隨著科學技術的發展,高精度的時鐘同步系統廣泛運用于各個領域,尤其在國防領域中,時鐘同步至關重要。互聯網的高速發展,時鐘同步也*,NTP時鐘同步被廣泛使用,網絡上的各臺計算機可以利用NTP服務器進行時鐘調整,從而實現計算機之間的時鐘同步。然而NTP授時精度有限,無法滿足所有的授時需求。
     本文利用GPS設計了一套時鐘同步系統,從而提高授時精度。首先研究了GPS時鐘同步的相關原理、GPS系統的組成以及GPS的時鐘同步的實現方式,并結合GPS接收機設計了GPS時鐘同步系統。其次,在GPS時鐘同步系統的設計基礎上,對GPS時鐘同步系統進行模塊劃分。在該時鐘同步系統中,使用了zui小二乘法處理高精度時間,并對GPS時鐘同步系統進行相應的優化。GPS時鐘同步系統采用脈沖同步方式,利用GPS接收機提供的秒脈沖,通過示波器觀測GPS脈沖和響應GPS脈沖中斷的時延,表明GPS時鐘同步系統精度為20us。zui后,通過GPS時鐘同步系統測量了NTP授時精度,測量結果表明NTP授時精度為10毫秒級,然而在雷達時標評測系統中,需要時間精度為0.1毫秒級,NTP的時間精度無法滿足,需要利用GPS時鐘同步系統獲取更高精度的時間。
     一般的計算機和嵌入式設備在時鐘度方面沒有明確的指標要求, 時鐘精度只有10-4～10-5，每天可能誤差達十幾秒或更多，如果不及時校正，其累積時間誤差不可忽視。許多工業控制過程需要高準確度時間，如：電力系統內眾多的計算機監控系統、保護裝置、故障錄波器等時間同步要在ms級以內。
 一：網絡協議簡介    
     網絡時間協議NTP（Network Time Protocol）的主要是美國特拉華大學的MILLS David L.[1]教授設計實現的，由時間協議、ICMP時間戳消息及IP時間戳選項發展而來。NTP用于將計算機客戶或服務器的時間與另一服務器同步，使用層次式時間分布模型。在配置時，NTP可以利用冗余服務器和多條網絡路徑來獲得時間的高準確性和高可靠性。即使客戶機在長時間無法與某一時間服務器相的情況下,仍可提供高準確度時間。
實際應用中，還有確保秒級精度的簡單的網絡時間協議SNTP(Simple Network Time Protocol)。SNTP是NTP的一個子集,主要用于那些不需要NTP的精度以較高實現復雜性的網絡時間同步客戶機。SNTP協議已減少了網絡延時對校對準確的影響，但沒有冗余服務器和校正時鐘頻率誤差功能。
二：NTP授時精度分析
NTP授時精度與NTP服務器與用戶間的網絡狀況有關，主要取決于NTP包往返路由的延時對稱程度，往返路由的延時不對稱值zui大不超過網絡延時。式(2)是在假設NTP請求和回復包在網上傳送延時相等，即d1=d2=d/2的情況下得出的，而d1、d2的取值范圍在(0...d)間，由式(3)可以得出zui大授時誤差是±d/2。一般廣域網的網絡延時在10 ms～500 ms之間；局域網的網絡延時在計時操作系統內核處理延遲的情況下通常小于1 ms。
假定局域網內NTP延時小于1 ms，理論上授時誤差小于0.5 ms，但對于Windows操作系統內置的NTP客戶和NTP服務，并不能達到此精度。Windows NTP時鐘分辨率因操作系統和硬件不同而有所不同，時鐘分辨率通常為10 ms或15 ms。基于Windows操作系統內置的NTP授時精度zui高不超過10 ms。
三：進一步提高NTP授時精度的方法
     局域網絡延相對較大的原因在于時間戳一般都是在應用層加蓋。為減少操作系統內核處理延時的影響提高NTP授時精度，發/收NTP包時間戳應盡量接近主機真實發/收包時刻。在不改變硬件的條件下，一個可行的辦法是修改網卡驅動程序，將記錄NTP包發/收時間戳從應用程序移至網卡驅動程序處，可消除操作系統內核處理延時不確定而引入的誤差[3]。這種方法在局域網中可大幅提高NTP授時精度至μs級。
     為了減少齊度引起晶振頻率漂移對時鐘準確度的影響，可以采用數字齊漂補償方法，提高時鐘*計時準確度。先測出工作齊度范圍內齊度對應的齊漂補償系數，工作時每隔一定時間，根據實際齊度查出對應補償系數動態地修正時間。
時鐘頻率偏差和時鐘分辨率低是局域網NTP授時精度不高的主要原因。