基于GPS时间同步的分布式数据采集与监测系统研究.pdfVIP

维普资讯 第 1期 矿 山 测 量 NO．1 2004年 3月 MINE SURVEYING MaL2004 基于 GPS时间同步的分布式数据采集与监测系统研究 黄芳，崔希 民，何建设 ，王英 ，臧永强 (中国矿业大学 北京校 区，北京 100083) 摘要 ：根据 GPS授 时定位原理 ，研 究 了基于 GPS的时间同步方法 ，通过分析 同步采集卡硬件选择和 软件开发 ，初步实现 了分布式数据采集和监测 。 关键词 ：数据采集 ；同步采集 ；监测 中图分类号 ：P228．4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001—358X一(2004)0l一0015—03 差于 1980年 1月 6日0时为0，以后每 l8个月偏差 1 GPS授时与定位原理 增加 ls，UTC／GPS偏差 已达到 +l2s。 设 f 为信号从卫星至接 收机的传播时问；t表 对于数字通信 、有线 电视 网络 、电力系统等涉及 示卫星 s发射信号时的钟面时刻 ；t表示接收机 k接 时间信息的行业，也可 以选择使用方便 、廉价的 GPS 收到卫星信号时的钟面时刻 ；设卫星时钟与接收机 OEM板。它有两个输出端 口，一个是每秒输 出一个 时钟相对于 GPS标准时的钟差分别为 和6t；卫星 脉冲的 lpps秒脉冲端 口，另一个是输 出 GPS电文信 s发射信号的标准GPS时为 T；接收机 k接收到卫星 息的RS232接 口。GPSOEM 板在接收到的带有有 信号的标准 GPS时为 。则有 T =t一6t，T =t一 效时间信息 的卫星 电文后 ，输 出的秒脉 冲信号与 fk， =tk—t= ( — )+(艿fk一艿f)= +艿fk GPS时 问 的 同步误 差在 50ns内，与世 界 协调 时 一 。 定位信号从卫星至接收机 的传播时 问f 中包 (UTC)的同步误差在 l s内。将其应用到需要精密 含 了卫星和接 收机 的钟差 。假设 电离层和对流层折 授时的系统 中，可 以得到精度较高的时间同步系统 。 射影响经模型改正后的残差可忽略不计 ，则可得含 2 GPS时间同步的基本原理 钟差的伪距观测方程 ： P = c = c +C6tk— c6t 分布式数据采集与监控系统 的重要功能之一 ， 即 P =P+c6tk—c6t。 就是实现对数据 的同步采集和对状态 的同步监控 。 上式 中：p为站星几何距离 ；p 为伪距 。 实现这一系统的关键问题是提高 同步数据采集卡 的 卫星钟差可根据 GPS广播星历求 出，而接 收机 工作时间同步精度 。用 GPS实现分布式数据采集与 的钟差则作为未知量在定位解算过程 中求解 ，加上 监控系统时 问同步的基本原理见 图 l。 接收机在 GPS定位坐标系 中的三维坐标 ，解算过程 网 中共涉及到 4个未知数 。因此 ，单点绝对定位至少 要 同时观测 4颗卫星 ，获得 4个伪距观测方程才能 完成定位解码 。在定位 的同时定时 ，所求得 的接收 机钟差是相对 GPS标准 时间的偏差 ，其 精度优 于 30ns。当观测卫星数大于 4时 ，则 需列 出误差方程 采用最小二乘法求解 。 需要注意 的是 ，GPS时间应根据实 际需要转换 为本地时间或协调世界时 (UTC)。其 中，本地时间 等于 GPS时 问加上时区值 ；U