【摘 要】 在廣播電視安全播出中，準(zhǔn)確無誤的時(shí)鐘系統(tǒng)起到了決定性的作用，為其他工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)，本文通過分析和實(shí)踐，介紹了如何搭建一套可靠的時(shí)鐘系統(tǒng)。
【關(guān)鍵字】 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng) RS232 起止式異步協(xié)議 NTP 網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)
俗話說“一寸光陰一寸金,寸金難買寸光陰。”時(shí)間的寶貴性可見一斑，然而，時(shí)間準(zhǔn)確的重要性也是不言而喻的，不僅做人做事要守時(shí)，在特殊的行業(yè)，例如金融、軍事，尤其在廣播電視安全播出中，時(shí)間還有著非同尋常的意義，大多數(shù)受眾都是通過聽廣播看電視來調(diào)整自己的時(shí)鐘以安排行程、制定計(jì)劃，可見，廣播電視的報(bào)時(shí)對(duì)時(shí)系統(tǒng)關(guān)系著千家萬戶。目前在大部分行業(yè)中都利用了GPS校時(shí)，如何將GPS時(shí)鐘引入廣播電視播出，服務(wù)于群眾？福建廣電集團(tuán)播出中心廣播部在總結(jié)原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行改造并成功運(yùn)行，為安全播出和實(shí)時(shí)監(jiān)控搭建了可靠穩(wěn)定的時(shí)鐘系統(tǒng)。
一. 方案設(shè)計(jì)
考慮到盡量使用原有布線，新系統(tǒng)繼承了舊系統(tǒng)的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和原有大部分子鐘，在接收端引入了新型的GPS衛(wèi)星校時(shí)鐘，取代了CCTV場(chǎng)逆程授時(shí)信號(hào)，為提供系統(tǒng)精確的時(shí)間基準(zhǔn)，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘，定時(shí)精度優(yōu)于1微秒。增加了一套監(jiān)控錄音子系統(tǒng)和一套網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)子系統(tǒng)，分別用于播出音頻監(jiān)測(cè)錄音以及信號(hào)調(diào)度基準(zhǔn)時(shí)間。
改造后的時(shí)鐘系統(tǒng)分為四個(gè)子系統(tǒng)，分別為時(shí)鐘信號(hào)接收子系統(tǒng)、子鐘顯示子系統(tǒng)、監(jiān)控錄音子系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)子系統(tǒng)，時(shí)鐘信號(hào)接收子系統(tǒng)從衛(wèi)星中接收到數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的時(shí)間信號(hào)，分別通過SZ碼輸出和RS232輸出，傳送至子鐘顯示子系統(tǒng)和監(jiān)控錄音子系統(tǒng)，在監(jiān)控錄音子系統(tǒng)使用了RS232串口分配，網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)子系統(tǒng)中C/S模式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，從而完成整套完整準(zhǔn)確的時(shí)鐘系統(tǒng)。
二. 方案論證
(1)時(shí)鐘信號(hào)接收子系統(tǒng)
GPS是NAVSTAR/GPS（Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System）的簡(jiǎn)稱，是由美國國防部研制的導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距與授時(shí)、定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，這24顆衛(wèi)星等間隔分布在6個(gè)互成60度的軌道面上，這樣的衛(wèi)星配置基本上保證了地球任何位置均能同時(shí)觀測(cè)到至少4顆GPS衛(wèi)星。GPS由三部分構(gòu)成：一是GPS衛(wèi)星（空間部分）：21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星；二是地面支撐系統(tǒng)（地面監(jiān)控部分）：1個(gè)主控站，3個(gè)注入站，5個(gè)監(jiān)測(cè)站；三是GPS接收機(jī)（用戶部分）：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線和電源組成。GPS的基本授時(shí)原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息，GPS授時(shí)系統(tǒng)需要的只是時(shí)間信息。
 |
GPS向全球范圍內(nèi)提供定時(shí)和定位的功能，其P碼較C/A碼精度高但是僅對(duì)美國軍方和授權(quán)用戶開放。民用C/A碼則免費(fèi)向全球開放。GPS授時(shí)系統(tǒng)就是接收的民用C/A碼。GPS要實(shí)時(shí)完成定位和授時(shí)功能，需要4個(gè)參數(shù)：經(jīng)度、緯度、高度和用戶時(shí)鐘與GPS主鐘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)刻偏差，所以需要接受4顆衛(wèi)星的位置。若用戶已知自己的確切位置，那么接受1顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)也可以完成定時(shí)。
