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 17:03 176 1 1 分类: 汽车电子 文集: TBOX

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,我们普通老板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、指挥控制经嘟嘟要求高,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。

 

 

我们在行业内的应用

汽车 4G 互联智能终端概述

E6S 是由速锐得针对汽车智能互联平台用户精心打造的一款车载智能信息终端硬件,实现互联

控制车门灯窗采集电压 VIN 总里续航技术得以广泛应用,打造专车专用汽车品牌独立虚拟钥匙,完善

了分时租赁相关协议传输,提供私人定制化的车载 TBOX 开发,为科技金融、分时租赁行业解决了终端

难题,,采用速锐得 E6S TBOX,让一切变得简单.在瑞福德、奇瑞、上汽、宝马、广汽汇理、通用、东

风、奔驰等多个合作案例中应用。

 产品特征

n

产品模块化架构,采用多核分布式处理,CAN 解码数据处理与主控MCU 融合,实现数据读取、

计算、控制更精准;

n

CAN 模块适应当前先进技术(支持发动机自动启停、支持多 CAN 等特点),支持实时数据获

取,驾驶习惯数据获取,熄火自动生成本次行程报告、快速反馈机制;

n

超低功耗设计,自动启动休眠,自动检测电瓶电压、自动报警;

n

工业级高稳定性希姆通 4G 模块,内置高灵敏度蜂窝网络天线,支持 TCP/IP 数据传输,支持域

/IP 地址连接服务器;

n

内置六轴陀螺仪振动传感器,休眠模式下,实现异常振动监测并震动上报至服务器;

n

内置大容量存储芯片,支持离线状态下半年以上的数据存储;

n

高灵敏度 6 轴加速度传感器,融合精准加速度、角速度算法,实时获取车辆当前姿态,支持急

加速、急减速、急转弯、碰撞等车况判断;

n

高灵敏度 GPS/北斗模块与主机分离,实现 GPS 搜星信号更稳定,支持定位跟踪、同步授时、

星历存储等多重搜星机制;

n

休眠模式下,支持电瓶低电压监测报警、异常震动报警等;

n

标准API 接口指令,服务器解析更智能、方便控制 PEPS

n

支持自定义上传实时数据间隔;

n

车辆启动、熄火、休眠自动上报消息;

n

支持在线、远程升级,支持在线、远程配置参数。

n

 

应用领域

n 汽车互联网•车厂/汽车经销商集团/安全驾驶

n 智能网联•汽车租赁/金融风控

n 分时租赁•电动车与汽油车适配

n

TBOX 功能

 

 

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,2017年11月到现在已经完成了18箭30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。

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