城市轨道交通时钟系统

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1、时钟系统时钟系统是城市轨道交通运行的重要组成部分之一，其主要作用是为城轨工作人员和乘客提供统一的标准时间，并为其他各相关系统提供统一的标准时间信号，使各系统的定时设备与本系统同步，从而实现城轨全线统一的时间标准。提供时间信息的时钟系统分为一级母钟系统与二级母钟系统，一级母钟系统安装在控制中心，二级母钟系统安装在各车站和车辆段，用以驱动分布在站（段）内的子钟显示正确的时间。城轨时钟系统所采用的标准时钟设备，在输出时间信号的同时，亦输出为通信设备提供的时钟同步信号，使各通信节点设备能同步运行。亦可另行配置通信综合定时供给系统（BI

2、TS），单独提供时钟同步信号。如上所述，城轨同步系统分为两类：一类是基于协调世界时（UTC）组建的时间同步系统；另一类是用于数字通信设备的时钟同步系统（或数字同步系统）。时间同步系统定时（例如每隔1s或1min）输出标准时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒）信号；而时钟同步系统则输出高稳定度、连续的正弦波或脉冲信号。第一节　时钟系统技术基础一、时间的概念一般来说，任何一个周期运动只要具有下列条件，都可以成为确定时间的基准。·运动是连续的、周期的。·运动的周期具有充分的稳定性。·运动的周期必须具有复现性，即要求在任何地点与时间，都

3、可以通过观察和实验复现这种周期运动。最常用的时间系统有三大类：世界时、原子时与力学时。力学时系统通常在天文学中使用，在这里不作介绍。1．世界时系统世界时系统是以地球自转运动为基准的时问系统。由于观察地球自转时所选择空间参考点的不同，世界时系统又有几种形式：恒星时、平太阳时和世界时。以平子夜为零时起算的格林威治平太阳时称为世界时。平太阳时是地方时，地球上各地点的平太阳时不同。为了使用方便，将地球按子午线划分为24个时区，每个时区以中央子午线的平太阳时为该区的区时。零时区的平太阳时即为世界时。由于地球自转轴在地球内部的位置是不固定

4、的（极移），而且地球自转速度是不均匀的，它不仅包含有长期减缓的趋势，还包含一些短周期的变化和季节性的变化。因此世界时不是一个严格均匀的时间系统。2．原子时系统（1）原子时原子秒定义为：铯原子133原子基态两个超精细结构能态间跃迁辐射的电磁振荡9192631770周所经历的时间，为1原子秒。原点定义为1958年1月1日的世界时。经过国际上100多台原子钟的相互对比，并经数据处理推算出统一的原子时，称为国际原子时。（2）协调世界时（UTC）原子时虽然是秒长均匀、稳定度很高的时间系统，但与地球自转无关。世界时虽然不均匀，但与地球自转

5、精密相关。原子时的秒长与世界时的秒长不等，大约每年差1秒。为了协调原子时与世界时的关系，建立了一种折中的时间系统，即为协调世界时（UTC）。根据国际规定，协调世界时的秒长采用原子时的秒长，其累计时刻与世界时刻之差保持在0.9秒之内，当超过时，采用跳秒（闰秒）的方法来调整。闰秒一般规定在6月30日或12月31日最后1秒时加入。具体日期由国际时间局在两个月之前通知各国。目前，世界各国发布的时间（包括中国的北京时间），均以UTC为基准。（3）GPS时间系统（GPST）为了定位的需要，全球定位系统（GPS）建立了专用的时间系统（GPS

6、T）。GPST属原子时系统，秒长与原子时的秒长相同，但原点不同。GPST原点定在1980年1月6日0时，与UTC时刻一致。因此GPST与UTC．之间的差值为秒的整数倍，1999年差值为19秒。由上可见，使用UTC作为基准时钟，具有最大的公信力。而采用GPS接收机输出的ToD时间信息，获得精确的UTC及北京时间，又是最为经济、便捷的方法。二、时钟同步技术在时钟同步系统中，时钟源的精度、时钟信号的传输方式和同步方式是同步技术中的关键部分，它们将直接影响到系统的精度。1．时钟源的精度目前常见的时钟源有石英晶振、铯原子钟、铷原子钟等，

7、它们可达到的精度为：（1）标准石英晶振：±2×10-2s/4h；（2）铯原子钟：±1×10-6～s/1d；（3）铷原子钟：±3×10-3s/30d。2．时钟信号的传输方式目前时钟信号传输的常用物理连接方式为：（1）RS－232/422串口是最常用的设备外接时钟接口；（2）VME总线用于工作站的时钟连接；（3）网络时间协议（NTP）用于计算机网络的时钟连接；（4）PCM用于时钟信号的远距离传输。3．时钟信号的同步方式通常采用主从同步方式，由高精度的上级时钟去同步低精度的下级时钟，使下级时钟的精度与上级时钟接近。同步电路一般采用数

8、字锁相环电路。三、时钟信号的格式目前常用的时钟信号的格式主要有IRIG、DCLS、ACTS、NTP等，它们的主要差别为传输介质与信号精度的不同。（1）IRIGIRIG是由IRIG（美国靶场仪器组）组织开发，目前分为A、B、C、D、E、F、G和H版本，较常用的是IRIG－B，其