GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)在行業(yè)應(yīng)用中的重要性

什么是GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)？

   GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)，就是以外部穩(wěn)定信號為標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過某些操作，達(dá)到為分布式系統(tǒng)提供一個統(tǒng)一時間標(biāo)度的過程。GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)工作原理，可以簡單理解為：以穩(wěn)定頻率的信號為基準(zhǔn)，如原子鐘或高穩(wěn)晶振，然后對統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)的其他時間進(jìn)行定期的校準(zhǔn)，保證統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)各地的時間保持在較小的誤差。

   為什么需要GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)？在分布式系統(tǒng)中，由于物理上的分散性，系統(tǒng)無法為彼此間相互獨立的模塊提供一個統(tǒng)一的全局時鐘，而由各個進(jìn)程或模塊各自維護(hù)它們的本地時鐘。由于這些本地時鐘的計時速率、運行環(huán)境存在不一致性，因此即使所有本地時鐘在某一時刻都被校準(zhǔn)，一段時間后，這些本地時鐘也會出現(xiàn)不一致。為了這些本地時鐘再次達(dá)到相同的時間值，必須進(jìn)行時間同步操作。

GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)的產(chǎn)品形態(tài)：

   GPS授時和北斗授時系統(tǒng)用于保證時間統(tǒng)一。整個GPS授時和北斗授時系統(tǒng)體系，通過測時、守時、授時、用時四個步驟，最終實現(xiàn)的時間統(tǒng)一。而唯有時間的統(tǒng)一，才能保證社會生活各行各業(yè)正常運轉(zhuǎn)。GPS授時和北斗授時系統(tǒng)主要產(chǎn)品形態(tài)包括兩類：

1）頻率類產(chǎn)品，為時間的載體，主要包括原子鐘、晶振、頻率組件及設(shè)備，產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號；

2）時間同步類產(chǎn)品，即時間同步算法在硬件的實現(xiàn)，為時頻行業(yè)的主要應(yīng)用，一般形態(tài)為授時板卡、時間服務(wù)器，以穩(wěn)定的信號為基準(zhǔn)信號，對輸入的信號進(jìn)行校準(zhǔn)。

GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)產(chǎn)品——時間同步的核心應(yīng)用

   GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)從產(chǎn)品形態(tài)上，目前主要分為兩種：時間同步板卡及模塊、時間同步設(shè)備。1）時間同步板卡及模塊，一般以標(biāo)準(zhǔn)時間頻率信號為參考，產(chǎn)生、保持、分發(fā)系統(tǒng)或設(shè)備所需要的各種時間和頻率信號，通常主要在通信基站、領(lǐng)域比較多；2）時間同步設(shè)備，就是通常所說的時間服務(wù)器，一般通過接收北斗/GPS/標(biāo)準(zhǔn)時間信息，產(chǎn)生、保持時間頻率信號，并通過有線或無線方式進(jìn)行接收或傳遞，為系統(tǒng)提供多種形式的時間和頻率信號。GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)產(chǎn)品主要應(yīng)用于通信、電力、交通、國防等軍民用。

XBD650GPS北斗授時模塊                          XBD120GPS北斗時頻終端                                    XBD620 PCIE授時板卡

GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)為國家安全/經(jīng)濟(jì)命脈——戰(zhàn)略位置核心，應(yīng)用場景廣泛根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同，GPS授時系統(tǒng)和北斗授時服務(wù)可分為和民用用戶兩種。

1）GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)主要用于信息化裝備、主站平臺、大型信息系統(tǒng)等方面，對時間精度的需求范圍從從秒量級到納秒量級。

2）民用GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)主要包括了通信（移動通信基站、承載網(wǎng)設(shè)備、個人用戶位置服務(wù)）、電力系統(tǒng)（運行調(diào)度、故障定位、電力通信網(wǎng)絡(luò)）、公路交通（道路導(dǎo)航、救援、車輛管理）、航海（航海導(dǎo)航、港口疏浚、航道搜救、航道測量）、測繪、防震救災(zāi)（地震觀測、地震調(diào)查、地震救助、勘測、應(yīng)急指揮）、（戶籍管理、交通管理、警衛(wèi)目標(biāo)保障、緝毒、維穩(wěn)、布控、安全警衛(wèi)、指揮調(diào)度）、林業(yè)（森林防火、森林調(diào)查）、廣播電視、氣象、信息業(yè)、激光測距、科研等，這些應(yīng)用對時間精度的需求范圍從秒量級、到納秒量級，甚至到皮秒量級。

    GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)處于國家戰(zhàn)略位置高度，在日常生活、經(jīng)濟(jì)活動、科學(xué)試驗、國防等領(lǐng)域中起命脈作用。據(jù)美國國土安全部提供的資料，第21號總統(tǒng)政策指令中所確定的16個關(guān)鍵行業(yè)里，有11個依賴于精確授時。依賴于精確授時的軍事能力包括傳感技術(shù)、傳感器融合、數(shù)據(jù)鏈、安全通信、電子戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)以及指揮和控制。在民用領(lǐng)域，使用精確授時的行業(yè)包括通信、、電力分配、金融和信息技術(shù)。

GPS授時和北斗授時系統(tǒng)在國家安全方面的重要性體現(xiàn)：

一、GPS授時和北斗授時系統(tǒng)事關(guān)國家安全，是國家經(jīng)濟(jì)命脈、國家安全，處于戰(zhàn)略核心位置：

1）GPS授時和北斗授時系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括、通信、電力、金融等。美國國土安全部提供的資料，第21號總統(tǒng)政策指令中所確定的16個關(guān)鍵行業(yè)里，有11個依賴于精確授時。

2）美軍提出授時戰(zhàn)概念，凸顯時頻行業(yè)的重要性。2017年，美國空軍戰(zhàn)略與技術(shù)中心研究人員提出授時戰(zhàn)概念，指出授時要像定位、導(dǎo)航那樣重視。

3）GPS授時和北斗授時系統(tǒng)對于國家經(jīng)濟(jì)命脈、國家安全至關(guān)重要。一旦授時系統(tǒng)受到攻擊，如國防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等，產(chǎn)業(yè)、生活的方方面面，都將面臨癱瘓無法正常工作的危險。

二、GPS授時和北斗授時系統(tǒng)在信息化建設(shè)方面的需求：

   高精準(zhǔn)GPS授時和北斗授時系統(tǒng)是信息化的基石。所有信息化裝備系統(tǒng)都必須有高精度的頻率源作支撐，而時頻的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度將會直接影響通信、技術(shù)偵察、電子對抗、敵我識別及聯(lián)合系統(tǒng)的有效性。偵察預(yù)警到信息傳輸，從導(dǎo)航定位到精確打擊，每一個環(huán)節(jié)都需要精準(zhǔn)的時頻強(qiáng)力支撐。時間應(yīng)用主要體現(xiàn)在信息化裝備、主站平臺、大型信息系統(tǒng)等方面，時間精度的需求從秒級到納秒級不等。如靶場測控，需要優(yōu)于 100 ns的授時精度；信息化裝備一般需要10～20 ns的授時精度；軍事指揮系統(tǒng)、以及大型信息系統(tǒng)的授時精度需求一般優(yōu)于100 ns。

具體來看，高精準(zhǔn)GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)技術(shù)在軍事領(lǐng)域主要作用包括：1）對于單元而言，可以保證更精確的測距準(zhǔn)確度和指導(dǎo)能力、更高的GPS制導(dǎo)的抗力、更短的響應(yīng)時間；2）對于指揮中心而言，更好的四維坐標(biāo)以定位網(wǎng)格，便于互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)術(shù)指揮和決策，更快的時間發(fā)播和同步，提高分布式軍事資源協(xié)調(diào)，使用的資源完成打擊任務(wù)。

   國內(nèi)信息化建設(shè)為大方向。美軍經(jīng)歷從機(jī)械化向信息化發(fā)展的變革，2010年美軍信息化程度達(dá)到80%-90%，國內(nèi)目前信息化裝備水平低，總體信息化程度不足10%，差距巨大。根據(jù)我國國防和現(xiàn)代化建設(shè)“三步走”戰(zhàn)略，到2020年要基本實現(xiàn)機(jī)械化，信息化建設(shè)取得重大進(jìn)展，到2050年實現(xiàn)國防和現(xiàn)代化，因此未來想當(dāng)長一段時間，信息化建設(shè)為軍費投入的重點。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)，假設(shè)未來20年軍費保持7%的增速，裝備費用占比為32%，20年后信息技術(shù)含量水平累計增長達(dá)到50%，預(yù)計未來10年信息化市場需求保持15%-20%的復(fù)合增速。而信息化市場的增長，將直接帶來時頻市場的穩(wěn)定增長。

