基于GPS的以太網授時系統報告的主要內容一、系統概述二、調研的相關資料和各個部分的實現三、計劃按排四、重點與難點五、存在的問題系統概述準確時間的重要性

系統的時鐘對系統來說是非常重要的，系統運行時各種文件的產生，錯誤日志報告的生成，以及各種狀態信息報錯的時間等，為了為系統提供一個相對較準的基準時鐘，以判斷各種錯誤產生的先后順序，進而對發生的錯誤進行準確的定位，我們設計了這樣的授時系統。該系統主要包括三個部分：第一GPS受時模塊，主要是接收GPS信號并對此進行解碼得出時間信息；第二基于單片機的網絡傳輸系統，其目的是考慮到整個系統的工作環境，各個廳之間是相互屏蔽的，參考國家受時中心所采用的受時方案，多極受時服務器。他所采用的服務器是PC機。在本系統中考慮到環境和資源的因素，采用單片機作為受時服務器第三USB部分，要求通過USB口傳送到各個設備上，同時在USB開發部分還要求運行在不同的平臺下，初步確定為WINDOWS、UNIX、VAXWORKS。

調研相關資料GPS部分1．GPS基本知識GPS工作原理基本的信號結構及準確率GPS應用其他導航系統

GPS工作原理一般民用GPS使用的是GPS系統的L1載波，頻率為1575.42MHz。在這個載波頻率上面以調相方式加載了兩種不同的偽隨機噪聲碼：C/A碼和P碼

接收機“知道”了自己與衛星的距離，并不能計算出自己的位置，因為它不知道衛星在發射電波時的位置，因此在衛星載波上面，還加載了一個50Hz的導航電文，這個導航電文包括了：衛星的軌道參數、時鐘參數、軌道修正參數、大氣對GPS信號折射的修正值等等GPS接收機在計算前進速度的時候，用的是多普勒效應GPS工作原理GPS是NAVSTAR/GPS（NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem）的簡稱，是由美國國防部研制的導航衛星測距與授時、定位和導航系統，由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成，這24顆衛星等間隔分布在6個互成60度的軌道面上，這樣的衛星配置基本上保證了地球任何位置均能同時觀測到至少4顆GPS衛星。GPS由三部分構成：一是GPS衛星（空間部分）：21顆工作衛星，3顆備用衛星；二是地面支撐系統（地面監控部分）：1個主控站，3個注入站，5個監測站；三是GPS接收機（用戶部分）：接收GPS衛星發射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。

GPS接收機的定位實際是就是通過計算接收機距不同衛星的距離來完成的.

第四顆衛星的用處是提供時間基準，給GPS接收機用來計算接收機距離其他三顆衛星的距離：有了時間基準，接收機就可以測量從其他三顆衛星到達接收機的時間，然后把時間轉換成距離。

基本的信號結構及準確率

若設（x，y，z）為接收機的位置，（xn，yn，zn）為已知衛星的位置，則列解下列方程就可以得到x，y，z和標準時間T：

(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=C2(T+ΔT-T1-τ1)

(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=C2(T+ΔT-T2-τ2)

(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=C2(T+ΔT-T3-τ3)

(x-x4)2+(y-y4)2+(z-z4)2=C2(T+ΔT-T4-τ4)

其中：ΔT為用戶時鐘與GPS主鐘標準時間的時差；Tn為衛星n所發射信號的發射時間；τn為衛星n上的原子鐘與GPS主鐘標準時間的時差。

GPS應用GPS接收機由接收模塊和天線組成。接收機能同時接收4～8顆衛星的信號，其內部硬件電路和處理軟件通過對接收信號的解碼和處理，能從中提取并輸出兩種時間信號：一是間隔1s的脈沖信號，即1PPS，其脈沖前沿與國際標準時間(格林威治時間)的同步誤差不超過1μs；二是經RS-232串行口輸出的與1PPS脈沖前沿相對應的國際標準時間和日期代碼(年-月-日，時∶分∶秒)。

