GPS校時器在廣播電視行業的應用

　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。原先各臺基本都采用中央一套、二套節目電視信號中場逆程第16行傳送的標準時間頻率經專用設備解碼后進行校時，但有時衛星信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**性、穩定性及精度更高且設備簡單的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**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；用戶設備部分——GPS信號接收機。

　　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），運行周期約為11小時58分，軌道傾角為55度。衛星的分布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，并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鐘，它發播的信號能覆蓋全球各個角落。因此GPS能在全球范圍內提供**的時間頻率。

　　地面控制部分：提供GPS衛星的衛星星歷（對于GPS用戶而言GPS衛星是一種動態已知點，是根據衛星發送的衛星星歷算出來的。所謂“衛星星歷”，是一系列描述衛星運行及其軌道的參數）。地面監控系統另一重要作用是保持各顆衛星處于同一時間標準——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數據采集中心，設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象數據的傳感器和進行數據初步處理的計算機，監測站的主要任務是取得衛星觀測數據并將這些數據傳送至主控站。主控站的主要任務是收集各監測站對GPS衛星的全部觀測數據，利用這些數據計算每顆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調度衛星。注入站的主要任務是在每顆衛星運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，并在衛星離開注入站作用范圍之前進行*后的注入。

　　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，一般采用授時型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信號有兩個載波頻率：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信號，并傳給接收單元，接收單元實時計算出時間并輸出時間編碼，以供GPS子鐘顯示和外部設備的校時。

　　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，在一個已知坐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，并同步觀測同一衛星來測定兩用戶的相對偏差，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采用單站單機測時法。

　　3、GPS接收機輸出信號模式

　　GPS接收機輸出的時間信號有兩種，一種用于GPS子鐘的時鐘顯示，各廠家生產的信號模式都有所不同，一般有TTL電平秒脈沖（晶體管——晶體管邏輯電路Transister-Transister-Logic），RS-422方波輸出等等；另一種為時間編碼信息，通過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、系統實例

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信息的1575.42M載波信號，經變換放大后傳給GPS接收機處理，GPS接收機實時計算出標準時間，并分別編碼為TTL信號和RS-232/RS-422信號。TTL信號輸出到GPS子鐘，使子鐘直接顯示出時間。RS-232/RS-422信號經RS-232/RS-422分配器分配給各個播出工控機，工控機的校時程序通過串口接收信號，解出標準時間，并對本機校時，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、由于GPS信號的載波頻率一般使用L1=1575.42M，所以應避免外來該頻段信號的干擾。

　　3、RS-232信號的一般傳輸距離只有15～20米，傳輸距離太長可采用RS-422信號，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子鐘分開采購，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子鐘無法正常顯示時間。