京准电钟分享：GPS北斗卫星授时服务器工作原理详解

京准电钟分享：GPS北斗卫星授时服务器工作原理详解

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京准电钟官微——ahjzsz

1、定义

卫星授时设备是指利用源自 UTC 的时间输入信号，提供一种或多种类型的时间输出功能，并具有守时功能的设备。授时同步设备是独立型设备，可接受源自 UTC 的地面时间信号 的同步，也可接受卫星定位系统的时间同步，并为各种通信设备提供不同精度的时间同步信 号。授时同步设备可以是基于 NTP 输出接口的设备，可以是基于 PTP 输出接口的设备，或 者是基于多种时间输出接口的设备。

2、功能结构

a）对于独立型时间同步设备，应具备时间同步输入功能、本地时钟守时功能、时间同步输 出功能、监控管理功能，如图 1 所示。

授时设备

b）对于依附于其它通信设备的时间同步功能模块，其功能本规范不作要求，其性能可参照 本规范中的要求。

3、功能要求

3.1 时间同步输入功能

3.1.1 时间同步输入基本要求

时间同步设备可以通过卫星定位系统接收机或者地面时间输入信号获得时间同步。

3.1.2 卫星定位系统接收机

a) 应能配置基于GPS卫星定位系统或者基于北斗卫星定位系统或者其他卫星定位系统的 单模或者多模接收机。

b) 卫星定位系统接收机可以采用内置式或外置式。对于内置式卫星接收机，卫星接收机和 时间同步设备间的接口为内部接口，本规范不作要求。对于外置式卫星接收机，卫星接 收机和时间同步设备间的接口宜采用1PPS+ToD接口、IRIG接口或者DCLS接口。

c) 对于内置式卫星定位系统接收机，应能设置天馈线时延补偿功能。

3.1.3 地面时间输入

a) 应能支持以下一种或多种时间输入接口：

1) 1PPS＋ToD 接口

2) DCLS 接口

3) IRIG 接口

4) PTP 接口

5) NTP 接口

b) 应支持至少两路地面时间输入接口，多路时间输入接口间应能支持自动或人工倒换功 能。

c) 地面时间输入接口与内置式卫星定位系统接收机间应能支持自动或人工倒换功能。

d) 对于 1PPS＋ToD 接口、DCLS 接口、IRIG 接口，应支持设置电缆时延补偿功能。

e) 对于 1PPS＋ToD 接口，应支持设置时间和闰秒的功能。

f) 对于 PTP 接口，应支持 IEEE 1588V2 的功能。

 