GPS應用

由蚌埠機務段研制的“ＧＰＳ衛星同步標準授時系統”,通過接收ＧＰＳ全球衛星定位系統的信息,讀取ＧＰＳ輸出的ＮＭＥＡ０１８３格式原始數據,進行加工后提取其中的時間及相關信息,并轉換為北京標準時間送到網絡服務器,用于聯網計算機的同步標準時間,同時通過液晶顯示屏和ＬＥＤ數碼管對外進行顯示。

GPS應用NTP協議(網絡時間協議)Ts1＝Tc1＋tQ＋ΔTTc2＝Ts2＋tR－ΔT若tQ=tR則ΔT＝（Ts1－Tc1）/2－（Tc2－Ts2）/2GPS應用GPS應用其他的導航系統歐洲“伽利略”確定30顆衛星總投資為35億歐元。預計系統于2008年投入運行。其他導航系統

俄羅斯GLONASSGLONASS(格洛納斯)系統的衛星星座由24顆衛星組成與美國的GPS系統不同的是GLONASS系統采用頻分多址(FDMA)方式，根據載波頻率來區分不同衛星（GPS是碼分多址（CDMA），根據調制碼來區分衛星）。其他導航系統中國“北斗星”

和GPS，伽利略不同，北斗星是區域性的導航系統，只能覆蓋中國全境和亞洲的大部分地區，如日本和韓國，印度的部地區均可涵蓋。北斗星系統由三顆（兩顆工作衛星、一顆備用衛星）定位衛星（北斗一號）、地面控制中心為主的地面部份、北斗用戶終端三部分組成。可向用戶提供全天候、二十四小時的即時定位服務，定位精度可達數十ns的同步精度，其精度與GPS相當。北斗衛星導航定位系統的基本工作原理是“雙星定位”：以2顆在軌衛星的已知坐標為圓心，各以測定的衛星至用戶終端的距離為半徑，形成2個球面，用戶終端將位于這2個球面交線的圓弧上。地面中心站配有電子高程地圖，提供一個以地心為球心、以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面。用數學方法求解圓弧與地球表面的交點即可獲得用戶的位置。“有源定位”北斗星除了能作導航用途外，還可以進行簡單的通訊功能，這是其他系統所不具備的。接收機的選擇，以及幾種可實現方式的比較典型的GPS接收器結構如圖1所示。信號送給MRFIC1502前,經過放大和兩次濾波。下文將討論GPS接收器的各個功能部分。接收機的選擇，以及幾種可實現方式的比較XJ-GPS6價格高RS232輸出數碼顯示GPS時鐘GPSOEM板價格適中，RS232S輸出，需要二次開發（接收GPS信號解碼提取時間信息并送顯或作進一步的處理GPS25-LVS）GPS授時系統的硬件組成

GPS衛星時鐘接收機由GPS接收天線(5MHz，3V)、GPSOEM接收板(GARMIN公司的GPS25-Lvs)、單片機(Atmega168)硬件結構如圖所示。GPS25-LVSAtmega168GPS模塊CP2200以太網模塊RJ45GPS授時系統的軟件設計

GPS時間提取流程圖:初始化UART設置波特率4800設置數據通訊格式指向片內RAM的首地址讀接收狀態接收數據就緒否是否為GPRMC幀提取時間信息轉化為北京時間將數據送出繼續下一秒的查詢以太網部分Uip協議單片機atmega168網卡芯片CP2200（非復用方式）UIP協議Uip協議棧接口UIP協議Uip協議的體系結構以太網部分硬件框圖(服務器端)MAX232ATmega168CP2200變壓器PRJ45RS232接口RXTXRXDTXDRJ45接口RX+RX—TX+TX—以太網部分硬件框圖(客戶端)變壓器PRJ45CP2200ATmega168RJ45接口CYWUSB6935以太網部分系統提供RJ45接口連接Ethernet網絡，并且提供一個串口給用戶使用。系統板可以將從Ethernet上過來的IP數據報解包后送給串口，也可將從串口過來的數據封裝為IP包送到局域網中．以太網部分以太網部分單片機CP220