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如何使用GPSPPS实现时钟同步采集系统
王兰
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“GPS PPS 时钟同步技术在适用性，准确性，成本等方面具有相当优势，并依靠LabVIEW 强大的开发平台进行设计，成功的完成了整个采集系统设计，节约了大量的人力物力成本。” 挑战： 构建大型分布式数据同步采集系统，该系统分布在近30 公里长的东海大桥上，范围较广，同时大桥处于外海，并担负着连接市区与深水港枢纽的重任，因此需要对桥梁健康状况进行实时监控，而监测数据的正确性对于桥梁的评估和研究显得尤为重要。解决方案： 使用GPS PPS 时钟同步技术，对分布在桥体各个位置的采集机站进行采样时钟同步，每个采集机站都采用NI 公司的PXI 工控机箱以及相关的板卡与GPS 时钟同步信号接收器相连。在此硬件基础上，通过NI 公司LabVIEW 平台以及相关软件开发包来设计开发整个同步采集系统。采集系统自身的环境限制导致设备的分散性，保证各个采集设备之间数据的同步性，使之分析出来的结果更具有研究和使用价值，并在一个可控的成本下实现，是摆在设计者面前的难题。相对于其他2 种技术方案：基于短距离低成本的机箱同步技术和基于长距离高成本的卫星同步技术。GPS PPS 是一种集2 者优点于一身的时钟同步技术。不仅能获得和高成本技术相同的效果，并且还能节约大量成本。一．分布式实时采集系统概述东海大桥由于身处外海海域，不仅需要经受海水腐蚀、地震台风自然灾害、还有各种通行工具对桥梁结构造成缓慢的损害。对桥梁进行实时监测，为了及时获知桥梁的健康状况，对各种突发时间做出响应，以及进行必要的养护工作，延长桥梁的使用寿命。监测数据还能进行进一步研究分析，对桥梁的基础研究具有非常大的帮助。为什么要使用时钟同步技术？由于桥梁属于较为特殊的结构，构造范围很广，监测点分散在各处，很多监测项目又具有实时性的特点，例如地震、台风、交通事故等等，对于各部位监测数据需要非常准确的时间同步，一般的数据采集技术难以达到监测要求，如果不采用时钟同步技术，极有可能造成各个监测点采集数据时间上的微小误差，不仅造成监测结果的不准确，还严重影响了对桥梁健康的研究分析。而通过GPS 时钟同步技术完全可以避免这些问题。
二．GPS PPS 技术和其他时钟同步技术介绍与比较
如图1 所示，整个采集系统分散在桥梁的各个部位。桥梁按照区域划分为若干区段，在主要几个区段中安置着信号采集机站，各个采集机站之间相距几公里甚至十几公里，每组采集机站均和GPS 同步时钟接受器相连，GPS PPS 接收器接受GPS 时钟同步信号，做相应的处理得到时钟同步信号和绝对时间戳并发送给PXI 采集设备，采集设备接收处理后的GPS同步信号，达到同步整个分布式采集系统。这里说的时钟同步有2 方面含义： ● 数据采样频率的同步，包括采样时钟信号的脉冲同步以及相位同步。 ● 时间轴上的同步，即采样点时间标签的同步。只有2方面都达到同步，才能称为真正的同步采集。目前除了GPS PPS 时钟同步技术方案外，主要还有其他2 种时钟同步技术方案：
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