本系統(tǒng)的GPS接收機(jī)采用青島廣播電視研究所生產(chǎn)的TVZ3100型衛(wèi)星校時(shí)鐘，由接收模塊和天線組成。接收機(jī)能同時(shí)接收4〜8顆衛(wèi)星的信號(hào)，其內(nèi)部硬件電路和處理軟件通過對(duì)接收信號(hào)的解碼和處理，能從中提取并輸出兩種時(shí)間信號(hào)：
一是間隔1s的脈沖信號(hào)，即1PPS，其脈沖前沿與國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(格林威治時(shí)間)的同步誤差不超過1μs；
二是經(jīng)RS-232串行口輸出的與1 PPS脈沖前沿相對(duì)應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和日期代碼(年-月-日，時(shí)∶分∶秒)。
時(shí)鐘信號(hào)輸出方式：
SZ碼輸出57位，串行BCD反碼；
RS232接口單向輸出。
另外，接收機(jī)還具有EBU碼輸出，RS422輸出，報(bào)時(shí)輸出等接口，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)備特性，暫時(shí)沒有采用這幾種輸出方式，作為今后系統(tǒng)升級(jí)的擴(kuò)展。
(2)子鐘顯示子系統(tǒng)
子鐘顯示子系統(tǒng)由一臺(tái)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和若干臺(tái)數(shù)碼子鐘組成，子鐘具有單聯(lián)子鐘、雙聯(lián)子鐘、三聯(lián)子鐘、指針鐘四大系列，具有多種接口模塊，可以和各種校時(shí)設(shè)備配套，組成形式不同的母子鐘系統(tǒng)。信號(hào)由衛(wèi)星較時(shí)鐘輸出后經(jīng)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器均勻分配至各子鐘，子鐘將收到的數(shù)據(jù)還原為時(shí)間信號(hào)并顯示，為各機(jī)房提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息。
(3)監(jiān)控錄音子系統(tǒng)
監(jiān)控和錄音在播出系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用，系統(tǒng)設(shè)備類型五花八門，接口千變?nèi)f化，功能繁多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)安全要求嚴(yán)格。要完成多種設(shè)備的統(tǒng)一對(duì)時(shí)，相比子鐘顯示子系統(tǒng)略顯困難，在分析設(shè)備特點(diǎn)，系統(tǒng)構(gòu)架后，不難發(fā)現(xiàn)，所有的設(shè)備都要通過計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作，只要揚(yáng)長避短，將TVZ3100衛(wèi)星校時(shí)鐘的RS232接口輸出連接至一臺(tái)串口分配器，再分配到各臺(tái)計(jì)算機(jī)，且在計(jì)算機(jī)終端安裝“串口較時(shí)小精靈”軟件，難題迎刃而解。
RS-232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。
PC主機(jī)與串口分配器之間通信距離較近，通信不需要Modem，可以直接連接，只需使用少數(shù)幾根信號(hào)線，采用零Modem的最簡(jiǎn)連線（3線制），在通信中不需要控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)，只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號(hào)地線）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。
圖中的TXD與RXD交叉連接是因?yàn)樵谥边B方式時(shí)，把通信雙方都當(dāng)作數(shù)據(jù)終端設(shè)備看待，雙方都可發(fā)也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只要請(qǐng)求發(fā)送RTS有效和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR有效就能開始發(fā)送和接收。
GPS衛(wèi)星較時(shí)鐘從衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后由RS232接口單向輸出，其中3腳數(shù)據(jù)，5腳地，數(shù)據(jù)格式：4800b/s，8位數(shù)據(jù)，一個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)，每秒發(fā)送一次，共9個(gè)字，依次是同步字（16進(jìn)制AA）、00、年、月、日、星期、時(shí)、分、秒，其中年、月、日、星期、時(shí)、分、秒為BCD碼。再分配到串口分配器，串口分配器采用青島廣播電視研究所的TVZ3612串口分配器，具有1個(gè)RS232口輸入，12個(gè)RS232口輸出，各RS232輸出數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)COM1或COM2，送入串行通信接口電路。
（未完待續(xù)）