船用子母鐘系統(tǒng)工作原理剖析
（一）母鐘工作機(jī)制
時(shí)間基準(zhǔn)獲取 母鐘作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，首要任務(wù)是獲取高度精確的時(shí)間基準(zhǔn)。在現(xiàn)代的船用子母鐘系統(tǒng)中，母鐘通常是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)的RS422接口接收來自GPS（全球定位系統(tǒng)）發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。GPS系統(tǒng)所提供的時(shí)間信號(hào)具備高精度和全球覆蓋性等顯著優(yōu)勢，這使得母鐘能依據(jù)該信號(hào)實(shí)現(xiàn)自身時(shí)間精度校準(zhǔn)，具備了精確時(shí)間源的能力。舉例來說，如果一艘船正在全球航行過程中，只要在GPS信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)，母鐘就能持續(xù)獲取精準(zhǔn)的衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)，保持準(zhǔn)確校時(shí)狀態(tài)，無論航行至哪個(gè)角落都能提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)菜 。并且，在外部時(shí)間源（即GPS信號(hào)）處于正常工作狀態(tài)時(shí)，該信號(hào)將被母鐘確認(rèn)為時(shí)間基準(zhǔn)；而一旦外部時(shí)間源出現(xiàn)故障（比如遭遇電磁干擾或者GPS信號(hào)被遮擋等特殊情況），母鐘可以迅速啟用自身所配備的晶振作為時(shí)間基準(zhǔn)來維持基本的時(shí)鐘運(yùn)行功能，盡管高精度晶振相對衛(wèi)星授時(shí)精度會(huì)略低一些，但能確保系統(tǒng)在異常情況下繼續(xù)運(yùn)行，不至于完全“失時(shí)” 。
對子鐘的信號(hào)分配與監(jiān)控 母鐘在系統(tǒng)里承擔(dān)著至關(guān)重要的兩種功能，一種是向子鐘分配精確時(shí)間信號(hào)，另一種就是對子鐘的監(jiān)控工作。母鐘能夠把精確的時(shí)間信號(hào)傳遞給各個(gè)子鐘以及船舶上其他需要精確時(shí)間的設(shè)備（例如通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備等），從而保證船舶眾多設(shè)備都工作在統(tǒng)一時(shí)間下。同時(shí)，母鐘借助一種特有的方式，就像通過特定的鍵盤操作，實(shí)現(xiàn)對子鐘點(diǎn)對點(diǎn)的監(jiān)控。這是通過一種內(nèi)部程序或者電路完成的，母鐘可以查詢每個(gè)子鐘接收和執(zhí)行時(shí)間信號(hào)狀況，例如子鐘是否斷線、信號(hào)是否在傳輸中的衰減過大、子鐘自己的時(shí)鐘顯示是否出現(xiàn)了異常等等。通過隨時(shí)對子鐘的監(jiān)控，母鐘可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)子鐘存在的問題。一旦發(fā)現(xiàn)問題便能夠及時(shí)通知管理人員，這對于維護(hù)全船時(shí)鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行非常關(guān)鍵。在大型船舶上可能有幾十至上百個(gè)子鐘，如果無法對子鐘及時(shí)監(jiān)控和維護(hù)，一旦某個(gè)子鐘出現(xiàn)問題將有可能導(dǎo)致對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的精確時(shí)間缺失或者錯(cuò)亂，影響船舶相應(yīng)功能區(qū)域的正常運(yùn)作。
（二）子鐘工作機(jī)制
時(shí)間校準(zhǔn) 子鐘主要功能是基于從母鐘接收到的時(shí)間信號(hào)進(jìn)行自身的時(shí)間校準(zhǔn)。子鐘就好像接收到命令的執(zhí)行者，當(dāng)母鐘發(fā)出了時(shí)間信號(hào)之后，子鐘自身的時(shí)鐘電路會(huì)依照接收到的信號(hào)對自身時(shí)鐘進(jìn)行修正，不管是秒、分還是小時(shí)顯示等都會(huì)進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)整，并保持時(shí)刻與母鐘時(shí)間相同。而且這種校準(zhǔn)過程是隨時(shí)隨地進(jìn)行，以確保在長時(shí)間運(yùn)行之下依舊保持準(zhǔn)確。例如每過一段時(shí)間（具體時(shí)間間隔由母鐘的設(shè)置等因素決定），母鐘發(fā)出校準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，子鐘就會(huì)對自身時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，從而確保誤差始終維持在一個(gè)極小的范圍內(nèi)，從根本上保證整個(gè)船體各個(gè)地方的時(shí)鐘顯示都是同樣準(zhǔn)確的時(shí)間。
