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GPS北斗网络时钟同步器（卫星时钟发生器）插卡式模组设计方案

来源：博客园

GPS北斗网络时钟同步器（卫星时钟发生器）插卡式模组设计方案


(相关资料图)

GPS北斗网络时钟同步器（卫星时钟发生器）插卡式模组设计方案

京准电子科技官微——ahjzsz

4.1 时间同步系统功能

时间同步系统的主要功能就是为变电站用时设备提供全站统一的时间基准。时间同步系统应以天基授时为主，地基授时为辅，逐步形成天地互备的时钟同步体系；天基授时应采用以北斗卫星对时为主、全球定位系统（GPS）对时为辅的单向授时方式；地基授时应采用以本地时钟守时为主、通信系统同步网资源为辅的对时方式。

装置应具备同时接收GPS、北斗、地面时间中心通过有线网络传递的时间信号的能力，以组成天地互补的、三源互比的时间系统，满足高精度、高可用的目标。

时间信号接收（输入）单元通过接收以无线或有线手段传递的时间信号，获得1pps和包含北京时间时刻和日期信息的时间报文，1pps的前沿与UTC秒的时刻偏差不大于1μs，该1pps和时间报文作为变电站主时间。

4.2 时间同步系统组成

时间同步系统由：主钟、扩展时钟及传输介质组成。

4.3 时钟技术要求与指标

时钟由：时间信号同步单元、守时单元、时间信号输出单元、显示与告警单元组成。

4.3.1 时间信号同步单元技术要求

4.3.1.1时间信号同步单元接收基准时间信号，并将本地时间同步到基准时间。

4.3.1.2时间信号同步单元应能同时接收：

A北斗基准时间信号；

B GPS基准时间信号；

C地面时间中心通过网络传递来的基准时间信号（在地面时间中心存在时）；

4.3.1.3时间同步系统应实现双主钟配置。

4.3.1.4优化时间源切换机制。时间同步装置在进行时间源选择和切换时，应采用多源判决机制，结合本装置时间、北斗、GPS和地面时间源进行综合判断，确保时间同步装置输出时间的连续性和准确性。

