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K801主时钟

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K801主时钟组合选用GPS 接收机/北斗二代接收机/外部B码基准,提供高可靠性、高冗余度的时间基准信号,并采用时间频率测控技术驯服晶振,使守时电路输出的时间同步信号同步在GPS/北斗/外部B码时间基准上,输出短期和长期稳定度都十分良好的高精度同步信号。

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随着计算机网络的迅猛发展,网络应用已经非常普遍,如电力、金融、通信、交通、广电、安防、石化、冶金、水利、国防、医疗、教育、政府机关、IT等领域的网络系统需要在大范围保持计算机的时间同步和时间准确,因此有一个好的标准时间校时器是非常必要的。为了适应这些领域对于时间越来越精密的要求,锐呈公司精心设计、自主研发了K系列NTP网络时间服务器。该装置内置GPS北斗二代授时模块,以GPS/北斗信号为时间基准,内嵌流行的NTP-SERVER服务,以NTP/SNTP协议同步网络中的所有计算机、DVR、控制器等设备,实现网络时间统一。

K801主时钟(NTP时间服务器、GPS网络同步时钟、北斗授时服务器)组合选用GPS 接收机/北斗二代接收机/外部B码基准,提供高可靠性、高冗余度的时间基准信号,并采用时间频率测控技术驯服晶振,使守时电路输出的时间同步信号同步在GPS/北斗/外部B码时间基准上,输出短期和长期稳定度都十分良好的高精度同步信号。

K801主时钟采用测频与智能驯服算法,使振荡器时间频率信号与GPS卫星/北斗卫星/外部B码时间基准保持精密同步。由于装置输出的1PPS等时间信号是内置振荡器的分频秒信号输出,同步于GPS/北斗信号但并不受GPS/北斗秒脉冲信号跳变带来的影响,相当于UTC时间基准的复现。采用了“智能学习算法”的GPS时钟,在驯服晶振过程中能够不断“学习”晶振的运行特性,并将这些参数存入板载存储器中。当外部时间基准出现异常或不可用时,装置能够自动切换到内部守时状态,并依据板载存储器中的参数对晶体振荡器特性进行补偿,使守时电路继续提供高可靠性的时间信息输出,同时避免了因晶体振荡器老化造成的频偏对守时指标的影响。

采用表面贴装技术生产,以高速芯片进行控制,无硬盘和风扇设计,具有精度高、稳定性好、功能强、无积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单、免维护等特点,适合无人值守。该产品可以为计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统、电子商务系统、网上B2B系统以及数据库的保存维护等系统提供标准时间信号和时间戳服务。

采用全模块化结构设计,其输入、输出、电源等均可灵活配置,并具有丰富的各类模块及板卡供选择(特殊需求可提供定制服务),对时信号的种类和数量都可根据需要灵活选择配置。装置有标准RS232、RS422/485、脉冲、IRIG-B、DCF77、PTP、NTP/SNTP协议时间输出等接口形式,可以适应各种不同设备的对时需要。装置输出1~7路NTP/SNTP网络对时信号。

 

装置的特点

1时间精度高,达20nS。

2守时精度高。装置内部守时单元采用了时间频率测控技术与智能驯服算法,晶体选用高精度恒温晶体振荡器,使装置守时准确度优于7*10-9(0.42μS/分钟),即在外部时间基准异常的情况下,每天时钟自走时误差不超过0.6毫秒。如选配铷原子钟,30年自走时误差不会超过1秒。

3模块化结构,NTP端口数量可灵活配置,*多配置14路NTP/SNTP网络对时信号。

4双CPU同时工作,32位CPU双核处理器,性能极大提高。

5支持单星授时模式,适用于收星效果不佳的情况(订货时须说明),有屋顶和贴窗天线可供选择。

6采用GPS/BD2双系统授时,支持单GPS、单北斗、双GPS、双北斗、 GPS/北斗联合授时多种授时方式,并可通过串口、面板菜单等途径修改授时方式。

7应用GPS授时技术/北斗二代授时技术/B码基准解码接收技术/高稳晶体振荡器守时技术授时,实现多基准冗余授时,能够智能判别GPS信号、北斗信号、外部B码时间基准信号的稳定性和优劣,并提供多种时间基准配置方法。