特殊情況下自守時(shí)能力 現(xiàn)代的船用子母鐘系統(tǒng)中的子鐘還具備一定的自守時(shí)能力，當(dāng)與母鐘之間的連接線路出現(xiàn)故障（例如線路被外力破壞或者存在內(nèi)部線路短路等問題），或者母鐘自身發(fā)生故障無法提供正常的時(shí)間信號(hào)時(shí)，子鐘就會(huì)依靠自身內(nèi)部的時(shí)鐘電路以及相關(guān)的守時(shí)模塊進(jìn)入自守時(shí)狀態(tài)。這種自守時(shí)的功能可以確保子鐘在一段較長的時(shí)間內(nèi)仍然能夠持續(xù)提供一個(gè)相對穩(wěn)定的時(shí)間顯示，雖然可能會(huì)存在一定的誤差累積，但可以避免時(shí)鐘突然停止或者錯(cuò)亂的現(xiàn)象。打個(gè)比方，如果某一個(gè)子鐘暫時(shí)斷了與母鐘的連接，在開始自守時(shí)的時(shí)候開始與母鐘分秒不差，但隨著時(shí)間推進(jìn)，可能會(huì)出現(xiàn)每小時(shí)幾秒的誤差，但至少可以提供一個(gè)大致準(zhǔn)確的時(shí)間參考量，而不至于在失連后即刻陷入時(shí)間顯示混亂的情況，給予維修人員尋找故障點(diǎn)與修復(fù)故障一定的時(shí)間的容錯(cuò)性。
船用子母鐘系統(tǒng)的組成及其原理關(guān)聯(lián)性
（一）母鐘及其內(nèi)置組件
微處理器和VLSIC器件構(gòu)成的控制單元 母鐘以一個(gè)微處理器和幾塊VLSIC（超大規(guī)模集成電路）器件為基石構(gòu)建起強(qiáng)大的控制單元。這個(gè)控制單元在整個(gè)母鐘工作過程中發(fā)揮中樞性指揮的職能。它不僅能順暢接收來自外部的GPS授時(shí)信號(hào)或者其他備用的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，而且還能對這些輸入的信號(hào)進(jìn)行高效的邏輯處理。比如，它能夠迅速識(shí)別GPS信號(hào)中的時(shí)間碼，并將這個(gè)時(shí)間碼轉(zhuǎn)換為對母鐘自身時(shí)鐘電路的校準(zhǔn)指令。再比如，當(dāng)遇到不同格式的備用時(shí)間信號(hào)（可能來自船舶內(nèi)部其他時(shí)間源做備用選擇）時(shí)，這個(gè)控制單元可以進(jìn)行信號(hào)格式轉(zhuǎn)換和適配。該控制單元同時(shí)能夠處理其他對內(nèi)的處理工作，像是對子鐘的監(jiān)控以及對船用其他需求部件的時(shí)間信號(hào)分配等任務(wù)都是該控制單元的“管理范疇”。
晶振單元 晶振單元是母鐘內(nèi)部不可或缺的部分，它具備高度穩(wěn)定的頻率輸出特性。當(dāng)母鐘正常工作時(shí)（也就是由GPS信號(hào)作為正常時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)），晶振單元處于備戰(zhàn)狀態(tài)，它隨時(shí)監(jiān)測母鐘自身時(shí)鐘運(yùn)行狀況；當(dāng)出現(xiàn)GPS信號(hào)故障等意外事件，晶振單元就要立即成為母鐘的時(shí)間基準(zhǔn)來源。晶振單元具有比較高的頻率穩(wěn)定性，盡管其穩(wěn)定性相較于常規(guī)的GPS時(shí)間信號(hào)稍低一些，但它能夠確保在失去外部高精度時(shí)間源期間，母鐘還能持續(xù)運(yùn)行并提供一個(gè)基本準(zhǔn)確的時(shí)間參考，從而保證整個(gè)船用子母鐘系統(tǒng)不至于全面癱瘓。
（二）子鐘及其特性
子鐘結(jié)構(gòu)多樣性 由于船用環(huán)境復(fù)雜多樣以及各應(yīng)用場景不盡相同，子鐘依據(jù)不同的安裝使用條件形成了多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。比如說，基于安裝地點(diǎn)方面，如果是在船舶的駕駛艙等需要顯示和使用時(shí)鐘的地方可能就需要特殊的防震、防水結(jié)構(gòu)的子鐘，這種子鐘外殼要加固，內(nèi)部電路要做防震防潮處理；要是在相對普通的船員休息艙室內(nèi)，普通的壁掛式子鐘就可以滿足需求。另外從尺寸來講，如果是空間比較狹小的場所，像船舶儀器設(shè)備內(nèi)部等小空間環(huán)境下，就需要小型子鐘，而在公共場所像船舶餐廳等地方可能就需要尺寸更大、顯示更醒目子鐘。這些不同結(jié)構(gòu)和類型的子鐘雖然外表和結(jié)構(gòu)有差異，但在接收和依據(jù)母鐘信號(hào)校準(zhǔn)時(shí)間這一核心功能方面是保持完全一致的。
子鐘顯示功能 子鐘的顯示功能可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行定制化和多樣化調(diào)整。最基本的功能就是如同我們常見的時(shí)針、分針、秒針精準(zhǔn)指示的時(shí)鐘顯示模式，顯示年月日星期等也是比較常規(guī)的擴(kuò)展顯示功能。在船舶上某些特殊應(yīng)用場景下，例如船舶調(diào)度中心或者通訊室等重要場所，可能還需要子鐘附帶特殊的標(biāo)識(shí)或者能夠進(jìn)行閃爍顯示（例如紅色閃爍指示緊急調(diào)度狀態(tài)下的特殊時(shí)間節(jié)點(diǎn)等）之類功能強(qiáng)化時(shí)間顯示的關(guān)注度或者特定意義。而且更多的是，子鐘的顯示裝置多采用LED顯示技術(shù)，因?yàn)長ED具有亮度高、壽命長、可視角度大等系列優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足在船舶這種復(fù)雜環(huán)境下長時(shí)間穩(wěn)定且清晰顯示時(shí)間的要求。
