CN103116269A - 一种北斗卫星接收终端时间完整性验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于卫星导航系统应用技术领域。一种北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，包括时间维护及报文封装的流程以及扩频调制和载波调制的流程，实现北斗卫星接收终端对闰年、闰秒及时间年信息变化信息的处理，完成对其时间完整性验证，北斗卫星接收终端在验证开始前首先实际接收一段时间的北斗卫星电文，然后以文档方式输入到时间维护流程；然后通过时间维护流程设置时间参数，并在检验开始后进行时间维护处理，得到正确时间信息，并替换实际接收北斗卫星电文中的时间信息，生成模拟北斗卫星电文帧数据；通过扩频调制和载波调制，最后将模拟北斗卫星信号调制到北斗卫星信号频段,北斗卫星接收终端接收模拟调制信号，实现时间完整性检测。

Description

一种北斗卫星接收终端时间完整性验证方法

技术领域

本发明属于卫星导航系统应用技术领域，特别是涉及一种北斗卫星接收终端时间完整性验证方法。

背景技术

时间同步系统作为一种基础保障平台，在通信、电力、交通等领域的各行业发挥着越来越重要的作用，多种终端设备均要求准确的时间同步信息，且不能出现错误。随着北斗卫星导航系统的建设和发展，时间同步系统中将越来越多的使用北斗卫星系统进行授时。

    目前的北斗卫星模拟装置还没有针对时间完整性进行检测的方法和手段，很大一部分的时间处理和闰秒处理等存在问题不能检测，未经时间完整检测的北斗卫星接收终端，可能在闰年、闰秒和时间年信息变化（时间跨年）等特殊时间点存在严重隐患，鉴于时间同步系统的重要性，迫切需求对时间完整性进行检测的方法和装置。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种针对北斗卫星接收终端进行时间完整性检测的方法。

本发明所采用的技术方案：

一种北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，包括时间维护的流程，报文封装的流程，以及扩频调制和载波调制的流程，实现北斗卫星接收终端对闰年、闰秒及时间年信息变化信息的处理，完成对其时间完整性验证，其步骤包括：

北斗卫星接收终端在验证开始前首先实际接收一段时间的北斗卫星电文，然后以文档方式输入到时间维护流程；

其次，通过所述时间维护流程设置时间参数，包括配置检测起始时间和闰秒参数，并在检验开始后进行时间维护处理，得到正确时间信息，并替换实际接收北斗卫星电文中的时间信息，生成模拟北斗卫星电文帧数据，完成正确的时间报文信息封装；

第三，通过扩频调制流程进行扩频调制，然后通过载波调制流程进行载波调制，最后将模拟北斗卫星信号调制到北斗卫星信号频段, 北斗卫星接收终端接收模拟调制信号，实现时间完整性检测。

所述的北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，时间维护处理的流程包括，接收用户设置的时间参数，包括检测起始时间、闰秒播报起始时间、当前闰秒值、未来闰秒值和闰秒发生时间；

然后在检测开始后在起始时间基础上每秒进行时间累加，并根据闰秒设置情况提前进行闰秒情况播报，正确进行闰秒处理，以及正确进行闰年和时间年计数值变化，生成正确的时间报文信息。

所述的北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，用正确的时间报文逐帧替换实际北斗卫星电文帧的时间信息帧，最终生成模拟北斗卫星电文；替换前先将时间报文按北斗电文格式逐帧分解，根据北斗电文的帧号填入相应的时间信息，并重新计算校验信息。

本发明的有益积极效果：

1、本发明北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，提供了一种北斗卫星接收终端时间报文正确性的测试方法，对闰年、闰秒和时间年计数变化等易出现错误的时间节点进行系统的详细检验，保证产生正确的时间报文。

2、本发明北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，对电信、电力、交通等时间同步系统的稳定性有重要意义，保证不同北斗卫星接收终端输出时间报文一致，保证电信、电力、交通等行业全网时间同步。

附图说明

图1：本发明北斗卫星时间完整性检验方法示意图；

图2：辅助式时间完整性检测设备构成示意图；

图3：自主式时间完整性检测设备构成示意图。

具体实施方式

实施例一：参见图1，本发明北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，包括时间维护的流程，报文封装的流程，以及扩频调制和载波调制的流程，实现北斗卫星接收终端对闰年、闰秒及时间年信息变化信息的处理，完成对其时间完整性验证，其步骤是：

验证开始前首先实际接收一段时间的北斗卫星电文，然后以文档方式输入到时间维护流程；

其次，通过所述时间维护流程设置时间参数，包括配置检测起始时间和闰秒参数，并在检验开始后进行时间维护处理，得到正确时间信息，并替换实际接收北斗卫星电文中的时间信息，生成模拟北斗卫星电文帧数据，完成正确的时间报文信息封装；