4.3.2时间信号同步单元技术指标

4.3.2.1卫星授时接口

A接收天线。

a） 工作温度：－40℃～＋70℃。

b） 工作湿度：100％，结露。

c） 天线安装：安装位置应视野开阔，可见绝大部分天空。天线高出屋面距离不要超过正确安装所必需的高度，要有防雷装置，以尽可能减少雷击危险。

d） 天线电缆： 应根据其现场情况选择合适的电缆，以保证接收器需要的信号强度。

B 北斗接收器。

a） 接收载波频率：1561.098MHz。

b） 接收灵敏度：－127.6dBmW。

c） 授时精度：≤100ns（单向）。

C GPS接收器。

a） 接收载波频率：1575.42MHz（L1信号）。

b） 接收灵敏度：捕获＜－160dBW，跟踪＜－163dBW。

c） 同时跟踪：冷启动时，不少于4颗卫星；热启动时，不少于1颗卫星。

d） 捕获时间：热启动时，＜2min；冷启动时，＜20min。

e） 定时准确度：≤1μs（1pps相对于UTC时间）。

4.3.2.2地面有线授时接口

采用SDH光通信网络的E1通道作为承载时间业务的通道，该E1通道应满足：

A物理接口：G.703 标准，非平衡，75Ω； 平衡120Ω。（可选）

B数据速率：2.048Mbit/s（±50ppm）。

C帧结构：非成帧方式。

F 同步方式：本端同步（主同步）；提取同步（从同步）。（根据需要选择）

E 同步接口：（可选）

a 2Mbit，G.703；

b 2MHz，2.048MHz方波，Up-p为2V。

F 通道工作方式：通道可以配置成保护方式

G 通道保护方式：1＋1保护、通道保护、复用段保护、子网保护。

H通道同步方式：通道两端的通信系统必须保持全同步方式。

4.3.3 时间信号输出单元技术要求

4.3.3.1输出单元应保证时间信号有效时输出，时间无效时应禁止输出或输出无效标志。

4.3.3.2在多时间源工作模式下，时间输出应不受时间源切换的影响。

4.3.3.3主时钟时间信号输出口在电气上均应相互隔离。

4.3.3.4时间输出信号方式有：脉冲信号、IRIG-B码、串行口时间报文、网络时间报文等。

4.3.3.5脉冲信号

脉冲信号有lpps、lppm、lpph或可编程脉冲信号等。其输出方式有TTL电平、静态空接点、RS-422、RS-485和光纤等。技术参数如下：

A 脉冲宽度：10～200ms。

B TTL电平：

a 准时沿：上升沿，上升时间≤100ns；

b 上升沿的时间准确度：≤1μs。

C 静态空接点：静态空接点与TTL电平信号的对应关系为接点闭合对应TTL电平的高电平，接点打开对应TTL电平的低电平，接点由打开到闭合的跳变对应准时沿。

a 准时沿：上升沿，上升时间 ≤1μs；

b 上升沿的时间准确度：≤3μs；

c 隔离方式：光电隔离；

d 输出方式：集电极开路；

e 允许最大Uce电压：220VDC；

f 允许最大Ice电流：20mA。

D RS-422，RS-485：

a 准时沿：上升沿，上升时间≤100ns；

b 上升沿的时间准确度：≤1μs。

E 光纤：使用光纤传导时，亮对应高电平，灭对应低电平，由灭转亮的跳变对应准时沿。

a 秒准时沿：上升沿，上升时间≤100ns；

b 上升沿的时间准确度：≤1μs。

4.3.3.6IRIG-B码

IRIG-B码应符合IEEE C37.118-2005的规定。

A IRIG-B（DC）码。

a 采用IRIG-B000格式；

b 每秒1帧，包含100个码元，每个码元10ms；

c 脉冲上升时间：≤100ns；

d 抖动时间：≤200ns；

e 秒准时沿的时间准确度：优于1μs；

f 接口类型： TTL电平、RS-422、RS-485或光纤；

g 使用光纤传导时，灯亮对应高电平，灯灭对应低电平，由灭转亮的跳变对应准时沿。

B IRIG－B（AC）码。

a 载波频率：1kHz。

b 频率抖动：≤载波频率的1％。

c 信号幅值（峰峰值）：高幅值为3V～12V可调，典型值为10V；低幅值符合3:1～6:1调制比要求，典型调制比为3:1。

d 输出阻抗：600Ω，变压器隔离输出。

e 秒准时点的时间准确度：优于20μs。

f 采用IRIG-B120格式。

4.3.3.7串行口时间报文

A 串行口参数。

a 波特率：1200、2400、4800、9600、19200 bit/s可选，缺省值为9600 bit/s；

b 数据位：7位或8位；

c 起始位：1位；

d 校验位：偶校验、奇校验或无校验；

e 停止位：1位或2位。

B 串行口时间报文格式。报文发送时刻，每秒或每分输出1帧，或根据请求输出1次（帧），或用户指定的方式输出。帧头为＃，与秒脉冲（1PPS）的前沿对齐，偏差小于5ms；波形见下图，下表为串行口标准时间报文格式。

4.3.3.8网络时间同步

a 网络接口：电缆接口或光缆接口。

b 支持以下授时协议：

1） RFC 1305（NTP）或RFC 2030（SNTP）；

2）（可选）IEEE 1588（PTP），要同时具备E2E和P2P两种授时模式，要同时支持在IPV4用户数据包（UDP）上的传输，和在IEEE802.3/Ethernet上的传输。

