原创 最强中国北斗芯每三百万年差一秒 铷钟授时应用在哪?

2020-8-4 14:12 383 2 2 分类: 测试测量

现代社会的许多方面都对高精度授时提出了应用需求,如电网运行、移动通信、高速数字通信、金融计算机网络安全,数字化广播电视网电信网计算机网络三网融合、航空航天、卫星发射及监控、军用通信网络、预警雷达网、多兵种武器协同作战、智能化交通、地质、测绘、导航、气象、科学计量、减震救灾和国家安全等。

 

我们先了解下北斗授时

 

北斗卫星授时可以提供全天候、全球性、高效快速、高精度的标准时间信息,而且噪音干扰等极小。但面对GPS授时技术,设备占领我国90%以上的卫星授时用户市场,我国自主研发的北斗卫星导航系统及授时应用担负着重大使命。

 

北斗系统时钟通过星载高精度原子钟和UTC时间同步,地面用户北斗接收机接收到来自卫星的时钟信号后,即可完成高精度时间的传递,满足日常生活中的各种时间需求。其具体的授时方式,一般有单站法(几个卫星对一个UTC)、单星共视法(一个卫星对多个UTC)、多星共视法等(多个卫星对多个UTC)。

 

单站法授时简单,设备需求量少,授时精度为50纳秒,多用于对精度要求不高的场景。单星共视法和差分信号差不多,能够抵消多项共模传输误差,可以达到20纳秒的精度。多星共视法类似于单星共视法,也可以抵消多项共模误差,定时精度为5纳秒。目前,应用于通信、电力、金融行业的高精度授时主要采用第三种方式,实现区域、铁道站点高精度的时间同步。

 

电信网同步与移动通信

 

无线通信系统属于基站同步系统,基站建无线信道的帧同步及基站切换、漫游都需要精确的时间控制。当基站时钟精度误差超过限定的纳秒级,会导致基站间用户切换失败,出现打电话掉线、通话质量下降、串线等。当基站时钟精度在规定时间内没有恢复,基站会退出服务导致基站内的用户服务中断,手机掉线,这就是我们为什么部分地区一上午都没有网络,而移动公司说升级的原因。

 

可见,一个可靠和高精度的时钟源对移动通信来说,非常重要。目前,大部分的通信采用GPS作为基站同步时钟,但是由于受美国限制,存在自主性差、安全性低的问题,同时由于系统没有备份,可能导致GPS工作异常时,通信质量受到影响,为保证满足自主5G无线通信系统对时间同步的要求与国际安全需要,现在的4G\5G中加入北斗授时技术来解决GPS在不可用的情况下网络通信系统授时同步问题。、

 

因此,采取北斗/GPS双模是当下流行的发展方向,他实现了通信网络时间同步备份,大大提高了通信网络的安全性,也进一步提高系统授时精度并提供精确定位服务。北斗/GPS授时系统主要由北斗接收模块、GPS接收模块、数据处理模块和接口模块组成,以北斗/GPS双系统互为备用设计,采用单、双模天线输入方式,接收北斗或者GPS信号。双模系统根据卫星信号选择最优的卫星系统,输出秒脉冲时钟信息、TOD数据格式等。

 

智能电网同步与监控

 

电力系统是大规模互联系统,地域分布广阔,设备众多,电力也是现代社会发展和国民经济运行的神经中枢、动力之源。同时,由于电力系统地幅辽阔,要实现实时全面地掌握电力系统各组成部分的运行状态,保证系统安全稳定运行,必须依赖全系统统一高精度的时间基准。以前采用直流信号虽然很快,但是受制于距离影响造成极大误差,不能满足其需要,从而也凸显了获得高精度同步时钟的关键。因此,将卫星精确授时作为电力系统的同步时钟系统,当全网的监测、保护、控制和故障系统都实现同步之后,不仅会使过去许多难以实现的工作,如相量测量、故障定位等容易实现,还会使人们对电力系统的分析、控制能力发生质一样的变化。

 

目前,我国电力系统依然较多通过GPS民用频道向电力系统的电力自动化设备、微机监控系统、安全自动保护设备、故障及事件记录等智能设备提供授时信号,以实现电力系统的同步运行。但电力工业安全生产关系国家能源安全和国民经济命脉,一旦,我是说一旦发生紧急事态,GPS信号关闭或者调整,将引发我国电网系统的重大安全事故。

 

随着北斗卫星导航系统研制成功并投入使用,我国技术人员也在研究用北斗卫星授时功能,在电力领域创新研发北斗电力全网时间同步管理系统,这就结束了电力运行时间完全依赖美国GPS全球定位系统的历史,解决了电力系统时间同步应用中的三个难题可靠时钟源、全网时间同步管理、远程集中数字化监控,有效保障了我国电力安全和国家安全,现在单向授时控制在50纳秒内,双向授时控制在10纳秒内,已经是很牛掰的了哦。

 

金融与网络同步

 

随着电子信息技术和互联网的迅猛发展,电子商务、电子政府、金融等高时间约束业务对整个社会的时间同步要求越来越严格,而这些社会活动中,计算机信息处理和传输起着至关重要的作用。一旦由于业务系统时间不同步对交易造成的影响,有形和无形资产损失都将是巨大的。

