GPS授时系统和北斗授时系统在行业应用中的重要性

什么是GPS授时系统和北斗授时系统？

   GPS授时系统和北斗授时系统，就是以外部稳定信号为标准，经过某些操作，达到为分布式系统提供一个统一时间标度的过程。GPS授时系统和北斗授时系统工作原理，可以简单理解为：以稳定频率的信号为基准，如原子钟或高稳晶振，然后对统一系统内的其他时间进行定期的校准，保证统一系统内各地的时间保持在较小的误差。

   为什么需要GPS授时系统和北斗授时系统？在分布式系统中，由于物理上的分散性，系统无法为彼此间相互独立的模块提供一个统一的全局时钟，而由各个进程或模块各自维护它们的本地时钟。由于这些本地时钟的计时速率、运行环境存在不一致性，因此即使所有本地时钟在某一时刻都被校准，一段时间后，这些本地时钟也会出现不一致。为了这些本地时钟再次达到相同的时间值，必须进行时间同步操作。

GPS授时系统和北斗授时系统的产品形态：

   GPS授时和北斗授时系统用于保证时间统一。整个GPS授时和北斗授时系统体系，通过测时、守时、授时、用时四个步骤，最终实现的时间统一。而唯有时间的统一，才能保证社会生活各行各业正常运转。GPS授时和北斗授时系统主要产品形态包括两类：

1）频率类产品，为时间的载体，主要包括原子钟、晶振、频率组件及设备，产生稳定的频率信号；

2）时间同步类产品，即时间同步算法在硬件的实现，为时频行业的主要应用，一般形态为授时板卡、时间服务器，以稳定的信号为基准信号，对输入的信号进行校准。

GPS授时系统和北斗授时系统产品——时间同步的核心应用

   GPS授时系统和北斗授时系统从产品形态上，目前主要分为两种：时间同步板卡及模块、时间同步设备。1）时间同步板卡及模块，一般以标准时间频率信号为参考，产生、保持、分发系统或设备所需要的各种时间和频率信号，通常主要在通信基站、领域比较多；2）时间同步设备，就是通常所说的时间服务器，一般通过接收北斗/GPS/标准时间信息，产生、保持时间频率信号，并通过有线或无线方式进行接收或传递，为系统提供多种形式的时间和频率信号。GPS授时系统和北斗授时系统产品主要应用于通信、电力、交通、国防等军民用。

XBD650GPS北斗授时模块                          XBD120GPS北斗时频终端                                    XBD620 PCIE授时板卡

GPS授时系统和北斗授时系统为国家安全/经济命脉——战略位置核心，应用场景广泛根据应用领域不同，GPS授时系统和北斗授时服务可分为和民用用户两种。

1）GPS授时系统和北斗授时系统主要用于信息化装备、主站平台、大型信息系统等方面，对时间精度的需求范围从从秒量级到纳秒量级。

2）民用GPS授时系统和北斗授时系统主要包括了通信（移动通信基站、承载网设备、个人用户位置服务）、电力系统（运行调度、故障定位、电力通信网络）、公路交通（道路导航、救援、车辆管理）、航海（航海导航、港口疏浚、航道搜救、航道测量）、测绘、防震救灾（地震观测、地震调查、地震救助、勘测、应急指挥）、（户籍管理、交通管理、警卫目标保障、缉毒、维稳、布控、安全警卫、指挥调度）、林业（森林防火、森林调查）、广播电视、气象、信息业、激光测距、科研等，这些应用对时间精度的需求范围从秒量级、到纳秒量级，甚至到皮秒量级。

    GPS授时系统和北斗授时系统处于国家战略位置高度，在日常生活、经济活动、科学试验、国防等领域中起命脉作用。据美国国土安全部提供的资料，第21号总统政策指令中所确定的16个关键行业里，有11个依赖于精确授时。依赖于精确授时的军事能力包括传感技术、传感器融合、数据链、安全通信、电子战、网络以及指挥和控制。在民用领域，使用精确授时的行业包括通信、、电力分配、金融和信息技术。

