如今，數據采集系統很多，有基于數字信號處理器DSP設計的，也有基于現場可編程門陣列FPGA設計的，這些采集系統盡管采集處理數據能力不差，但大多都采用傳統授時模式。

而異地同步測量是工程中經常用到的方法，如果用傳統的授時模式，其時鐘頻率的產生是用晶體，而晶體會老化，易受外界環境變化及長期的精度漂移影響，造成授時精度下降，這樣異地同步測量的數據其實在理論上已經不再同步、同時了。本系統采用GPS新型授時方法，結合DSP技術和USB通信技術設計的數據采集系統能較好地解決這個問題。

1 數據采集系統的總體硬件構成與工作原理

數據采集系統模擬量輸人、同步采樣控制、A／D轉換以及微處理器和接口組成，如圖1所示。

模擬量輸入部分設有多個通道(如16路)，可用來對若干路電壓和若干路電流同時測量。來自PT或CT副邊的電壓或電流，經隔離變換、模擬低通濾波后，被建立在GPS時間基準上的同步采樣系統所采樣，經依次A／D轉換后按順序放入固定RAM區。DSP根據遞歸DFT算法，每來一個新的采樣點計算一次所有被測量的各相基波分量，然后利用GPS接收器串口提供的時間信息和數據窗第一個采樣點的順序編號，給計算結果置以便于識別的“時間標簽”。計算得出的各相量連同其時間標簽按照一定的數據格式，經過DSP總線和USB2.0數據線送往PC上位機進行處理和分析。

2 基于GPS授時的同步采樣控制單元

同步采樣是實現異地同步測量的關鍵技術，只有各測量點的采樣是同步進行的，同一時刻計算出的相量具有統一的參考時問基準，其相位關系才可直接進行比較。本文討論了無線電廣播、LORANC、OMEGS、GOES、GLO-NASS、GPS這六種不同的授時方法。這些授時方法的誤差比較如表1所列。

通過比較不難看出，傳統的時鐘同步方法由于受技術和經濟等因素的影響，在精度和實用性上很難滿足異地同步測量的要求；只有GPS精密授時方法的優越性能滿足要求。為此，本文所介紹的是一種基于GPS時間信號的最新時鐘同步方法。

2.1 GPS系統簡介

GPS(Global Positioing System，全球定位系統)是美國研制的第二代衛星導航系統。GPS系統由空間部分、地面控制部分和用戶設備組成。空間部分主要由21顆工作衛星和3顆備用衛星組成。在地球的任意處(有360°的視野)至少可以看到3顆衛星(根據筆者實際用的情況看)。地面控制部分包括監測站、主控站和注入站。用戶設備就是GPS接收機，本系統所選擇的接收機是GPS-OEM板(型號是GPS15L，在2.3小節會詳細討論)，它根據自己時鐘和接收到的導航電文計算出接收機(天線)所在的位置和GPS時間。