便输出的信号达到很高的长期稳定性。定时精度能够达到300ns以内。

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