三、GPS授時和北斗授時系統(tǒng)在5G通信領(lǐng)域的應(yīng)用需求：

1）在通信領(lǐng)域，時間同步產(chǎn)品包括：時間服務(wù)器、時間同步板卡。時間服務(wù)器可以理解為有線側(cè)中的時間同步，主要放置于一級時鐘節(jié)點（全網(wǎng)中心及各省中心）、二級時鐘節(jié)點（省內(nèi)重要通信局）以及樓內(nèi)通信設(shè)備比較多的通信局，需要使用通信樓綜合定時供給系統(tǒng)同步鐘；而時間同步板卡主要用于基站側(cè)，接受衛(wèi)星授時或者有線側(cè)時間服務(wù)器的授時，保證基站之間及基站和有線側(cè)的時間同步。

2）5G建設(shè)提速，新增宏基站預(yù)計有數(shù)百萬，小基站有上千萬，而這些基站彼此之間，及基站與整個有線側(cè)網(wǎng)絡(luò)必須事先時間同步，疊加通信領(lǐng)域存量市場的國產(chǎn)化替代。我們預(yù)計，通信領(lǐng)域，存量市場大約有22.5億元，5年更新?lián)Q代期，主要是國產(chǎn)化替代；5G拉動增量市場預(yù)計有175.0億元。

四 、GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)在電力行業(yè)應(yīng)用：

    電力同步網(wǎng)中，銫原子鐘和銣原子鐘為各區(qū)域電網(wǎng)管理中心和各大型電站的電網(wǎng)提供高精度時間基準(zhǔn)。電力時間同步系統(tǒng)也從2004年開始進(jìn)入我國電力系統(tǒng)，主要應(yīng)用在電廠、變電站及電調(diào)中心，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。于2008年發(fā)布了《公司輸變電工程典型設(shè)計－變電站二次系統(tǒng)部分》標(biāo)準(zhǔn)，要求500kV、220kV變電站需配置時間同步系統(tǒng)。近年來還提出建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的規(guī)劃，至2020年全面建成統(tǒng)一的“智能電網(wǎng)”；而電網(wǎng)時間同步是實現(xiàn)智能電網(wǎng)信息同步的基礎(chǔ)和*的前提。2009年9月，國家正式確立“天地互備，以北斗為主的電力授時體系”，以擺脫對GPS授時的依賴，隨著北斗授時體系在我國的全面展開和建設(shè)，我國電力系統(tǒng)對時間頻率產(chǎn)品的需求將持續(xù)快速增長。

 五、GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)在高速交通行業(yè)應(yīng)用

    在軌道交通（地鐵、高鐵）綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，時統(tǒng)同步設(shè)備為通信、調(diào)度、交通信號、防災(zāi)報警、機(jī)電設(shè)備、電力監(jiān)控等專業(yè)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的定時信號，為OCC（控制中心）、車站、車場等各部門提供統(tǒng)一的時間信息，同時要求全線各站之間的時間也必須*統(tǒng)一，時間同步設(shè)備對保證軌道交通運行計時準(zhǔn)確、提高運營服務(wù)質(zhì)量起到了重要的作用。同樣，業(yè)也在快速發(fā)展，飛機(jī)飛行密度加大，空管系統(tǒng)也對精確時間同步提出了更高的要求。高速交通時間同步系統(tǒng)在運營調(diào)度指揮、業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間信息，從而保證飛機(jī)、列車的安全高速運行，是高速交通網(wǎng)絡(luò)運行的關(guān)鍵系統(tǒng)。

    近些年，我國繼續(xù)加快鐵路的固定資產(chǎn)投資，最近三年的固定資產(chǎn)投資都保持在5,000億元以上，新線投產(chǎn)里程也保持在5,000公里以上。根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》和《城市軌道交通規(guī)劃》，到2020年將新建鐵路3萬公里，城市軌道交通5,000公里；根據(jù)《綜合交通網(wǎng)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年將形成以244個機(jī)場為節(jié)點的航空運輸網(wǎng)，通航機(jī)場數(shù)較2014年底新增42個。我國未來的高速交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模將保持在高位，對時間頻率產(chǎn)品也隨之保持較高的需求。

