船用子母鐘系統(tǒng)工作原理剖析
（一）母鐘工作機制
時間基準獲取 母鐘作為整個系統(tǒng)的核心部件，*要任務是獲取高度精確的時間基準。在現(xiàn)代的船用子母鐘系統(tǒng)中，母鐘通常是經(jīng)過標準的RS422接口接收來自GPS（全球定位系統(tǒng)）發(fā)送的標準時間信號。GPS系統(tǒng)所提供的時間信號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)該信號實現(xiàn)自身時間精度校準，具備了精確時間源的能力。舉例來說，如果一艘船正在全球航行過程中，只要在GPS信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，母鐘就能持續(xù)獲取精準的衛(wèi)星授時信號，保持準確校時狀態(tài)，無論航行至哪個角落都能提供高精度的時間基準菜 。并且，在外部時間源（即GPS信號）處于正常工作狀態(tài)時，該信號將被母鐘確認為時間基準；而一旦外部時間源出現(xiàn)故障（比如遭遇電磁干擾或者GPS信號被遮擋等特殊情況），母鐘可以迅速啟用自身所配備的晶振作為時間基準來維持基本的時鐘運行功能，盡管高精度晶振相對衛(wèi)星授時精度會略低一些，但能確保系統(tǒng)在異常情況下繼續(xù)運行，不至于完全“失時” 。
對子鐘的信號分配與監(jiān)控 母鐘在系統(tǒng)里承擔著至關重要的兩種功能，一種是向子鐘分配精確時間信號，另一種就是對子鐘的監(jiān)控工作。母鐘能夠把精確的時間信號傳遞給各個子鐘以及船舶上其他需要精確時間的設備（例如通信設備、導航設備等），從而保證船舶眾多設備都工作在統(tǒng)一時間下。同時，母鐘借助一種特有的方式，就像通過特定的鍵盤操作，實現(xiàn)對子鐘點對點的監(jiān)控。這是通過一種內(nèi)部程序或者電路完成的，母鐘可以查詢每個子鐘接收和執(zhí)行時間信號狀況，例如子鐘是否斷線、信號是否在傳輸中的衰減過大、子鐘自己的時鐘顯示是否出現(xiàn)了異常等等。通過隨時對子鐘的監(jiān)控，母鐘可以及時發(fā)現(xiàn)子鐘存在的問題。一旦發(fā)現(xiàn)問題便能夠及時通知管理人員，這對于維護全船時鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定運行非常關鍵。在大型船舶上可能有幾十至上百個子鐘，如果無法對子鐘及時監(jiān)控和維護，一旦某個子鐘出現(xiàn)問題將有可能導致對應區(qū)域內(nèi)的精確時間缺失或者錯亂，影響船舶相應功能區(qū)域的正常運作。
（二）子鐘工作機制
時間校準 子鐘主要功能是基于從母鐘接收到的時間信號進行自身的時間校準。子鐘就好像接收到命令的執(zhí)行者，當母鐘發(fā)出了時間信號之后，子鐘自身的時鐘電路會依照接收到的信號對自身時鐘進行修正，不管是秒、分還是小時顯示等都會進行精準的調(diào)整，并保持時刻與母鐘時間相同。而且這種校準過程是隨時隨地進行，以確保在長時間運行之下依舊保持準確。例如每過一段時間（具體時間間隔由母鐘的設置等因素決定），母鐘發(fā)出校準信號時，子鐘就會對自身時鐘系統(tǒng)進行校準，從而確保誤差始終維持在一個極小的范圍內(nèi)，從根本上保證整個船體各個地方的時鐘顯示都是同樣準確的時間。
特殊情況下自守時能力 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能力，當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間信號時，子鐘就會依靠自身內(nèi)部的時鐘電路以及相關的守時模塊進入自守時狀態(tài)。這種自守時的功能可以確保子鐘在一段較長的時間內(nèi)仍然能夠持續(xù)提供一個相對穩(wěn)定的時間顯示，雖然可能會存在一定的誤差累積，但可以避免時鐘突然停止或者錯亂的現(xiàn)象。打個比方，如果某一個子鐘暫時斷了與母鐘的連接，在開始自守時的時候開始與母鐘分秒不差，但隨著時間推進，可能會出現(xiàn)每小時幾秒的誤差，但至少可以提供一個大致準確的時間參考量，而不至于在失連后即刻陷入時間顯示混亂的情況，給予維修人員尋找故障點與修復故障一定的時間的容錯性。
船用子母鐘系統(tǒng)的組成及其原理關聯(lián)性
（一）母鐘及其內(nèi)置組件
微處理器和VLSIC器件構成的控制單元 母鐘以一個微處理器和幾塊VLSIC（超大規(guī)模集成電路）器件為基石構建起強大的控制單元。這個控制單元在整個母鐘工作過程中發(fā)揮中樞性指揮的職能。它不僅能順暢接收來自外部的GPS授時信號或者其他備用的時間基準信號，而且還能對這些輸入的信號進行高效的邏輯處理。比如，它能夠迅速識別GPS信號中的時間碼，并將這個時間碼轉(zhuǎn)換為對母鐘自身時鐘電路的校準指令。再比如，當遇到不同格式的備用時間信號（可能來自船舶內(nèi)部其他時間源做備用選擇）時，這個控制單元可以進行信號格式轉(zhuǎn)換和適配。該控制單元同時能夠處理其他對內(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間信號分配等任務都是該控制單元的“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。當母鐘正常工作時（也就是由GPS信號作為正常時間基準時），晶振單元處于備戰(zhàn)狀態(tài)，它隨時監(jiān)測母鐘自身時鐘運行狀況；當出現(xiàn)GPS信號故障等意外事件，晶振單元就要立即成為母鐘的時間基準來源。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時間信號稍低一些，但它能夠確保在失去外部高精度時間源期間，母鐘還能持續(xù)運行并提供一個基本準確的時間參考，從而保證整個船用子母鐘系統(tǒng)不至于全面癱瘓。
（二）子鐘及其特性
子鐘結構多樣性 由于船用環(huán)境復雜多樣以及各應用場景不盡相同，子鐘依據(jù)不同的安裝使用條件形成了多種多樣的結構形式。比如說，基于安裝地點方面，如果是在船舶的駕駛艙等需要顯示和使用時鐘的地方可能就需要特殊的防震、防水結構的子鐘，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。這些不同結構和類型的子鐘雖然外表和結構有差異，但在接收和依據(jù)母鐘信號校準時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)實際需求進行定制化和多樣化調(diào)整。*基本的功能就是如同我們常見的時針、分針、秒針精準指示的時鐘顯示模式，顯示年月日星期等也是比較常規(guī)的擴展顯示功能。在船舶上某些特殊應用場景下，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識或者能夠進行閃爍顯示（例如紅色閃爍指示緊急調(diào)度狀態(tài)下的特殊時間節(jié)點等）之類功能強化時間顯示的關注度或者特定意義。而且更多的是，子鐘的顯示裝置多采用LED顯示技術，因為LED具有亮度高、壽命長、可視角度大等系列優(yōu)點，能夠滿足在船舶這種復雜環(huán)境下長時間穩(wěn)定且清晰顯示時間的要求。