GPS授时和北斗授时系统在国家安全方面的重要性体现：

一、GPS授时和北斗授时系统事关国家安全，是国家经济命脉、国家安全，处于战略核心位置：

1）GPS授时和北斗授时系统应用领域广泛，包括、通信、电力、金融等。美国国土安全部提供的资料，第21号总统政策指令中所确定的16个关键行业里，有11个依赖于精确授时。

2）美军提出授时战概念，凸显时频行业的重要性。2017年，美国空军战略与技术中心研究人员提出授时战概念，指出授时要像定位、导航那样重视。

3）GPS授时和北斗授时系统对于国家经济命脉、国家安全至关重要。一旦授时系统受到攻击，如国防系统、通信系统、电力系统等，产业、生活的方方面面，都将面临瘫痪无法正常工作的危险。

二、GPS授时和北斗授时系统在信息化建设方面的需求：

   高精准GPS授时和北斗授时系统是信息化的基石。所有信息化装备系统都必须有高精度的频率源作支撑，而时频的准确性和稳定度将会直接影响通信、技术侦察、电子对抗、敌我识别及联合系统的有效性。侦察预警到信息传输，从导航定位到精确打击，每一个环节都需要精准的时频强力支撑。时间应用主要体现在信息化装备、主站平台、大型信息系统等方面，时间精度的需求从秒级到纳秒级不等。如靶场测控，需要优于 100 ns的授时精度；信息化装备一般需要10～20 ns的授时精度；军事指挥系统、以及大型信息系统的授时精度需求一般优于100 ns。

具体来看，高精准GPS授时系统和北斗授时系统技术在军事领域主要作用包括：1）对于单元而言，可以保证更精确的测距准确度和指导能力、更高的GPS制导的抗力、更短的响应时间；2）对于指挥中心而言，更好的四维坐标以定位网格，便于互联网战术指挥和决策，更快的时间发播和同步，提高分布式军事资源协调，使用的资源完成打击任务。

   国内信息化建设为大方向。美军经历从机械化向信息化发展的变革，2010年美军信息化程度达到80%-90%，国内目前信息化装备水平低，总体信息化程度不足10%，差距巨大。根据我国国防和现代化建设“三步走”战略，到2020年要基本实现机械化，信息化建设取得重大进展，到2050年实现国防和现代化，因此未来想当长一段时间，信息化建设为军费投入的重点。根据中国产业网数据，假设未来20年军费保持7%的增速，装备费用占比为32%，20年后信息技术含量水平累计增长达到50%，预计未来10年信息化市场需求保持15%-20%的复合增速。而信息化市场的增长，将直接带来时频市场的稳定增长。

三、GPS授时和北斗授时系统在5G通信领域的应用需求：

1）在通信领域，时间同步产品包括：时间服务器、时间同步板卡。时间服务器可以理解为有线侧中的时间同步，主要放置于一级时钟节点（全网中心及各省中心）、二级时钟节点（省内重要通信局）以及楼内通信设备比较多的通信局，需要使用通信楼综合定时供给系统同步钟；而时间同步板卡主要用于基站侧，接受卫星授时或者有线侧时间服务器的授时，保证基站之间及基站和有线侧的时间同步。

2）5G建设提速，新增宏基站预计有数百万，小基站有上千万，而这些基站彼此之间，及基站与整个有线侧网络必须事先时间同步，叠加通信领域存量市场的国产化替代。我们预计，通信领域，存量市场大约有22.5亿元，5年更新换代期，主要是国产化替代；5G拉动增量市场预计有175.0亿元。

四 、GPS授时系统和北斗授时系统在电力行业应用：

    电力同步网中，铯原子钟和铷原子钟为各区域电网管理中心和各大型电站的电网提供高精度时间基准。电力时间同步系统也从2004年开始进入我国电力系统，主要应用在电厂、变电站及电调中心，保障了电网安全稳定运行。于2008年发布了《公司输变电工程典型设计－变电站二次系统部分》标准，要求500kV、220kV变电站需配置时间同步系统。近年来还提出建设坚强智能电网的规划，至2020年全面建成统一的“智能电网”；而电网时间同步是实现智能电网信息同步的基础和*的前提。2009年9月，国家正式确立“天地互备，以北斗为主的电力授时体系”，以摆脱对GPS授时的依赖，随着北斗授时体系在我国的全面展开和建设，我国电力系统对时间频率产品的需求将持续快速增长。

