全球定位系统(GPS)无地区时差、定位精度高，受环境影响小，近来在电视播出系统的应用发展很快。特别是近几年来在传统播出向数字化播出升级中得到了广泛的应用。
一 GPS简介及基本原理
GPS是NAVSTAR/GPS（Navigation SatelliteTiming and Ranging/Global Positioning System）的简称，是由美国国防部研制的导航卫星测距与授时、定位和导航系统，由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，这24颗卫星等间隔分布在6个互成60度的轨道面上，这样的卫星配置基本上保证了地球任何位置均能同时观测到至少4颗GPS卫星。GPS由三部分构成：一是GPS卫星（空间部分）：21颗工作卫星，3颗备用卫星；二是地面支撑系统（地面监控部分）：1个主控站，3个注入站，5个监测站；三是GPS接收机（用户部分）：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
GPS的基本授时原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。GPS授时系统需要的只是时间信息。GPS的基本授时原理示意如图1。
图1 GPS的基本授时原理示意
GPS向全球范围内提供定时和定位的功能，全球任何地点的GPS用户通过低成本的GPS接收机接受卫星发出的信号，获取准确的空间位置信息、同步时标及标准时间。GPS系统受美国军方控制，其P码较C/A码精度高但是仅对美国军方和授权用户开放。民用C/A码则免费向全球开放。GPS授时系统就是接收的民用C/A码。GPS要实时完成定位和授时功能，需要4个参数：经度、纬度、高度和用户时钟与GPS主钟标准时间的时刻偏差，所以需要接受4颗卫星的位置。若用户已知自己的确切位置，那么接受1颗卫星的数据也可以完成定时。
若设（x，y，z）为接收机的位置，（xn，yn，zn）为已知卫星的位置，则列解下列方程就可以得到x，y，z和标准时间T：
(x-x1)2 +(y-y1)2 +(z-z1)2=C2(T+ΔT-T1-τ1)
(x-x2)2 +(y-y2)2 +(z-z2)2=C2(T+ΔT-T2-τ2)
(x-x3)2 +(y-y3)2 +(z-z3)2=C2(T+ΔT-T3-τ3)
(x-x4)2 +(y-y4)2 +(z-z4)2=C2(T+ΔT-T4-τ4)
其中：ΔT为用户时钟与GPS主钟标准时间的时差；Tn为卫星n所发射信号的发射时间；τn为卫星n上的原子钟与GPS主钟标准时间的时差。
GPS接收机由接收模块和天线组成。接收机能同时接收4～8颗卫星的信号，其内部硬件电路和处理软件通过对接收信号的解码和处理，能从中提取并输出两种时间信号：一是间隔1 s的脉冲信号，即1 PPS，其脉冲前沿与国际标准时间(格林威治时间)的同步误差不超过1 μs；二是经RS-232串行口输出的与1 PPS脉冲前沿相对应的国际标准时间和日期代码(年-月-日，时∶分∶秒)。
图2为此接收机的接收和输出简单示意图。
二 GPS授时系统在电视播出系统授时的应用
在整个电视播出系统中，授时系统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这个授时系统。
GPS授时系统在电视播出系统授时的应用如图3。 |
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