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GPS在卫星地面站的应用及其接口电路的研制

  摘要:文章重点介绍了卫星地面站对时间的要求,GPS授时接收设备在广州气象卫星地面站风云一号地面数据接收系统中的应用,及针对GPS授时接收设备时间码输出带载能力不足所做的接口电路的研制。
  关键词:卫星地面站;时间;GPS;接口电路:研制
  
  GPS(clobal Positioning System)是全球定位系统的英文缩写与简称,是美国继子午仪卫星导航系统后发展起来的第二代卫星导航、定位、授时系统。该系统的研制始于1973年,经20余年3个阶段的研制和试验,耗资200亿美元,于1994年全面建成。它是具有在海、陆、空进行全方位定时和三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。早期仅限于美国军方使用,现已对民间开放。
  
  1 GPS在国家卫星气象中心及地面站的应用情况
  
  20世纪80年代-90年代,国家卫星气象中心及3个地面站(北京站、广州站、乌鲁木齐站)的时间源,来自于本地配置的原子频牢标准和高精度及高稳定度的晶体震荡器,并通过短波接收机与陕西天文台的氢钟对时,使本地时间在相位上与陕西天文台的氰钟保持一致。
  
  从1999年末开始,国家卫星气象中心及3个地面站的时间源都来自于GPS上的原子频率标准。广州站先后购进了3台GPS授时型接收机。
  GPS授时型接收机是在OEM(原始数据接收板)的基础上制作而成。一般的GPS授时接收机仅提供串行时间码,供本机显示。
  
  2 卫星地面站对时间的要求
  
  卫星地面站对时间的要求非常高。因为极轨气象卫星在离地面860 km的高度上空以地心为同心作圆周运动,瞬时线速度为7.9km/s。卫星进入地面站上空时,伺服跟踪天线要跟踪卫星直至卫星出境。伺服跟踪天线对极轨气象卫星的跟踪和接收采用的是全时序制,即伺服跟踪天线是根据轨道预报来运行的,而轨道预报又是在时间的基础上编制的,只有时间准确,天线才能跟踪准确。从某种角度来说,对极轨气象卫星的跟踪精度取决于时间精度。因此,高稳定度与高精度的时间对气象卫星地面站来说非常重要,连续、稳定、可靠的时间是业务运行的根本保证。
  
  
  除伺服跟踪需要高稳定度与高精度的时间外,计算机系统中的运行控制微机、云图显示、储存、转发微机也需要高精度及高稳定度的时间。
  有了高稳定度与高精度的时间源,地面站就可实现站内各在线设备间在时间上的同步、站与卫星中心在时间上的同步、站与卫星在时间上的同步。在这个基础上就能很好地完成卫星的跟踪及卫星云图数据的接收和转发。

  3 卫星地面站使用的时间格式
  
  卫星地面站使用的时间格式有两种,即并行码与串行码。在20位时间并行码中,时、分、秒是按BCD码来编码及输出,其中时有6位,分有7位,秒有7位,共有20路TFL电平输出,另加l根地线,需21根并行输出线,这种时间码提供给极轨接收机伺服跟踪系统使用。在时间串行码中,时、分、秒按ASCLL码格式编码及输出,1位起始位,8位数据位,1位停止位,无奇偶效验,码数率为4800bps,为RS232电平,仅需用1根输出线。这种时间码提供给微机对时使用。
  
  4 接口电路研制背景

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