第三，通过扩频调制流程进行扩频调制，然后通过载波调制流程进行载波调制，最后将模拟北斗卫星信号调制到北斗卫星信号频段, 北斗卫星接收终端接收模拟调制信号，实现时间完整性检测。

实施例二：参见图1，本实施例的北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，与实施例一进一步不同的是：其中时间维护处理的流程包括，接收用户设置的时间参数，包括检测起始时间、闰秒播报起始时间、当前闰秒值、未来闰秒值和闰秒发生时间；然后在检测开始后在起始时间基础上每秒进行时间累加，并根据闰秒设置情况提前进行闰秒情况播报，正确进行闰秒处理，以及正确进行闰年和时间年计数值变化，生成正确的时间报文信息。

实施例三：参见图1，本实施例的北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，与实施例一或实施例二不同的是：其中时间维护单元用正确的时间报文逐帧替换实际北斗卫星电文帧的时间信息帧，最终生成模拟北斗卫星电文；替换前先将时间报文按北斗电文格式逐帧分解，根据北斗电文的帧号填入相应的时间信息，并重新计算校验信息。

本发明北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，根据实现的功能不同技术方案分成以下单元：时间维护单元，报文封装单元，扩频调制单元和载波调制单元。由用户设置时间参数，包括起始时间和闰秒参数等，对时间报文进行封装，然后进行扩频调制，最后进行载波调制，输出模拟北斗卫星信号。北斗卫星接收终端接收模拟信号实现信号完整性检测。

其中，时间维护单元接收用户设置时间参数，配置测试起始时间，并设置闰秒播报起始时间、当前闰秒值、未来闰秒值和闰秒发生时间。检测开始后在起始时间基础上每秒进行时间累加，并根据闰秒设置情况进行闰秒提前播报。时间维护单元输出时间报文信息，包括当前时间以及闰秒信息，以及正确处理闰年信息，以及时间年计数正确变化。

扩频调制单元是根据北斗卫星的伪随机序列码对时间维护单元产生的模拟北斗卫星电文帧进行扩频调制处理。

载波调制单元是把经过扩频调制的北斗卫星电文信息进行载波调制，将信号调制到北斗卫星电文播发频段，并以有线方式进行输出。

载波调制单元的射频信号以有线方式直接接入到北斗卫星接收终端，即可进行时间完整性检测。检测过程中可根据用户需求更改时间参数和闰秒参数设置，对接收终端时间完整性的不同方面进行检测，包括正常时间报文解调，闰秒处理、闰年处理以及时间跨年等不同时间段的处理正确性，保证北斗卫星接收终端输出的时间报文正确有效。

本发明技术方案具体实现方式：

方法一：参见图2，采用使用计算机辅助实现的北斗接收终端时间完整性的辅助式检测设备实现，包括计算机端时间生成及维护软件，以及时间完整性检测设备。

其中时间维护软件运行在计算机中，通过软件界面可设置测试起始时间、闰秒播报起始时间、当前闰秒值、未来闰秒值以及闰秒发生时间，并可导入事先接收的卫星电文数据。计算机可以通过串口、USB接口或网络接口与时间完整性检测设备相连接。开始进行时间完整性测试后，时间完整性检测设备定期向时间维护软件发送数据请求，时间维护软件接到请求信号后，输出已封装好的卫星报文数据。

时间维护软件工作流程：首先，检测开始前需实际接收一段时间的北斗卫星电文，以文档方式输入到时间维护软件；其次用户需要配置开始时间和闰秒信息，开始时间信息包括年、月、日、时和分信息，闰秒信息包括闰秒信息播报开始时间、闰秒发生时间、当前闰秒值和未来闰秒值信息；检测开始后将时间维护单元启动运行，在设置起始时间值基础上进行逐秒累加，生成新的时间报文；然后将生成的时间报文将逐帧替换原北斗卫星电文文档中的时间信息帧，最终生成模拟北斗卫星电文；时间维护软件接收到时间完整性检测设备的请求信息后，按帧号顺序依次输出。替换前应先将时间报文按北斗电文格式逐帧分解，并根据北斗电文的格式添加帧号和重新计算校验信息。

时间维护软件根据计算机自身时间获取帧数据发送间隔时间和秒级时间，计算机时间每增加1秒，软件便在用户设置起始时间的基础上每秒进行增加1。例如：用户设置起始时间为2020年1月1日8时0分0秒，软件开始运行后，随着计算机时间的增加，模拟时间依次变为8时0分1秒、8时0分2秒、8时0分3秒······依次类推。