六、GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)在廣播電視行業(yè)應(yīng)用

我國正在建設(shè)覆蓋全國的地面數(shù)字電視系統(tǒng)，其不同地點的多部發(fā)射機(jī)都同步地發(fā)射同樣內(nèi)容的數(shù)字電視信號、并且工作在同一頻率，構(gòu)成單頻網(wǎng)。其中各數(shù)字電視信號發(fā)射系統(tǒng)中的前端復(fù)用器、發(fā)射站點的調(diào)制器等設(shè)備都需要衛(wèi)星同步時鐘提供精密的時間和頻率的同步，以保障電視節(jié)目的圖像質(zhì)量。在廣播電視播出系統(tǒng)中，時間同步是整個播出系統(tǒng)協(xié)同工作的關(guān)鍵，如各頻道臺標(biāo)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)北京時間的顯示，各頻道電視節(jié)目的準(zhǔn)點播出，硬盤播出系統(tǒng)的系統(tǒng)時間同步，DVB播出系統(tǒng)的系統(tǒng)時間同步，新聞直播時間同步，乃至全臺的標(biāo)準(zhǔn)時間同步都依賴于時間同步系統(tǒng)。2014年10月，發(fā)布《有線廣播電視網(wǎng)實施細(xì)則》規(guī)定了“播出系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)一時鐘，時鐘系統(tǒng)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定”。隨著三網(wǎng)融合及廣播電視數(shù)字化及新業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，時間同步產(chǎn)品在廣電領(lǐng)域?qū)⒌玫礁嗟膽?yīng)用。

GPS授時系統(tǒng)和北斗授時系統(tǒng)對于國家經(jīng)濟(jì)命脈、國家安全至關(guān)重要。一旦授時系統(tǒng)受到攻擊，如國防系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，產(chǎn)業(yè)、生活的方方面面，都將面臨癱瘓無法正常工作的危險。如2017年1月18日，歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在軌運行的18顆衛(wèi)星上9臺原子鐘出現(xiàn)了故障并停止運行，甚至到了危及系統(tǒng)安全的地步。2017年6月28日，印度IRNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)6顆衛(wèi)星上的4個原子鐘出現(xiàn)了故障，面臨了提供數(shù)據(jù)的困難。如2010年1月，我國采用GPS授時的通信基站，由于GPS升級，其授時功能受到影響，導(dǎo)致我國沿海多個省份的CDMA網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)大量告警.

目前在中美貿(mào)易摩擦背景下，自主可控的北斗授時系統(tǒng)越發(fā)迫切，而時間頻率處于國家戰(zhàn)略位置高度，更是自主可控重中之重。1）原子鐘為高精尖技術(shù)，部分類型產(chǎn)品已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但銫鐘、CPT原子鐘則突破在即，將實現(xiàn)國產(chǎn)化；2）晶振，逐步實現(xiàn)替代，民用則還是依賴于國外，，國內(nèi)廠商份額雖然很低，但在逐步追趕；3）時間服務(wù)器領(lǐng)域，已*可實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

北斗時頻——專業(yè)的時間同步解決方案提供商

北斗時頻產(chǎn)品主要是時鐘服務(wù)器、時頻板卡、頻率設(shè)備、時碼器，當(dāng)前正在研發(fā)全國產(chǎn)、自主可控化的時鐘同步產(chǎn)品。

1）北京北斗時間頻率技術(shù)有限公司將整個時鐘同步板卡的性能設(shè)計從主板、硬盤、內(nèi)存、銣鐘、晶振、鎖相環(huán)等所有器件上，全部實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，具備行業(yè)性，可實現(xiàn)高精度、高可控，高國產(chǎn)化。

2）技術(shù)研發(fā)、營銷能力強(qiáng)。公司核心團(tuán)隊人員來自北斗一代建設(shè)和國家授時中心，技術(shù)研發(fā)能力及營銷能力強(qiáng)。在時鐘服務(wù)器領(lǐng)域，北斗時頻是國內(nèi)目前廠商品牌度較高，在航天、、政府行業(yè)*較大的一家GPS北斗授時公司。