8具有多个物理隔离的相互独立的10/100M网口(每个端口具有独立的MAC地址),多个端口可以灵活的配置使用,可以用在不断增长变化的网络环境中;还可用于不同的子网或不同的物理隔离的网络中。另外,还可用来作为NTP网管来使用,使多个物理隔离的网络共享时间服务器资源。

9可同时为几十万台客户端、服务器、工作站提供时间服务。

10支持WINDOWS9X/NT/2000/XP/2003、LINUX、UNIX、SUN SOLARIS、IBM AIX、HP-UX等操作系统及支持NTP协议的路由器、交换机、DVR、智能控制器等网络设备。

11嵌入式系统,无硬盘和风扇设计,防震设计,系统稳定可靠。

12机箱经防磁处理,抗干扰能力强。

13高品质的工业级元件,高水准的电气设计,高密度集成的电路结构,使装置拥有良好的电气隔离和电磁屏蔽表现,整机无可调节器件,极大提高了装置抗干扰性能与可靠性保障。

14采用双电源冗余供电,并选用高性能、宽范围开关电源,工作稳定可靠,装置电源供电自适应。(按订货技术协议配置,缺省为单电源。)

15GPS/北斗接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计,信号接收可靠性高,不受地域条件和环境的限制。

16装置具有自复位能力,在因干扰造成装置程序出错时,能自动恢复正常工作。

17装置提供一路可编程的TTL脉冲信号(1PPS/1PPM/1PPH)供时钟的准确度指标测试。

18装置有电源中断告警、GPS/北斗失步告警、外部“B码输入”(后备时间基准)消失告警多路报警(继电器空接点)信号输出。

19装置前面板有“电源指示”灯、“秒脉冲指示” 灯、“GPS/北斗信号输入” 灯、“B码信号输入” 灯、“GPS/北斗信号输入异常” 灯、“B码信号输入异常” 灯多种工作状态指示,便于运行值班人员的日常。

20装置采用全模块化即插即用结构设计,支持板卡热插拔,配置灵活,维护方便,为将来其它信号基准源(珈俐略卫星信号、上游地面链路的DCLS信号、NTP/PTP时间基准信号等) 的接入提供了方便,同时为将来现场网络改造扩建时增加对时端口提供了方便。

21装置不仅实现了板卡全兼容,还提供了丰富的信号接口资源和开放式特殊接口设计平台,兼容能力强。装置可提供多路脉冲信号(1PPS、1PPM、1PPH、事件,空接点、差分、TTL、24V/110V/220V有源、光)、IRIB-B信号(TTL、422、232、AC、光)、DCF77信号(有源、无源)、时间报文(RS232、RS422/485、光)、NTP/PTP网络时间信号,可以满足不同设备的对时接口要求。

22装置可通过数码管在线显示GPS北斗卫星的当前收星个数,直观反映装置的同步状况。

23通过面板菜单可直观显示天线的工作状态(断线、短路、正常)。

24可人工输入起始时间自走时,便于用户模拟调试。

25完善的北斗和GPS信号的性能监测,自动或手动选择主用卫星信号。支持本地和远程网管,通过WEB方式对设备进行远程管理,完成对设备的卫星接收状况、设备工作状态、参数设置等信息进行管理。

26脉冲、串口信号输出可编程,按键设置,操作方便。

27架装式结构,2U、19”标准机箱,安装方便。

 

装置的技术指标

1.运行条件

1)装置环境条件

工作温度:-200C~+700C

贮存温度:-400C~+850C

湿度:<95%。

2)电源

交流供电:220V±20%或110V±20% ,   47Hz~63Hz ;

直流供电:220V±20%或110V±20%;

装置电源供电自适应。

3)抗干扰

在雷击过电压、一次回路操作、开关场故障、二次回路操作及其它强干扰作用下,装置不误动作。

装置静电放电干扰试验、电快速瞬变脉冲群干扰试验、高频干扰试验、辐射电磁场干扰试验、阻尼震荡波干扰试验、浪涌(冲击)干扰试验符合标准GB/T17626-1998(电磁兼容 试验和测量技术)和GB/T15153.1-1998(远动设备及系统 第2部分:工作条件第1篇:电源和电磁兼容),并达到Ⅲ级及以上标准。