时间完整性检测设备接收时间维护软件的模拟卫星电文，在内部进行扩频调制和载波调制后，载波信号以有线方式输出。

扩频调制：检测人员可选择使用不同的卫星，不同的卫星生成相应的伪随机码，对报文信息进行直接序列扩频调制，直接序列扩频调制就是用高速率的伪随机码序列与报文信息序列模2加运算后得到复合序列，再用该复合序列进行载波调制。

载波调制：北斗卫星使用的载波调制方式为多进制移相键控，根据扩频调制后的复码序列，对载波相位进行控制，不同的序列对应不同的载波相位。为适应不同应用需求，检测人员通过检测装置用户交互接口可调整输出射频信号的功率值。

特点：方法一采用计算机软件实现用户交互，图形界面直观，且便于起始时间、闰秒操作配置；检测过程中模拟时间实时显示，便于检测人员观测。

方法二：采用完全由实现北斗接收终端时间完整性的自主式检测设备实现，其工作原理如图3所示。

其中用户交互单元：用户交互单元提供用户操作接口，可以通过按键和显示屏为时间维护单元配置起始时间和闰秒参数，也可以对扩频调制单元进行模拟卫星选择，以及设定载波调制单元的载波信号功率。开始时间信息包括年、月、日、时和分信息，闰秒信息包括闰秒信息播报起始时间、闰秒发生时间、当前闰秒值和未来闰秒值信息。

时间维护单元：从用户交互单元获取起始时间、当前闰秒值、未来闰秒值以及闰秒发生时间，并可导入事先接收的卫星电文数据。

检测开始后将时间维护单元启动运行，在设置起始时间值基础上进行逐秒累加，生成新的时间报文；然后将生成的时间报文将逐帧替换原北斗卫星电文文档中的时间信息帧，最终生成模拟北斗卫星电文；时间维护软件接收到时间完整性检测设备的请求信息后，按帧号顺序依次输出。替换前应先将时间报文按北斗电文格式逐帧分解，并根据北斗电文的格式添加帧号和重新计算校验信息。

时间维护单元每接收到来自本地时钟的分频得到脉冲信号，用来计算帧数据发送间隔和秒级时间，时间维护单元在用户设置起始时间的基础上每秒进行增加1。例如：用户设置起始时间为2020年1月1日8时0分0秒，软件开始运行后，随着计算机时间的增加，模拟时间依次变为8时0分1秒、8时0分2秒、8时0分3秒······依次类推。

本地时钟：时间完整性检测设备配置一个高稳定时钟模块和锁相环模块，产生时间维护模块所需的秒脉冲信号及其它周期脉冲信号，以及扩频调制和载波调制模块所需的频率信号。

为确保测试精度高稳时钟模块的频率准确度优于0.01ppm。根据需求可使用高稳定度晶振或铷钟。 

扩频调制和载波调制工作原理与实现方法1中的扩频调制和载波调制的相同。特点：方法二采用1台时间完整性检测设备即可实现检测，检测系统简单；采用统一的本地时钟，同步性能好，检测可靠性高。

Claims (3)

1.一种北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，包括时间维护的流程，报文封装的流程，以及扩频调制和载波调制的流程，实现北斗卫星接收终端对闰年、闰秒及时间年信息变化信息的处理，完成对其时间完整性验证，其特征是：

北斗卫星接收终端在验证开始前首先实际接收一段时间的北斗卫星电文，然后以文档方式输入到时间维护流程；

其次，通过所述时间维护流程设置时间参数，包括配置检测起始时间和闰秒参数，并在检验开始后进行时间维护处理，得到正确时间信息，并替换实际接收北斗卫星电文中的时间信息，生成模拟北斗卫星电文帧数据，完成正确的时间报文信息封装；

第三，通过扩频调制流程进行扩频调制，然后通过载波调制流程进行载波调制，最后将模拟北斗卫星信号调制到北斗卫星信号频段, 北斗卫星接收终端接收模拟调制信号，实现时间完整性检测。

2.根据权利要求1所述的北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，其特征是：所述时间维护处理的流程包括，接收用户设置的时间参数，包括检测起始时间、闰秒播报起始时间、当前闰秒值、未来闰秒值和闰秒发生时间；

然后在检测开始后在起始时间基础上每秒进行时间累加，并根据闰秒设置情况提前进行闰秒情况播报，正确进行闰秒处理，以及正确进行闰年和时间年计数值变化，生成正确的时间报文信息。

3.根据权利要求1或2所述的北斗卫星接收终端时间完整性验证方法，其特征是：用正确的时间报文逐帧替换实际北斗卫星电文帧的时间信息帧，最终生成模拟北斗卫星电文；替换前先将时间报文按北斗电文格式逐帧分解，根据北斗电文的帧号填入相应的时间信息，并重新计算校验信息。

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