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项目十六 时钟系统 [项目实施] 任务一 现场教学认识设备 1．目标 1)掌握城市轨道交通时钟系统结构。 2)了解时钟系统组网模式及相关设备。 2．设备 一级母钟、二级母钟、数字子钟、指针子钟及连接线缆电源等。 3．实施步骤 1)认识设备：认识GPS接收装置、中心母钟、二级母钟、子钟等设备外观及设置位置。 2)学习城市轨道交通时钟系统组网模式，及各设备、接口的应用。 3)连接一级母钟、二级母钟、子钟及电源，使系统能正常运行。 任务二 时钟调整 1．目标 1)熟练掌握时钟系统故障时的有关作业规定。 2)掌握二级母钟指示灯各种告警的含义。 3)根据要求设置二级母钟及子钟。 2．设备 数字式子钟、指针式子钟、城市轨道交通关于时钟系统故障处理程序。 3．实施步骤 1)通过学习，熟练掌握城市轨道交通关于时钟系统故障处理程序。 2)操作：掌握数字式和指针式子钟的调整方法。 [拓展与提高] 一、GPS时钟原理 l.GPS系统的基本组成 GPS是由美国国防部研制的导航卫星测距与授时、定位和导航系统，简称全球定位系统。GPS由三部分构成：GPS卫星(空间部分)、地面支撑系统(地面监控部分)、GPS接收机(用户部分)。 2．GPS系统的定时原理 GPS向全球范围内提供定时和定位的功能，全球任何地点的GPS用户通过GPS接收机接收卫星发出的信号，即可获取准确的空间位置信息、同步时钟及标准时间。GPS要实时完成定位和授时功能，需要4个参数：经度、纬度、高度和用户时钟与GPS主钟标准时间的时刻偏差，所以需要接收4颗卫星的位置。若用户已知自己的确切位置，那么接收1颗卫星的数据也可以完成定时。 若设(x，y，z)为接收机的位置，(xn，yn，zn)为已知卫星的位置，则列解下列方程就可以得到x，y，z和标准时间T： 式中△T为用户时钟与GPS主钟标准时间的时差； Tn为卫星n所发射信号的发射时间； tn为卫星n上的原子钟与GPS主钟标准时间的时差； c为光速。 由于GPS采用被动定位原理，所以星载高稳定度的频率标准是精密定位和授时的关键。工作卫星上一般采用的是铯原子钟作为频标。GPS卫星上的卫星钟通过和地面的GPS主钟标准时间进行比对，这样就可以使卫星钟与GPS主钟标准时间之间保持精确同步。GPS卫星发射的几种不同频率的信号，都是来自卫星上同一个基准频率。GPS接收机对GPS卫星发射的信号进行处理，经过一套严密的误差校正系统处理，使输出的信号在较长时间内处于高稳定性。 二、二级母钟操作说明 二级母钟主要包括主母钟、备母钟、电源模块及通信模块等，如图16-6及16-7所示。 图16．6二级母钟外观示意图 * [知识要点] 1．掌握城市轨道交通时钟系统的设备组成。 2．掌握时钟系统为城市轨道交通的哪些用户服务。 3．了解时钟系统的组网模式及其特点。 [理论内容] 一、GPS时钟简介 1．关于时间的基本概念 (1)时间频率标准源 时钟频率标准源一般有四种：晶体钟、铷原子钟、氢原子钟、铯原子钟。晶体钟会老化，易受外界环境变化影响，对时钟长期精度产生漂移影响；原子钟长期使用后也会产生偏差，需要定时校准。 (2)定时、授时、时间同步、守时 定时——是指根据参考时间标准对本地钟进行校准的过程。 授时——是指采用适当的手段发播标准时间的过程。 时间同步——是指在母钟与子钟之间时间一致的过程，又称时间统一的过程。 守时——是指将本地钟与已校准的标准时间保持下去的过程。 2．GPS时钟的实现 时钟系统一般采用GPS(Globe Position System，全球卫星定位系统，简称GPS)标准时间信息，GPS接收模块示意图如图16-1所示。其工作基本流程是GPS接收模块通过接收天线接 收到GPS卫星信号，然后将卫星信号传送给微处理器计算出标准时钟，并将此时钟信息显示在液晶显示面板上；同时也可以通过外部接口如串口或以太网口传送给外部设备，为外部设备提供标准时钟信息。 图16-1 GPS接收模块的示意图 GPS时钟原理图 　 GPS同步时钟主要由以下几部分组成：GPS/GNSS接收机，其中可以为GPS/GLONASS/BD/GALILEO等，高精度OCXO或铷钟，本地同步校准单元，测差单元，误差处理及控制结构，输入输出等几部分。 3．GPS时钟的特点 传统的时钟在城市轨道交通企业中需要定期校时，这样操作人员工作量大，容易出现差错