2.技术参数

1GPS/北斗接收天线

频率:B1&L1;

阻抗:50Ω;

增益:42dB±2dB;(不含电缆)

噪声系数:≤2.2dB;

驻波比:≤2.0;

极化方式:右旋极化;

外接电缆:RG-58/U

连接器:BNC-J

防浪涌抗扰度性能:IEC61000-4-5标准 10kV;

工作温度:-45℃~+85℃; 

贮存温度:-50℃~+90℃;

湿度:100%,结露,全防水;

天线体积:φ106mm×121mm。

2GPS/北斗二代信号接收器

授时模式

定位授时(支持单系统独立授时、双系统联合授时)

静态授时(用户输入位置)

单星授时

通道:192通道

授时精度:1PPS优于20nS( 1σ)。

内部电池:电池类型:锂电池;电池寿命:≮25000h。

GPS接收器

接收频率(GPS L1):1575.42MHz(L1信号)。

接收灵敏度:捕获<-160dBW,跟踪<-163dBW。

同时跟踪:正常状态下可同时跟踪816颗GPS卫星;

          装置冷启动时不小于4颗卫星;

          装置热启动时不小于1颗卫星。

捕获时间:装置冷启动时,<2min;装置热启动时,<20s。

北斗二代接收器

接收频率(BD2 B1 ):1561.098±4MHz。

接收机灵敏度:-157.6dBW;

*定位时间(TTFF):冷启动:35s,热启动:1s,失锁重捕获:<1s;

定位数据更新率:1Hz、2Hz、4Hz、8Hz、16Hz可选;

定位精度(RMS):3m,三维;

速度精度(RMS):0.1m/s;

3时间保持单元守时精度:时间保持单元晶体振荡器选用OCXO,守时精度优于7*10-9(0.42μS/min)。如选用铷原子钟,守时精度优于1μS/24小时。

4)功耗:≤20W

5)平均无故障间隔时间(MTBF)≥70000小时;平均维修时间(MTTR):一般不大于30分,使用寿命不少于20年。正常使用条件下无须维护。

6)输出时间与协调世界时(UTC)时间同步准确度:≤0.1μS

7)时间同步信号接口:

1PPS/PPM/PPH脉冲信号:(TTL电平)准时沿:下降沿,下降时间≤10nS;

                                                                    下降沿的时间准确度≤0.1μS;     

                                                                     脉冲宽度:200mS;         

                                                                     输出阻抗:50Ω;

                                        (空接点) 准时沿:下降沿,下降时间≤150nS;

                                                                    下降沿的时间准确度≤1μS;   

                                                                     脉冲宽度:200mS;   

                                                                     允许外接电压:300V/DC,允许电流50mA。                   

空接点脉冲输出端口允许电流ICE为100 mA时,订货时须说明。脉冲信号如需上升沿有效,订货时须说明。                            

时间报文:  

A.通讯波特率: 1200、2400、4800、9600可选。

B.数据格式:信息位8位,一位起始位,一位停止位,异或非校验,校验帧头之后校验字节之前的时间数据,ASCⅡ码。

C.信息格式: 每秒发送一次,格式为: 

 

                        S T D D D D D D D D D D D D D D D  A       

                        ↑  ↑ ↑  ↑  ↑ ↑  ↑  ↑  ↑ ↑  ↑  ↑  ↑ ↑  ↑  ↑  ↑   ↑

                           桢桢时时分分秒秒日日月月年年年年校 标 

                           头头十个十个十个十个十个千百十个验 准 

                                 位位位位位位位位位位位位位位字 时 

                                                                           节 结

                                                                                束

    其中,S与秒脉冲(PPS)的前沿对齐。例如:现在是2002年6月13号18点45分36秒,则发送信息格式为:ST18453613062002 A。

另外,可根据客户要求订制特殊规约。

D 准确度:≤0.2mS。(如需更高精度要求,可做到10μS,订货时须说明。)

