GPS授時伺服器在廣播電視播出系統中的應用

GPS授時伺服器在廣播電視播出系統中的應用

GPS授時伺服器在廣播電視播出系統中的應用

京準電子科技 開發設計的GPS授時伺服器 

型號 HR-901GB

　一、廣播電視校時方式

　　在廣播電視系統中，特別是在自動播出系統中，實時時鐘有著重要的作用。地方電視臺要在19：00整準時轉播中央電視臺新聞聯播，在電視節目的播出中，應客戶要求需要準時插播廣告，包括播出系統中主備工控機之間的切備等都必須準確、同步守時。原先各臺基本都採用中央一套、二套節目電視訊號中場逆程第16行傳送的標準時間頻率經專用裝置解碼後進行校時，但有時衛星訊號接收和微波傳輸可能會受到干擾等不可預見的原因，使得校時有誤。現在基本都更換為安全性、穩定性及精度更高且裝置簡單的GPS校時系統進行校時。

　　二、GPS系統簡介

　　1、概況

　　GPS全稱 “ 全球定位系統 ” （Global  Positioning  System）,七十年代由美國國防部投資建造，到1994年全面建成。GPS系統包括三大部分：空間部分 —— GPS衛星星座；地面控制部分 —— 地面監控系統；使用者裝置部分 —— GPS訊號接收機。

　　空間部分：GPS衛星星座由21+3顆GPS導航衛星組成（3顆備用），均勻配置在6個軌道平面上（每軌道面四顆），執行週期約為11小時58分，軌道傾角為55度。衛星的分佈使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛星，並能保持良好定位解算精度的幾何圖形（DOP），這就提供了在時間上連續的全球導航能力。每個衛星上都配備了微型的星載鍾，它發播的訊號能覆蓋全球各個角落。因此GPS能在全球範圍內提供精確的時間頻率。

　　地面控制部分：提供GPS衛星的衛星星曆（對於GPS使用者而言GPS衛星是一種動態已知點，是根據衛星傳送的衛星星曆算出來的。所謂 “ 衛星星曆 ” ，是一系列描述衛星執行及其軌道的引數）。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處於同一時間標準 —— GPS時間系統。地面監控系統的站點包括一個主控站，三個注入站和五個監測站。監測站是一種無人值守的資料採集中心，設有GPS使用者接收機、原子鐘、收集當地氣象資料的感測器和進行資料初步處理的計算機，監測站的主要任務是取得衛星觀測資料並將這些資料傳送至主控站。主控站的主要任務是收集各監測站對GPS衛星的全部觀測資料，利用這些資料計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值,編算導航電文,控制和協調各個監測站和注入站的工作及排程衛星。注入站的主要任務是在每顆衛星執行至上空時把導航電文注入GPS衛星，這種注入對每顆GPS衛星每天進行一次，並在衛星離開注入站作用範圍之前進行最後的注入。

　　GPS接收機按用途可分為：導航型、授時型和測地型接收機。在電視播出系統中，一般採用授時型GPS接收機，這類接收機主要利用GPS衛星提供的高精度時間標準進行授時。

　　2、授時型GPS接收機

　　GPS接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。

　　GPS訊號有兩個載波頻率：L1=1575.42M，L2=1227.60M，一般授時型GPS接收機只使用L1=1575.42M這一頻段。天線單元變換、放大接收到的GPS訊號，並傳給接收單元，接收單元實時計算出時間並輸出時間編碼，以供GPS子鍾顯示和外部裝置的校時。

　　授時型GPS接收機測時方法有兩種：一為單站單機測時法，一為共視法。單站單機測時就是應用一臺GPS接收機，在一個已知座標的觀測站上進行測時的方法，需觀測一顆GPS衛星便可得到標準時間。共視法則是在兩個觀測站上各設一臺GPS接收機，並同步觀測同一衛星來測定兩使用者的相對偏差，從而達到減少誤差的目的，一般測時精度可達數十毫微秒。實際應用中我們一般採用單站單機測時法。

　　3、GPS接收機輸出訊號模式

　　GPS接收機輸出的時間訊號有兩種，一種用於GPS子鐘的時鐘顯示，各廠家生產的訊號模式都有所不同，一般有TTL電平秒脈衝（電晶體 —— 電晶體邏輯電路Transister-Transister-Logic），RS-422方波輸出等等；另一種為時間編碼資訊，透過RS-232或RS-422輸出給播出工控機進行授時，不同廠家的輸出時間編碼也常不同。

　　三、系統例項

1、校時系統框圖如下

 　 　　　  

　　2、工作流程

　　GPS衛星天線接收GPS衛星發出的帶標準時間資訊的1575.42M載波訊號，經變換放大後傳給GPS接收機處理，GPS接收機實時計算出標準時間，並分別編碼為TTL訊號和RS-232/RS-422訊號。TTL訊號輸出到GPS子鍾，使子鍾直接顯示出時間。RS-232/RS-422訊號經RS-232/RS-422分配器分配給各個播出工控機，工控機的校時程式透過串列埠接收訊號，解出標準時間，並對本機校時，得以實現各工控機時間與標準時間同步的目的。

　　四、常見的問題

　　1、GPS天線應朝向天空，不得有遮擋物。

　　2、由於GPS訊號的載波頻率一般使用L1=1575.42M，所以應避免外來該頻段訊號的干擾。

　　3、RS-232訊號的一般傳輸距離只有15～20米，傳輸距離太長可採用RS-422訊號，或在兩邊各加一個RS-232轉RS-422的轉接頭實現長距離傳輸。

　　4、如GPS授時接收機與GPS子鍾分開採購，還應先與廠家確認GPS接收機和GPS子鐘的時間碼是否匹配，否則GPS子鍾無法正常顯示時間。