4.3.3.9 时间同步信号、接口类型与时间同步准确度的对照

为保证时间准确度及信号传输的质量，用时设备或系统可按下表选用不同信号接口。

时间同步信号、接口类型与时间同步准确度的对照

接口类型

光纤

RS-422，RS-485

静态空接点

TTL

AC

RS-232C

FE（RJ-45）

1PPS

1 μs

1 μs

3 μs

1 μs

—

—

—

1PPM

1 μs

1 μs

3 μs

1 μs

—

—

—

1 PPH

1 μs

1 μs

3 μs

1 μs

—

—

—

串口时间报文

～10 ms

～10 ms

—

—

—

～10 ms

—

IRIG-B（DC）

1 μs

1 μs

—

1 μs

—

—

—

IRIG-B（AC）

—

—

—

—

20 μs

—

—

网络授时（NTP）

—

—

—

—

—

—

1 μs

网络授时（PTP）

—

—

—

—

—

—

1 μs

4.3.4守时单元技术要求

4.3.4.1 守时单元应采用高精度、高稳定性的恒温晶体作为本地守时时钟。

4.3.4.2 守时单元应包括本地守时时钟和辅助电源（电池）。

4.3.4.3 时间信号同步单元正常工作时，守时单元的时间被同步到基准时间，当接收不到有效的基准时间信号时，应在规定的保持时间内，输出符合守时精度要求的时间信号。

4.3.4.4守时单元技术指标

守时精度：采用高守时恒温晶振：守时精度优于1μs/h。

4.3.5显示与告警单元技术要求

4.3.5.1本地人机界面，包括：

A 电源状态指示；

B 外部时间基准信号指示；

C 时间同步锁定指示（本地晶振时间与外部基准时间有效同步）；

D 告警显示；

E 时间显示。

4.3.5.2 告警空接点：

将电源告警、时间有效性等严重告警以空接点的形式输出。

4.3.5.3 外部信息接口：

外部信息接口应能通过网络接口或串口输出信息，包括：

A 配置信息，包括：模块配置、固定时延补偿配置；

B 告警信息，包括：失锁告警、中断告警、电源告警等；

C 状态信息，包括：守时状态、当前时间源、各时间源状态及各时钟源的偏差。

4.3.6时间同步监测技术要求

时间同步装置支持独立的时间同步监测模块用于监测时间同步装置及被授时设备的时间同步状态，技术要求如下:

a) 主时钟及子时钟装置均应支持NTP、GOOSE时间同步监测接口。网口数量应不少于4个，GOOSE（光纤）接口数量应不少于2个，监测接口应能根据现场需要进行扩展；多模光纤对时接口应不少于2个

b) 应支持通过NTP或者GOOSE方式获取被监测装置对时偏差的功能；

c) 监测被授时设备对时偏差宜采用轮询方式，轮询周期可设，默认为1小时，按照轮询周期定期轮询被监测设备的对时偏差；

d) 应具备对时偏差监测告警门限设置及调整功能，默认告警门限值为10ms；

e) 应支持DL/T 634.5104规约，DL/T 860传输规约；

f) 应具备数据召唤上传和超限自动上传功能；

g) 应具备数据存储功能，数据至少保存半个月。

4.4 传输介质的技术要求与指标

4.4.1 传输介质的技术要求

主钟时间信号输出单元和时钟扩展单元要能支持使用同轴电缆、屏蔽控制电缆、音频通信电缆、光纤等传输介质来传递时间信号。

4.4.2 传输介质的技术指标

4.4.2.1同轴电缆。用于高质量地传输TTL电平信号，如lpps 、lppm、 lpph和 IRIG-B（DC）码TTL电平信号等，传输距离小于或等于15m。

4.4.2.2 屏蔽控制电缆。

A 用于传输静态空接点脉冲信号，传输距离小于或等于50m；

B 用于在保护室内传输RS-232接口信号，传输距离小于或等于15m；

C 用于在保护室内传输RS-422、RS-485接口信号，传输距离小于或等于150m；

4.4.2.3音频通信电缆。用于传输IRIG-B（AC）信号，传输距离小于或等于1000m。

4.4.2.4 光纤。用于远距离传输各种时间信号，传输距离取决于光纤的类型。

4.4.3 同一室内的时间同步系统设备之间及时间同步系统与外部设备之间的连接采用屏蔽控制电缆或多模光缆，应支持PMU装置光缆对时（对时精度优于±1µs，守时精度1h内不超过55µs。对时信号类型采用IRIG-B（DC）码。对时信号采用光纤传输，光纤连接器采用820nm多模光纤接口。）；跨小室的经过屋外配电区电缆沟的时间同步系统设备之间的连接采用光缆。

4.4.4 投标人应负责将站内后台、测控、保护装置全部对时正确，相关设备协调费用由中标人自行负责。

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