您可能想知道，GPS 接收器究竟如何使用從遙遠(yuǎn)衛(wèi)星發(fā)出的微弱電磁信號(hào)來(lái)確定其在幾米（甚至幾厘米）內(nèi)的位置？在很大程度上，這是因?yàn)樗鼈兪浅錾挠?jì)時(shí)設(shè)備，可以根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)從軌道到達(dá)它們所需的時(shí)間來(lái)確定它們的位置。由于電磁信號(hào)以光速傳播，因此僅 1 微秒的延遲本身就會(huì)轉(zhuǎn)化為 300 米的范圍誤差——遠(yuǎn)低于用戶(hù)今天期望的米級(jí)甚至亞米級(jí)精度。

為了準(zhǔn)確確定其位置，GPS 接收器必須將其內(nèi)部時(shí)鐘與軌道衛(wèi)星上的原子鐘同步。為此，它需要同時(shí)接收和處理來(lái)自至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)，求解 x、y 和 z 坐標(biāo)以及時(shí)間。相反，鑒于其精確的 x、y 和 z 坐標(biāo)，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS） 接收器可以使用衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)來(lái)確定時(shí)間，其精度接近但不等于衛(wèi)星原子鐘的精度。當(dāng)天空視野受限時(shí)（通常是在城市環(huán)境中），來(lái)自單個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)可能就足夠了，盡管時(shí)間精度低于跟蹤多顆衛(wèi)星時(shí)的精度。

因此，各行各業(yè)都在使用專(zhuān)門(mén)的 GPS 接收器來(lái)無(wú)線(xiàn)傳送和分發(fā)高度準(zhǔn)確的定時(shí)和同步，這并不奇怪。多年來(lái)，4G LTE 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基站一直依靠我們基于 GNSS 的定時(shí)產(chǎn)品組合中的模塊來(lái)同步相鄰的信號(hào)塔，以最大限度地減少它們之間的干擾，并確保移動(dòng)用戶(hù)跨越小區(qū)邊界時(shí)的順利切換。隨著這些計(jì)時(shí)模塊可以實(shí)現(xiàn)的精度從微秒提高到納秒，新的用例正在轉(zhuǎn)向該技術(shù)以利用其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

與定位性能同步發(fā)展

計(jì)時(shí)精度方面的改進(jìn)與定位精度的改進(jìn)同步進(jìn)行。u-blox F9 GNSS 接收器平臺(tái)為大眾市場(chǎng)帶來(lái)了可擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的高精度定位（低至分米級(jí)），同時(shí)也大大提高了計(jì)時(shí)精度，采用新一代多星座、多頻段高精度GNSS 接收器。這使得工業(yè)應(yīng)用能夠以有線(xiàn)定時(shí)和同步解決方案成本的一小部分獲得絕對(duì)時(shí)間的 5 納秒計(jì)時(shí)精度——相對(duì)時(shí)間的計(jì)時(shí)精度甚至更低。

同步電網(wǎng)

對(duì)時(shí)序要求越來(lái)越苛刻的一種應(yīng)用是電網(wǎng)。我們?cè)絹?lái)越多的電力是使用高度間歇性的資源（如風(fēng)和陽(yáng)光）產(chǎn)生的。同時(shí)，我們供電的應(yīng)用也在發(fā)生變化，從主要的電阻負(fù)載（例如通過(guò)電阻加熱提取功）到電容負(fù)載（通過(guò)電容器提取功，用于從交流轉(zhuǎn)換為直流） 。

這些變化使電網(wǎng)管理更具挑戰(zhàn)性。一方面，電網(wǎng)管理者需要確保在每一個(gè)瞬間，饋入電網(wǎng)的電力在某處被消耗。當(dāng)經(jīng)過(guò)的云和陣風(fēng)可以從一瞬間到下一瞬間上下?lián)軇?dòng)發(fā)電量，這遠(yuǎn)非顯而易見(jiàn)。然后，容性負(fù)載（如電感負(fù)載，第三類(lèi)）會(huì)導(dǎo)致電壓和電流之間的相移，進(jìn)而導(dǎo)致必須管理的不穩(wěn)定性。

同步什么？？？

這就是為什么同步相量（也稱(chēng)為相位管理單元）在現(xiàn)代電網(wǎng)中變得不可或缺的原因。同步相量監(jiān)測(cè)電網(wǎng)各部分的相位，以檢測(cè)可能威脅電網(wǎng)穩(wěn)定性的系統(tǒng)范圍振蕩的開(kāi)始。為了提取有意義的數(shù)據(jù)，同步相量的采樣頻率需要高于電網(wǎng)的 50 Hz 脈沖，并且必須以微秒級(jí)相對(duì)計(jì)時(shí)精度與所有其他同步相量同步。

但是，如果電網(wǎng)中存在故障（例如短路）導(dǎo)致部分網(wǎng)絡(luò)關(guān)閉怎么辦？能夠定位故障對(duì)于快速恢復(fù)服務(wù)至關(guān)重要。定位越準(zhǔn)確，服務(wù)技術(shù)人員的干預(yù)就越有針對(duì)性。相鄰行波探測(cè)器之間 100 納秒的相對(duì)定時(shí)精度足以將故障鎖定在 30 米以?xún)?nèi)。

u-blox LEA-M8T 符合在中國(guó)部署

在依靠同步移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基站數(shù)年之后，我們現(xiàn)在看到對(duì)使用 u-blox 定時(shí)模塊進(jìn)行電網(wǎng)監(jiān)控的興趣越來(lái)越大。我們的LEA-M8T 多星座授時(shí)模塊使用單顆衛(wèi)星提供優(yōu)化的授時(shí)精度，現(xiàn)已符合中國(guó)電網(wǎng)部署的規(guī)定。

新興用例

無(wú)線(xiàn)定時(shí)和同步在越來(lái)越多的垂直行業(yè)中獲得了關(guān)注。智能工廠中的快速生產(chǎn)線(xiàn)需要緊密同步，高頻交易等對(duì)時(shí)間敏感的金融應(yīng)用中的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也是如此。支持 GNSS 的無(wú)線(xiàn)授時(shí)提供了一種易于部署、低成本的授時(shí)解決方案，可追溯到協(xié)調(diào)世界時(shí) （UTC）。

與其他所有范式轉(zhuǎn)變一樣，從單頻段到多頻段 GNSS 的過(guò)渡帶來(lái)了一個(gè)機(jī)會(huì)：領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并率先獲得其好處——在這種情況下，就提高了計(jì)時(shí)精度而言。

審核編輯：郭婷