GPS校時器在廣播電視播出系統(tǒng)中的應(yīng)用

GPS校時器在廣播電視播出系統(tǒng)中的應(yīng)用

　一、廣播電視校時方式

　　在廣播電視系統(tǒng)中，特別是在自動播出系統(tǒng)中，實(shí)時時鐘有著重要的作用。地方電視臺要在19：00整準(zhǔn)時轉(zhuǎn)播*新聞聯(lián)播，在電視節(jié)目的播出中，應(yīng)客戶要求需要準(zhǔn)時插播廣告，包括播出系統(tǒng)中主備工控機(jī)之間的切備等都必須準(zhǔn)確、同步守時。原先各臺基本都采用*一套、二套節(jié)目電視信號中場逆程第16行傳送的標(biāo)準(zhǔn)時間頻率經(jīng)設(shè)備解碼后進(jìn)行校時，但有時衛(wèi)星信號接收和微波傳輸可能會受到干擾等不可預(yù)見的原因，使得校時有誤。現(xiàn)在基本都更換為安全性、穩(wěn)定性及精度更高且設(shè)備簡單的GPS校時系統(tǒng)進(jìn)行校時。

　　二、GPS系統(tǒng)簡介

　　1、概況

　　GPS全稱“定位系統(tǒng)”（Global  Positioning  System）,七十年代由美國*投資建造，到1994年全面建成。GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機(jī)。

　　空間部分：GPS衛(wèi)星星座由21+3顆GPS導(dǎo)航衛(wèi)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(yùn)行周期約為11小時58分，軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)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(xù)的導(dǎo)航能力。每個衛(wèi)星上都配備了微型的星載鐘，它發(fā)播的信號能覆蓋各個角落。因此GPS能在范圍內(nèi)提供的時間頻率。

　　地面控制部分：提供GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星星歷（對于GPS用戶而言GPS衛(wèi)星是一種動態(tài)已知點(diǎn)，是根據(jù)衛(wèi)星發(fā)送的衛(wèi)星星歷算出來的。所謂“衛(wèi)星星歷”，是一系列描述衛(wèi)星運(yùn)行及其軌道的參數(shù)）。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)——GPS時間系統(tǒng)。地面監(jiān)控系統(tǒng)的站點(diǎn)包括一個主控站，三個注入站和五個監(jiān)測站。監(jiān)測站是一種無人值守的數(shù)據(jù)采集中心，設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)，監(jiān)測站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站的主要任務(wù)是收集各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星的全部觀測數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值,編算導(dǎo)航電文,控制和協(xié)調(diào)各個監(jiān)測站和注入站的工作及調(diào)度衛(wèi)星。注入站的主要任務(wù)是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時把導(dǎo)航電文注入GPS衛(wèi)星，這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行zui后的注入。

　　GPS接收機(jī)按用途可分為：導(dǎo)航型、授時型和測地型接收機(jī)。在電視播出系統(tǒng)中，一般采用授時型GPS接收機(jī)，這類接收機(jī)主要利用GPS衛(wèi)星提供的高精度時間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行授時。

　　2、授時型GPS接收機(jī)

　　GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)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(jī)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(shí)時計(jì)算出時間并輸出時間編碼，以供GPS子鐘顯示和外部設(shè)備的校時。

　　授時型GPS接收機(jī)測時方法有兩種：一為單站單機(jī)測時法，一為共視法。單站單機(jī)測時就是應(yīng)用一臺GPS接收機(jī)，在一個已知坐標(biāo)的觀測站上進(jìn)行測時的方法，需觀測一顆GPS衛(wèi)星便可得到標(biāo)準(zhǔn)時間。共視法則是在兩個觀測站上各設(shè)一臺GPS接收機(jī)，并同步觀測同一衛(wèi)星來測定兩用戶的相對偏差，從而達(dá)到減少誤差的目的，一般測時精度可達(dá)數(shù)十毫微秒。實(shí)際應(yīng)用中我們一般采用單站單機(jī)測時法。

　　3、GPS接收機(jī)輸出信號模式

　　GPS接收機(jī)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(chǎn)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(jī)進(jìn)行授時，不同廠家的輸出時間編碼也常不同。

　　三、系統(tǒng)實(shí)例

1、校時系統(tǒng)框圖如下

　　2、工作流程

　　GPS衛(wèi)星天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的帶標(biāo)準(zhǔn)時間信息的1575.42M載波信號，經(jīng)變換放大后傳給GPS接收機(jī)處理，GPS接收機(jī)實(shí)時計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)RS-232/RS-422分配器分配給各個播出工控機(jī)，工控機(jī)的校時程序通過串口接收信號，解出標(biāo)準(zhǔn)時間，并對本機(jī)校時，得以實(shí)現(xiàn)各工控機(jī)時間與標(biāo)準(zhǔn)時間同步的目的。

　　四、常見的問題

　　1、GPS天線應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)RS-422的轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)長距離傳輸。

　　4、如GPS授時接收機(jī)與GPS子鐘分開采購，還應(yīng)先與廠家確認(rèn)GPS接收機(jī)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。