精确到毫秒的在线时钟(精确到毫秒的在线时钟校准)这都可以

随着卫星导航设备的广泛应用，其定位导航功能已被大家所熟知。而且《电子报》也曾刊载多篇相关文章，

 

       随着卫星导航设备的广泛应用，其定位导航功能已被大家所熟知而且《电子报》也曾刊载多篇相关文章，使得读者对卫星导航系统的优异性能有了进一步的了解       今天要跟大家聊聊卫星导航系统具有的精确授时的功能，而卫星导航系统在这方面的优越性能可能较少被关注。

       我国的北斗卫星导航系统、美国的GPS系统、苏联的格洛纳斯系统、欧盟的伽利略系统，是面向全球的四大卫星导航系统我国的北斗系统虽然起步较晚，但是进展最快，从北斗一代到北斗二代，现在开始布局北斗三代。

各个卫星导航系统的基本原理是一样的，下文就以GPS系统为例来讨论       GPS的全称是Global Positioning System，意即“全球定位系统”在卫星导航系统中，导航接收器接收4颗以上导航卫星发送的导航信号（导航电文），通过测算卫星信号传播的时延来测量“伪距”，并根据卫星导航电文中给出的这几颗卫星该时刻在天空中的座标，最终计算出自身所在的准确位置。

       学过平面几何的人都知道，如果已知平面上的某一点与另外两个位置确定的点之间的距离，那么这个点的位置也就可以确定了在立体空间中，则需要知道该点和另外三个位置确定的点之间的距离，才能确定该点的空间位置。

       在导航定位的过程中，导航接收器是通过“距离=电波传播速度×传播时间”这一公式来计算它与各卫星的相对距离的（内含待消除的误差）电磁波的传播速度是2.99792458×108米/秒（真空中，在空气中要略作修正），这是已知的。

那么，接收器是怎么得出某卫星发送的导航信号到达它的准确时延的呢？       原来，每一颗导航卫星上都搭载有高精度高稳定的铯原子钟或铷原子钟，这些原子钟都基本上同步于该导航系统时间（每一颗卫星上的时钟与整个系统时间之间的微小偏移，会由地面监视网络进行监测并得出各卫星钟的校正量，发射至卫星，各卫星在广播的导航电文中会加进这些时钟校正信息，从而消除它们的误差）。

各个导航卫星在发送导航电文时，除了当时它所在的精确空间座标外，还会发送卫星钟当时的准确时刻如果接收器中的时钟与该导航系统的时钟是保持同步或相差确切已知的时间，那么就可立即知道导航信号从某颗卫星到达接收器的时间差（时延），从而求出距离。

如果是这样，只需要收到三颗卫星的导航信号即可但是出于成本的考虑，接收器只会使用普通的石英谐振器来构成内部时钟硬件上的不足，可以通过软件来弥补，就是将该接收器时钟与导航系统时钟的钟差Δt作为一个未知数来求解。

为了得到接收器处的经度、纬度、高度，以及接收器的钟差，就有四个未知量需要求解，要解算至少由4个方程构成的联立方程组，所以要求能有效地接收到至少4颗卫星的导航信号       接收器由解算获得经度、纬度、高度、钟差，也就在接收器内部恢复了该导航系统在那一时刻的时间。

为了定位的准确，该接收器内建时钟当然也要达到相当高的精度以GPS系统为例，对为普通用户提供的标准定位服务（SPS）来说，即使在启用SA（选择可用性Selective Availability）的情况下，时间广播精度也在0.34微秒以内（95％概率），而SA加密干扰早已于2000年5月关闭。

因此，目前任一款GPS接收器都有能力提供精度优于1微秒的时间信号       从表1（50期12版，上周微信也有）中我们看到，导航卫星授时方式的授时精度特别高，且不受地域的影响       一般的导航接收器都是以串行信号的形式输出定位导航信息和头顶上空的导航卫星的部分参数，以及准确到秒或毫秒的日期时间信息。

同时，以秒脉冲的形式提供精确时间这种每秒一个的1PPS（1 Pulse per Second）脉冲信号的前沿，同步于UTC时间，精度在1微秒以内目前大部分导航接收器的秒脉冲同步精度已达到0.1～0.2微秒，而一些专用型GPS接收器则能达到10～20纳秒。