 

因此,计算机网络的时间同步越来越显得重要。现在金融行业,无论是证券交易所,其业务都离不开计算机和联网服务,如银行业务往来发生的时刻,金融交易的准确时刻,电子邮件信息、文件创建和访问时间、数据库处理时间、账户密码等都涉及银行联网计算机之间的时间同步和频率同步。

 

计算机中凡是有日戳概念的信息都对标准时间标记提出了要求,我们在做TBOX设备就包含了时间戳这个日志记录,表示某时该车的运行状态及发生事件,用于保证认证、密钥协商等信息传递的新鲜性。网上电子商务不断发展,在满足传统信息的保密性、身份真实性、内容完整性、数据不被篡改性等安全要求外,还需要解决信息时效性,如商业情报、无人驾驶、专利发明交易中的竞标、竞拍等,有时间戳证明某一刻完成了这项活动。其他的还有记录文件安全、审查和监控、网络错误检查、复原、初始化、目录服务、储存、分布式计算、边缘计算、预设操作及控制,各网统一到实时时间等等。

 

广播电视与三网融合

 

现在是北京时间七点整,精确的时钟信号是广播电视台准时播出的重要保证。以北京时间为准,各显示、各频道电视节目准点播出,换哪都是新闻联播,之前是有的电视台有延时。这里面有个国家标准GB20600-2006,不详细展开了,我也没去读。

 

目前国内广播电视中心主要精密时间的获取有三种方式:利用央广报时信号获取标准时间,小时候玩电子表整个一秒不差,就是和央广对时;利用CCTV电视场逆程第16行中的时间编码脉冲获取时间;利用接受全球定位系统中的时间信息获得标准时间。

 

因为全球定位系统具有无地区时差、定位精度高、受环境影响小等优势,所以我国的广电也是采用GPS授时来获取时间。北斗授时系统也逐渐应用于广电行业中,播出系统的时间同步、网络时间、机房子钟信号、导播时间等都依赖于授时系统。

 

三网融合是指电信网、广电网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中,因其技术功能趋于一致,业务范围相近,三网相互渗透、相互兼容,整合成为互联互通、统一的信息传输网络。这三网实现了网络资源共享、避免了低水平的重复建设、形成了适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。表现为电视遥控器上打电话、手机上看直播、通信、上网、语音、数据、广播等多种服务。

 

国防建设

 

作为39军通信团的一名老兵,我们在通信指挥、北斗卫星导航系统时间应用与国防还是有一定基础,最近刚过了八一,战友们也练了,还有几把刷子。北斗在国防应用非常普遍,对授时方面的精度要求非常高。

 

无论是边防巡逻、训练演习、后勤保障、抢险救灾、或者是联同其他部队协同作战指挥、全军通信保障、平台作战、网络信息指挥中心、通信/侦查/雷达预警、时间频率计量测试等,都需要高精度的时间信息和和时间的高度同步,保证步调一致(作战指挥的基础)。

 

我们在海训、通信指挥中要实现精确作战离不开高精度的时间统一,我们普通老百姓看电视中的对表情况就是达到这个效果,实际上信息化条件下的一体化联合作战,具有作战范围大、领域广、参战兵力多、作战体系庞杂、行动速度快、指挥控制要求高,作战协同密切等特点,战场各类信息系统、武器装备/车辆运行状态、信息快速处理传输储存等综合处理,高精尖武器精准定位和控制,都需要精确和统一的时间来控制与维系。

 

信息化条件下对作战时间精度要求已经达到秒级、毫秒,甚至是纳秒级。时间统一能针对信息系统、武器系统和作战行动的不同需求,提供精确与统一的标准时间和频率信号,保证在时间和频率上达到同步。一旦时间统一出现了问题,将会导致通信中断、指挥失灵、武器失控和体系瘫痪,出现你不打我我自乱的被动局面。

 

北斗系统的发展已经成为建设信息化军队,打赢信息化战争的重要基础和保证,是军事战斗力的有机组成部分和作战效能倍增器。

 

结束语

 

最近北斗三号全球卫星导航系统正式开通,它除了拥有GPS类似性能外,同步可以起到信号增强的作用,还可以传输短报文、实现主动定位,建成即开通,开通即服务,中国北斗迈进全球服务新时代,201711月到现在已经完成了1830星,建成40多个地面站,高效完成组网,功能性能指标世界一流。

 

“中国芯”是北斗系统的核心。28纳米工艺的北斗卫星导航芯片已经量产,22纳米工艺芯片即将量产,大部分智能手机均支持北斗功能,我国已经构建起集芯片、模块、板卡、终端和运营服务为一体的完整产业链。

 

速锐得也和北斗一起,建设在路上、应用在路上,我们不仅在车载TBOX领域应用北斗,还有精准农业、工业互联网、智能驾驶、共享互联等领域做更多的创新应用,无人化、智能化、数字化、平台化将是北斗+速锐得给大家带来的新变化。

作者: lauguo2013, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3901940.html

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