 五、GPS授时系统和北斗授时系统在高速交通行业应用

    在轨道交通（地铁、高铁）综合监控系统中，时统同步设备为通信、调度、交通信号、防灾报警、机电设备、电力监控等专业系统提供统一的定时信号，为OCC（控制中心）、车站、车场等各部门提供统一的时间信息，同时要求全线各站之间的时间也必须*统一，时间同步设备对保证轨道交通运行计时准确、提高运营服务质量起到了重要的作用。同样，业也在快速发展，飞机飞行密度加大，空管系统也对精确时间同步提出了更高的要求。高速交通时间同步系统在运营调度指挥、业务系统设备提供统一的标准时间信息，从而保证飞机、列车的安全高速运行，是高速交通网络运行的关键系统。

    近些年，我国继续加快铁路的固定资产投资，最近三年的固定资产投资都保持在5,000亿元以上，新线投产里程也保持在5,000公里以上。根据《中长期铁路网规划》和《城市轨道交通规划》，到2020年将新建铁路3万公里，城市轨道交通5,000公里；根据《综合交通网中长期发展规划》，到2020年将形成以244个机场为节点的航空运输网，通航机场数较2014年底新增42个。我国未来的高速交通基础设施建设规模将保持在高位，对时间频率产品也随之保持较高的需求。

六、GPS授时系统和北斗授时系统在广播电视行业应用

我国正在建设覆盖全国的地面数字电视系统，其不同地点的多部发射机都同步地发射同样内容的数字电视信号、并且工作在同一频率，构成单频网。其中各数字电视信号发射系统中的前端复用器、发射站点的调制器等设备都需要卫星同步时钟提供精密的时间和频率的同步，以保障电视节目的图像质量。在广播电视播出系统中，时间同步是整个播出系统协同工作的关键，如各频道台标机标准北京时间的显示，各频道电视节目的准点播出，硬盘播出系统的系统时间同步，DVB播出系统的系统时间同步，新闻直播时间同步，乃至全台的标准时间同步都依赖于时间同步系统。2014年10月，发布《有线广播电视网实施细则》规定了“播出系统应统一时钟，时钟系统应符合相关规定”。随着三网融合及广播电视数字化及新业务的不断发展，时间同步产品在广电领域将得到更多的应用。

GPS授时系统和北斗授时系统对于国家经济命脉、国家安全至关重要。一旦授时系统受到攻击，如国防系统、电力系统、通信系统等，产业、生活的方方面面，都将面临瘫痪无法正常工作的危险。如2017年1月18日，欧洲伽利略卫星导航系统在轨运行的18颗卫星上9台原子钟出现了故障并停止运行，甚至到了危及系统安全的地步。2017年6月28日，印度IRNSS卫星导航系统6颗卫星上的4个原子钟出现了故障，面临了提供数据的困难。如2010年1月，我国采用GPS授时的通信基站，由于GPS升级，其授时功能受到影响，导致我国沿海多个省份的CDMA网络出现大量告警.

目前在中美贸易摩擦背景下，自主可控的北斗授时系统越发迫切，而时间频率处于国家战略位置高度，更是自主可控重中之重。1）原子钟为高精尖技术，部分类型产品已实现国产化，但铯钟、CPT原子钟则突破在即，将实现国产化；2）晶振，逐步实现替代，民用则还是依赖于国外，，国内厂商份额虽然很低，但在逐步追赶；3）时间服务器领域，已*可实现国产化替代。

北斗时频——专业的时间同步解决方案提供商

北斗时频产品主要是时钟服务器、时频板卡、频率设备、时码器，当前正在研发全国产、自主可控化的时钟同步产品。

1）北京北斗时间频率技术有限公司将整个时钟同步板卡的性能设计从主板、硬盘、内存、铷钟、晶振、锁相环等所有器件上，全部实现国产化替代，具备行业性，可实现高精度、高可控，高国产化。

2）技术研发、营销能力强。公司核心团队人员来自北斗一代建设和国家授时中心，技术研发能力及营销能力强。在时钟服务器领域，北斗时频是国内目前厂商品牌度较高，在航天、、政府行业*较大的一家GPS北斗授时公司。