北斗一号授时技术及在电力系统中应用

一．引言 
      对于一个进入信息社会的现代化大国，导航定位和授时系统是最重要的，而且也是最关键的国家基础设施之一。精密时间是科学研究、科学实验和工程技术诸方面的基本物理参量。它为一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时基坐标。精密授时在以通信、电力、控制等工业领域和国防领域有着广泛和重要的应用。现代武器实(试)验、战争需要它保障，智能化交通运输系统的建立和数字化地球的实现需要它支持。现代通信网和电力网建设也越来越增强了对精度时间和频率的依赖。从建立一个现代化国家的大系统工程总体考虑，导航定位和授时系统应该说是基础的基础。它对整体社会的支撑几乎是全方位的星基导航和授时是未发展的必然趋势。 
      目前的卫星授时同步技术主要有美国的全球卫星导航系统GPS、俄罗斯的全球导航卫星系统GLONASS、中国的北斗一号导航定位系统和欧盟的伽利略全球导航定位系统Galileo,基于授时的安全考虑，现阶段国内电力企业主要依赖全球卫星定位系统GPS时间同步技术，但GPS受美国限制，且GPS是免费使用，因此可靠性低，自主性差。为了满足电力生产业务及管理业务等方面对时间的需求和安全需要，有必要对北斗一号授时时间同步技术进行研究和推广应用。在本文中只介绍北斗授时技术及在电力系统的应用。 
      本文所指的时间同步是指网络各个节点时钟以及通过网络连接的各个应用界面时钟的时刻和时间间隔与协调世界时(UTC)同步。 
二．北斗授时原理及特点 
1．北斗一号授时原理 
      授时是指接收机通过某种方式获得本地时间与北斗标准时间的钟差，然后调整本地时钟使时差控制在一定的精度范围内。 
      卫星导航系统通常由三部分组成：导航授时卫星、地面检测校正维护系统和用户接收机。对于北斗一号局域卫星系统，地面检测中心要帮助用户一起完成定位授时同步。 
      在北斗导航系统中，授时用户根据卫星的广播或定位信息不断的核准其时钟钟差，可以得到很高的时钟精度；根据通播或导航电文的时序特征，通过计数器，可以得到高精度的同步秒脉冲1pps信号，用于同/异地多通道数据采集与控制的同步操作。 
      “北斗一号”为用户机提供两种授时方式：单向授时和双向授时。单向授时的精度为100ns，双向授时的精度为20ns。在单向授时模式下，用户机不需要与地面中心站进行交互信息，只需接收北斗广播电文信号，自主获得本地时间与北斗标准时间的钟差，实现时间同步；双向授时模式下，用户机与中心站进行交互信息，向中心站发射授时申请信号，由中心站来计算用户机的时差，再通过出站信号经卫星转发给用户，用户按此时间调整本地时钟与标准时间信号对齐。