3.2 本地时钟守时功能

3.2.1 内部振荡源

a) 应能配置不同类型的内部时钟。

b) 内部时钟的定时性能应能满足行标 YD/T 1012-1999 第 4.2 节规定中的要求。

c) 内部时钟应具有自由运行、快捕、锁定、保持的功能，应支持冗余配置的功能。

d) 当所有时间源均失效时，应能基于内部时钟提供守时功能。

3.2.2 频率同步接口

a) 应能通过频率同步接口获得守时所需的频率同步。

b) 应支持至少 1 路频率同步输入接口。

c) 应支持至少 1 路频率同步输出接口（可选）。

d) 频率同步输入/输出接口的类型可以为 2Mb/s、2MHz 或者 1/5/10MHz。

3.3 时间同步输出功能

a) 应支持以下一种或多种时间输出接口：

1) 1PPS＋ToD 接口

2) DCLS 接口

3) IRIG 接口

4) PTP 接口

5) NTP 接口

b) 应至少支持 8 路时间输出接口，其中 1PPS＋ToD 接口至少 4 路。

c) 应具有提供扩展输出口的能力（可选）。

d) 对于多路 NTP 和 PTP 输出接口，应支持不同接口间的物理隔离。

e) 应支持输出接口冗余配置的功能（可选）。

f) 对于每个 NTP 输出接口，应能处理每秒不少于 500 个 NTP 客户端的响应。

g) 对于每个 PTP 输出接口，应能处理每秒不少于 100 个 PTP 客户端的响应。

3.4 监控管理功能

3.4.1 时间输入信号的性能监测

a) 应能实时监测在用输入时间信号的时间偏差性能。

b) 应能实时监测备用输入时间信号的时间偏差性能（可选）。

c) 应能设置时间偏差性能监测门限，性能超限后应产生相应告警。

d) 应能长期监测时间偏差性能。

3.4.2 网管功能

a) 应至少有一个通信接口，可以配置为本地通信接口或远端通信接口，接口类型可以是 RS232 串行接口或以太网接口。

b) 网管通信采用 TL1 语言，或者采用 SNMP 协议。

c) 告警信息应能实时自动上报，应能保存至少 100 条最近的事件或告警信息。

d) 应能存储至少 1 天的性能监测数据。

e) 应能支持至少三级口令，并执行相应口令级别内允许的操作功能：

1) 一级(低级)：可读取数据；

2) 二级(中级)：可设置和修改设备中的参数或工作状态，并具有低级口令的全部功能；

3) 三级(高级)：可设置和修改用户/口令，并具有中级、低级口令的全部功能。

f) 应能配置本地维护软件，支持性能监测数据的收集和分析，支持性能监测数据的图形化 显示。

4、时间同步设备的性能要求

4.1 时间精度要求

a) 在正常跟踪于卫星接收机的情况下，各种时间接口的输出绝对时间精度要求如下：

1) 1PPS 接口＋ToD 接口：相对于 UTC 的时间偏差为150ns。

2) DCLS 接口：相对于 UTC 的时间偏差为300ns。

3) IRIG-B 接口：相对于 UTC 的时间偏差为20s。

4) NTP 接口：相对于 UTC 的时间偏差为2ms。

5) PTP 接口：相对于 UTC 的时间偏差为150ns（暂定）。

b) 在正常跟踪1PPS接口或1PPS+ToD信号的情况下，各种时间接口的输出相对时间精度要 求如下：

1) 1PPS 接口＋ToD 接口：相对于输入口的时间偏差为50ns。

2) DCLS 接口：相对于输入口的时间偏差为200ns。

3) IRIG-B 接口：相对于输入口的时间偏差为20s。

4) NTP 接口：相对于输入口的时间偏差为2ms。

5) PTP 接口：相对于输入口的时间偏差为50ns（暂定）。

c) 在跟踪其它地面时间信号情况下的输出时间精度要求待定。

4.2 时间稳定度要求

在正常跟踪卫星定位系统的情况下，1PPS接口输出信号的MTIE/TDEV应满足我国频率 同步网的1级基准时钟漂移产生的要求（观察时间待定）。

在正常跟踪1PPS+ToD信号时，1PPS接口输出信号的MTIE/TDEV应满足我国频率同步网 的2级和3级节点时钟漂移产生的要求（观察时间待定）。

4.3 守时精度的要求

a) 当时间同步输入功能失效时，在时间同步设备内部时钟正常跟踪于我国1级基准时钟的 定时信号时，通过1PPS接口或PTP接口进行观测，在3天之内的相对守时精度应优于

1s。

b) 当时间同步输入功能失效时，在时间同步设备内部时钟无法正常跟踪于我国1级基准时 钟的定时信号时，对于内部时钟配置为同步网2级节点时钟的时间同步设备，通过1PPS 接口或PTP接口进行观测，在1天之内的相对守时精度应优于5s；对于内部时钟配置

为同步网3级节点时钟的时间同步设备，通过1PPS接口或PTP接口进行观测，在1天之内 的相对守时精度应优于0.1ms。

4.4 内部时钟的性能要求

内部时钟的时钟频率准确度、牵引入/保持入范围、保持特性、噪声产生应满足 YD/T 1012-1999 第 4.2.节的相关要求。

4.5 时间源倒换的性能要求

4.5.1 时间源倒换性能

对于独立型时间同步设备，在采用卫星定位系统接收机，或者 1PPS＋ToD 接口、PTP 接口地面时间输入接口时，当不同时间接口间发生人工或自动倒换时，或者时间同步设备进 入/退出守时工作状态时，通过 1PPS 接口或 PTP 接口进行观测，在 1000 秒之内的时间精度 变化应在 240ns 以内（暂定）。

对于依附于其它通信设备的时间同步功能模块，在时间源发生倒换时，通过 1PPS 接口 或 PTP 接口进行观测，在 1000 秒之内的时间精度变化应在 1000ns 以内（暂定）。

4.5.2 设备保护倒换性能

对于独立型时间同步设备，对于冗余配置（如内部时钟、输出接口等）的保护倒换，通 过 1PPS 接口或 PTP 接口进行观测，在 1000 秒之内的时间精度变化应在 240ns 以内（暂定）。

5、时间同步设备协议安全要求

主要针对 NTP 或 IEEE 1588V2 的时间接口。

5.1 用户接入控制

时间同步设备应具有选择地开放响应 IP 功能和以太网帧控制功能，以保证时间同步设 备稳定、高效运行，避免无关 IP 请求的干扰。

5.2 性能超限监控

时间同步设备应具有能够对客户端的时间偏差进行检测，当时间偏差超限时，需要产生 告警同时停止对客户端发送响应包。时间偏差限值可通过网管设置。

5.3 协议加密（可选）

为了防止报文被非法截获和篡改，时间同步设备应具有对报文进行数据加密的功能。

8 时间同步设备的物理接口要求

a) 1PPS＋ToD 接口 对于1PPS接口：

1) 准时沿：上升沿，上升时间 ≤50ns。

2) 脉冲宽度: 20ms～200ms。

3) 电平：支持 TTL 电平或 RS422 电平，阻抗 50 欧姆或 100 欧姆。

4) 采用同轴电缆（SYV-2-1-75）和 TTL 电平的传送距离不小于 200 米，采用 RJ45 接

口和 RS422 电平的传送距离不小于 1000 米。

对于ToD接口：

1) 接口类型：支持 RS232 或者 RS422 接口。

2) 连接器及线序要求：待定。

3) 协议：NMEA（暂定）。

4) 采用同轴电缆（SYV-2-1-75）和 TTL 电平的传送距离不小于 200 米，采用 RJ45 接 口和 RS422 电平的传送距离不小于 1000 米。

b) DCLS 接口：上升沿，上升时间≤50ns。采用同轴电缆（SYV-2-1-75）的传送距离不小 于 200 米。

c) IRIG-B 接口：高电平不低于 5V，调制比 2：1～6：1 可调，典型调制比为 3：1（暂定）。 采用同轴电缆（SYV-2-1-75）的传送距离不小于 200 米。