       导航接收器输出的日期与时间是世界协调时（Universal Time Coordinated，缩写为UTC），由于北京处于东8时区，所以北京时间是UTC时间加上8小时导航接收器的串行输出信号中，通常有GGA、GSA、GSV、RMC等输出语句。

其中，GGA输出语句中包含有定位与时间信息，RMC输出语句中则包含了定位、日期与时间信息下面就是一个RMC输出语句的例子：$GPRMC,121951.000,A,2827.3065,N,11954.7318,E,0.12,309.62,021017,,,A*63

       其确切含义见表5表5  RMC输出语句的格式域的含义实例单位解释语句代号 $GPRMC RMC语句的句首标识协调世界时时间 121951.000时时分分秒秒.秒秒秒定位状态 AA=资料可用，。

V=不可用纬度 2827.3065度度分分.分分分分北纬南纬标志 N N表示北纬，S表示南纬经度 11954.7318度度度分分.分分分分东经西经标志 E E表示东经，W表示西经对地速度 0.12范围0.00

～999.9节 (注)对地方向 309.62度实际值  (静止时此域为空)日期 021017日日月月年年  A总和检查码 *63 语句结束(注：1节=1海里/小时=1.852公里/小时 )

       有了准确的时钟源，就可以利用它来自动校准钟表以及其他计时设备了但是由于导航接收器的天线要直视天空，而一般钟表大多在建筑物内，为解决这一矛盾，我们专门制作了“导航卫星授时信息转发器”将该转发器天线安装于外墙上能直视天空的位置，转发器内的单片机在接收串行导航输出信息后，仅抽取其中的日期时间信息与定位状态，并把秒脉冲嵌入其中，然后仍以串行方式转发。

通过RS-485串行接口器件，以平衡差分传输方式，传送给各个受控时钟或别的计时设备根据RS-485串行接口标准，在广播方式下，接收器件的节点数可达数十个，传输距离可达1200米若采用“接力”方式，则节点数和传输距离几乎不受限制（但每300米增加1微秒的延时）。

       为了在任何时候都能提供准确时间，避免受短时停电等偶发因素的影响，计时设备内应该有时钟芯片用来保持时间       对于数显式钟表来说，下一步只要把时钟芯片的时间显示出来就行了       而指针式时钟，则要在几个齿轮上打上光电孔，并增设光电传感器，由单片机通过光电传感器来监视时钟的运行。

当时钟走时偏差超过允许值时，就调整步进电机驱动脉冲的时间间隔（提前或延后），达到校准的目的用这样的办法，可以很方便地达到0.05秒的走时控制精度，而且走时误差是不会积累的（准确地说，秒针在钟面的实际位置还要计入初始安装位置偏差及传动齿轮间隙的影响，秒针位置会有点偏差，这是出厂就有的偏差，它是不会累积的。

）       由于导航信号每一秒都在连续发送，因此钟表内的控制器每一秒都能得到1PPS秒脉冲信号，每一秒都可以对时钟的走时情况进行一次检查核对，并在必要时进行调整，因此始终可以维持相当高的计时精度尤其对某些特殊应用场合要求极高的专用钟表来说，还可以达到与1PPS秒脉冲相当的计时精度。

还有，用导航卫星授时，其授时精度不受地域限制所以，从技术指标上来说，导航卫星授时是其他授时方式难以比拟的       使用导航卫星授时信号来控制时钟，所达到的应用效果是显而易见的尤其在机场车站码头等公共场所，以及在调度指挥等重要场合。

在卫星授时信号的统一指挥下，所有时钟的秒针都严格同步地运转，所有数显钟表的数字都同步地跳动，不但避免了许多可能发生的差错，也意味着更高的工作效率和更好的经济效益       其他的计时设备，如学校等单位使用的自动打铃控制器，等同于上述的数显式钟表，在卫星授时信号的控制下，也同样会准确无误、“毫秒”不差了。

试想一下，象高考这样的全国性行动，如果所有考场都使用这类打铃控制器，那么在高考那天，全国所有考场的铃声就会在同一瞬间鸣响◇浙江 时码浙江超承电子科技有限公司提供卫星授时的大钟，有数显式和指针式，多种规格，适用于各公共场所。

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