搭建 GPS 北斗卫星对时服务的 NTP 服务器可以确保在没有互联网连接的环境下，通过卫星获取准确的时间信息。这个过程可以用于高精度时间同步需求，比如金融交易、科学实验、网络管理等。下面是一步步搭建 NTP（Network Time Protocol）时间服务器，通过 GPS 或 北斗卫星 接收时间信号，并将其作为时间源提供给局域网或外部设备。

环境需求：

  1. GPS 或 北斗接收器：获取卫星时间信号。
  2. 支持 NTP 的 Linux 服务器：作为 NTP 时间服务器。
  3. NTP 服务软件：通常使用 ntpd 或 chrony 来提供时间同步服务。

1. 获取硬件设备

1.1 GPS 或 北斗接收器

  • GPS 北斗多模接收器：可以同时支持 GPS 和北斗系统。市场上有很多支持 USB 接口的接收器，常见的品牌有 U-blox, Navisys, GlobalSat 等。
  • 常用接口：USB、RS232、TTL 接口，连接到服务器的串口（如果是 USB 接口，则通常会自动识别）。
  • 型号推荐：如 U-blox NEO-M8N, QZSS（适用于同时接收 GPS 和北斗卫星信号的接收器）。

1.2 GPS/北斗接收器功能：

接收到卫星信号后，设备可以通过 NMEA 协议（例如 $GPRMC, $GPGGA 等）输出时间数据。为了确保精确度，还可以使用 PPS（Pulse Per Second） 信号来进行时间同步。

2. 安装和配置 NTP 服务

2.1 安装 NTP 服务

在 Linux 系统上，最常用的 NTP 服务软件是 ntpd 和 chrony。本教程以 ntpd 为例。

安装 ntpd：
sudo apt-get update
sudo apt-get install ntp

2.2 配置 GPS 时间源

大部分 GPS 接收器可以通过串口将时间信号传递给 Linux 系统。你需要将接收器配置为 PPS（Pulse Per Second） 输出模式，以保证时间同步精度。

  • 连接 GPS 接收器：将 GPS/北斗接收器连接到服务器的串口（例如 /dev/ttyUSB0）。
  • 配置 PPS 驱动：安装 GPS 驱动程序并启用 PPS 支持。
安装 GPS 驱动程序：
sudo apt-get install gpsd gpsd-clients python-gps
配置 GPS 接收器：

修改 /etc/default/gpsd 配置文件，确保以下内容：

START_DAEMON="true"
GPSD_OPTIONS="-n"
DEVICES="/dev/ttyUSB0"  # 这里的 /dev/ttyUSB0 可能根据你的设备而不同

启用 GPS 服务：

sudo systemctl start gpsd
sudo systemctl enable gpsd
配置 PPS 驱动：

编辑 /etc/modules 文件，添加 pps-gpio 或 pps-serial（具体根据接收器型号）：

pps-gpio

然后加载模块：

sudo modprobe pps-gpio

2.3 配置 NTP 使用 GPS 时间源

接下来，配置 ntpd 使用 GPS 接收器的时间源。你需要在 NTP 配置文件 /etc/ntp.conf 中指定时间源。

  1. 打开 NTP 配置文件：
sudo nano /etc/ntp.conf
  1. 添加 GPS 时间源：
    在配置文件中添加 GPS 或北斗时间源。假设你的 GPS 接收器通过串口 /dev/ttyUSB0 和 PPS 信号进行同步。
    • 为 NTP 指定 GPS 信号输入：
    server 127.127.20.0 prefer fudge 127.127.20.0 time1 0.0 refid GPS 这表示使用 127.127.20.0 本地时间源，并将其标记为 GPS。
    • 如果你希望通过 PPS 信号来提高时间同步的准确性，可以配置如下：
    server 127.127.22.0 # 使用 PPS 驱动 fudge 127.127.22.0 stratum 0 # 设置为高精度时间源
  2. 保存并退出配置文件。

2.4 启动 NTP 服务

配置完成后，重启 NTP 服务：

sudo systemctl restart ntp

3. 测试和验证

3.1 检查 NTP 服务状态

确保 NTP 服务正在运行：

sudo systemctl status ntp

3.2 使用 ntpq 工具检查同步状态

通过 ntpq 查看 NTP 同步状态：

ntpq -p

输出类似如下：

     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*127.127.20.0      .GPS.            0 l   21   64  377    0.000    0.000   0.001
  • *127.127.20.0 表示 NTP 已经同步了 GPS 时间。
  • refid GPS 表示同步源是 GPS。

3.3 验证 PPS 信号

使用 ntpstat 或 gpsmon 工具检查 PPS 信号是否正常工作。

4. 进一步优化

  • 防止 GPS 接收器丢失信号时的故障：配置 NTP 允许 stratum 降级，确保 GPS 信号丢失时仍然能够从其它可靠的 NTP 服务器获取时间。在 /etc/ntp.conf 中配置备用 NTP 服务器：server time.google.com
  • 使用 chrony 进行时间同步：如果你更倾向于高精度的时间同步，可以考虑使用 chrony，它支持更好的网络状况下时间同步。

5. 总结

通过以上步骤，你就可以搭建一个基于 GPS 或北斗卫星的高精度 NTP 时间服务器。该服务可以确保系统在任何环境下都能获取准确的时间，尤其适用于没有互联网连接的场景。