IRIG-B(DC)直流偏置信号接口:

准时上升沿的时间准确度≤1μS

NTP协议时间

支持协议:NTP,SNTP,web,ARP,UDP,TCP,ent,ICMP,SNMP,DHCP和TFTP;

网络接口:10/100M自适应以太网接口,RJ-45

吞吐量:满足每秒10000次时间请求

授时记录:保存*新300条

时间准确度:

每秒NTP请求量

时间标识精度

可处理用户终端请求量

0~1200

1~10ms

48,000

1200~2400

10~100ms

96,000

10MHz信号(内部守时选用OCXO时指标):

波形:LVCMOS,方波

输出电压:VOH min>2.4Vdc,VOL max<0.5Vdc

上升/下降时间<10ns

占空比:40%~60%,典型50%

精度:±1.5E_12

短稳:<1E_11

相位噪声:-130dBc/Hz@1kHz,如选用铷原子钟-148dBc/Hz@1kHz。

8重量:4.6kg。

9外形尺寸:本装置为架装式结构,高度2U、宽度19”标准机箱,具体外形尺寸如图所示:

   图K801外形尺寸图

 

网络对时方案:

方案1:局域网单台时间服务器的时间同步

时钟装置以接收到的GPS/北斗信息(串口+1PPS)为时间源,通过NTP/SNTP协议同步网络中的所有计算机、路由器、交换机、智能控制器等设备,实现网络授时。大部分操作系统都自带NTP服务,只需做一下设置即可。我公司也提供NTP客户端软件,安装运行也可实现同步。

图 NTP网络授时示意图

 

方案2:局域网两台时间服务器冗余的时间同步

全网配置一套时间同步系统,由两台K801网络时间服务器、交换机、网络和客户端组成。两台网络时间服务器放置在机房交换机机柜中,以NTP 协议方式向全网的客户端授时。两台网络时间服务器以冗余热备模式工作,提高了系统的可靠性。系统结构图如下:

 局域网两台时间服务器冗余的时间同步系统图

两台网络时间服务器互为热备,网络时间服务器1作为主时间服务器,网络时间服务器2作为备用时间服务器。当主时间服务器的GPS/北斗信号接收单元发生故障时,自动切换至备用时间服务器的GPS/北斗信号接收单元接收到的时间基准信号,从而保证系统的可靠性。当主时间服务器的GPS/北斗信号接收单元恢复正常后,该网络时间服务器自动切换回正常工作状态。

当网络时间服务器都接收不到两路外部时间基准信号时,切换到内部守时,仍能保证输出较高精度的时间信息;当外部时间基准信号接收恢复时,自动切换回接收外部时间基准信号的工作状态。

两台网络时间服务器的RJ45口分别接到交换机上,各分配一个IP地址,如网络时间服务器1的IP地址为IP1, 网络时间服务器2的IP地址为IP2,则两个IP地址就作为网内的标准时间服务器地址。客户端PC机可使用操作系统自带NTP服务,也可使用我公司提供的客户端软件。本软件可输入两台网络时间服务器的IP地址, IP1地址作为主地址,IP2地址作为备用地址,当客户端因某些原因无法从主地址获取时间信息时,则自动从备用地址获取时间信息。

 

卫星显控软件CDT:

卫星显控软件CDT(Control & Display Tool)为用户提供图形化界面,通过该软件用户可以便捷地通过串口控制GPS北斗卫星接收机并进行功能设置、获取所需信息。

CDT 包含以下基本功能:

 用于记录各类日志的图形化窗口(Logging Control View)

 对接收机下发指令的窗口(Console View)

 以ASCII-format 显示并配置当前的接收机的输出窗口(ASCII View)

 显示卫星概略方位、PRN、信噪比的图形化窗口(Conslation View)

 接收机当前点和历史点的轨迹窗口(Trajectory View)

 接收机的位置、速度和时间窗口(PVT View)

下图分别为星座图、轨迹图、卫星跟踪状态视图:

图 卫星显控软件CDT图形界面

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