本核相系统利用电话网络将参考端所测量的带有相位信息的数据传送至测量端，这种传输方式充分利用现有的电话网络资源，方便快捷、覆盖面广，但存在不定的传输延迟。为了有效解决这一问题，系统引进GPS授时技术，在参考端和测量端各放置一个GPS接收机，它作为授时系统以及精确定位的仪器，能通过串行接口提供自身地理位置及时间等信息，并能提供时间精度为1μs的秒脉冲信号（1PPS）。
参考端设备一般采用固定安装，故各模块之间采用有线传输方式。参考端主机从高压电力线接收得50Hz／60Hz电力线信号T1，T1是电力线信号经过过零比较后得到的信号，占空比为1：1.参考端主机同时从GPS接收机收到秒脉冲信号（1PPS）。T1以1PPS的上升沿为基准，得到两路信号的时间差值Δt1.带有Δt1数值的信号经过数字成帧处理和调制，便可通过电话网络向测量端的移动电话发送。
测量端设备一般放置于野外作业，故各模块之间大多采用无线传输方式。测量端的GPS接收机把1PPS调制到射频上以无线方式发送给测量端通信主机，同时测量端通信主机通过移动电话接收来自参考端的相对相位信息（Δt1）。测量端也以1PPS为基准，根据Δt1恢复出参考端的电力线信号，标识为T1＇，实现了参考端电力线信号T1的远距离传输和精确恢复。接着，测量端通信主机将T1＇信号调制到射频上向手持机发送，与此同时，移动探测器检测测量端的电力线信号T2，并将T2信号也调制到射频上向手持机发送。
手持机同时对包含T1＇和T2的射频信号进行接收和解调，以T1＇信号作为判决基准，测量T2信号与T1＇信号的时间差Δt2，然后根据公式（1）把时间差值换算为相位差值，再把相位差值和系统的相位差门限进行比较，做出是否同相的判决。最后把测试的结果显示在手持机的液晶屏上，就实现了相位差值的远程测量。
整个核相系统的工作是由测量端利用移动电话发起的，移动电话呼叫参考端设备得到应答从而建立通信链路，开始核相。参考端主机、测量端通信主机，手持机是三个主要模块，参考端主机完成时间差值Δt1的测量，测量端通信主机实现参考端电力线信号T1的恢复处理，手持机完成两地电力线信号T1和T2是否同相的判决。
系统在硬件设计时应充分考虑准确度、功耗、可靠性及可操作性。由于参考端的GPS接收机放置在室外，还要求GPS接收机具有一定的防水性能。参考端主机采用MCS51系列单片机为主控芯片，外围电路有GPS接口模块，电力线接口电路、调制解调电路、电话接口电路、光指示电路和电源。参考端主机与GPS接收机之间采用RS485总线方式通信。
GPS接口模块一端与GPS接收机相连，另一端与单片机的串口相连，通过电平转换芯片实现RS485与TTL电平的转换。电力线接口电路采用光电耦合器等器件将220V、50Hz的强电信号转换成TTL电平信号输入到单片机。调制解调电路将单片机输出的数字信号以FSK的方式调制到音频信号上，通过电话接口电路并经电话网络传送到测试端。调制解调电路采用半双工的波特率为1200bit／s的MODEM芯片。
GPS接收机最多可同时跟踪12颗卫星，如果跟踪到的卫星个数大于等于3，此时才认为信息是同步的，否则信息是无效的。故一直等到同步才能进行核相工作。系统所用的单片机有3个计数器／定时器，定时器0作为定时中断，所有不同时间间隔的定时均由它产生。定时器1以计时方式测量Δt1，并随着1PPS的到来1秒钟更新一次。定时器2作为发送和接收波特率发生器，接收GPS接收机所发送的数据时设置为9600bit／s，收发测量端的数据时设置为600bit／s.秒脉冲信号与电力线信号分别送到单片机的两个外部引脚口，软件设定为下降沿触发中断方式。电话振铃信号输入到单片机的I／O口，利用定时器0产生中断来定时进行采样检测。为了防止呼叫超时情况，单片机定时对呼叫时间和相应的振铃次数进行跟踪，避免长时间等待呼叫而占用通信链路。
系统采用电话网络作为远程传输媒介，省去了架设通信网的繁复，现场工程安装与维护工作十分简单。测试端设备便于携带，操作简单方便。由于系统基于GPS，因而其测量精度高，抗干扰能力强，适合在野外环境工作。系统除了能精确地实现核相的基本功能外，利用GPS的定位技术还能获取被核相电力线的准确的地理位置信息。
