CN108205147A - 一种卫星时间扰动监测系统 - Google Patents

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Shanghai Tanyi Measurement And Control Technology Co Ltd
SHANGHAI YUANBEI DIGITAL TECHNOLOGY Co Ltd
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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Abstract

本发明涉及监测领域，公开了一种卫星时间扰动监测系统，包括GPS卫星接收系统、北斗时间接收系统、原子振荡器、客观标准钟、初始选择同步开关、3个时差比较器和处理器，3个时差比较器分别为第一时差比较器、第二时差比较器和第三时差比较器，GPS卫星接收系统与第一时差比较器连接，北斗时间接收系统与第一时差比较器连接，原子振荡器与第一时差比较器连接；第一时差比较器与处理器连接，第二时差比较器与处理器连接，第三时差比较器与处理器连接，处理器与客观标准钟连接。采用上述技术方案的一种稳定可靠的卫星时间扰动监测系统，实现对卫星系统的授出时间质量和异常进行监测，以避免因卫星时间扰动对系统造成的影响，确保时间系统的稳定可靠。

Description

一种卫星时间扰动监测系统
技术领域
本发明涉及监测领域，特别涉及一种卫星时间扰动监测系统。
背景技术
卫星同步时钟目前已广泛应用于电力，通信，工业自动化等各行业，卫星同步时钟以天基卫星定位系统广播的时间作为参照基准，而卫星本身的时间则是来自于内部的高精度原子钟，同时会有卫星地面站对卫星内部的的原子钟进行定期修正，以使其和UTC时间保持同步。中国境内可以应用于民用的卫星定位系统包括美国的GPS全球卫星定位系统、中国的北斗定位导航系统以及俄罗斯的格罗纳斯全球定位系统，这些卫星定位系统均是为军事目的而建设的，由于卫星定位系统的战略意义和特殊性，在一些敏感时期，卫星系统的授时精度是否会有变化，以及卫星是否会由于老化等问题出现时间偏移，或者其它一些因素均可能造成对授出时间产生影响。其次由于各卫星系统的参数，性能均不尽相同，因此各星系统广播的时间还可能存在时间差。同时卫星信号的容易受到电离层，程序楼群反射以及无线信号干扰等因素，因此从某种程度上讲卫星时间同步存在一定的不安全因数。
故急需一种稳定可靠的卫星时间扰动监测系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种稳定可靠的卫星时间扰动监测系统。
本发明中的一种卫星时间扰动监测系统，包括GPS卫星接收系统、北斗时间接收系统、原子振荡器、客观标准钟、初始选择同步开关、3个时差比较器和处理器，所述3个时差比较器分别为第一时差比较器、第二时差比较器和第三时差比较器，
所述GPS卫星接收系统与第一时差比较器连接，所述北斗时间接收系统与第一时差比较器连接，所述原子振荡器与第一时差比较器连接；
所述GPS卫星接收系统与第二时差比较器连接，所述GPS卫星接收系统通过初始选择同步开关与客观标准钟连接，所述客观标准钟与第二时差比较器连接，所述原子振荡器与第二时差比较器连接；
所述北斗时间接收系统与第三时差比较器连接，所述北斗时间接收系统通过初始选择同步开关与客观标准钟连接，所述客观标准钟与第三时差比较器连接，所述原子振荡器与第三时差比较器连接；
所述第一时差比较器与处理器连接，所述第二时差比较器与处理器连接，所述第三时差比较器与处理器连接，所述处理器与客观标准钟连接。
上述方案中，还包括辅助电路，所述辅助电路与处理器连接。
上述方案中，所述辅助电路包括告警电路、切换电路与报告电路。
上述方案中，所述客观标准钟内部设有时间日期及时电路和通讯接口。
上述方案中，所述第一时差比较器为脉冲边沿时差比较器。
上述方案中，所述第二时差比较器为脉冲边沿时差比较器。
上述方案中，所述第三时差比较器为脉冲边沿时差比较器。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种稳定可靠的卫星时间扰动监测系统，采用一种多时间源联合判断的机制，其同时接收北斗和GPS卫星时间，并利用原子振荡器的短期稳定特性，通过三源时间的联合比较判断，对卫星播发的时间信号进行反向的连续性监测和异常侦测，其中主要解决包括启动初期的时间可靠性判断和运行过程中的时间异常侦测的问题。实现对卫星系统的授出时间质量和异常进行监测，以避免因卫星时间扰动对系统造成的影响，确保时间系统的稳定可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明是一种卫星时间扰动监测系统，包括GPS卫星接收系统SAT1、北斗时间接收系统SAT2、原子振荡器RB1、客观标准钟C1、初始选择同步开关K1、3个时差比较器和处理器CPU，3个时差比较器分别为第一时差比较器M1、第二时差比较器M2和第三时差比较器M3，
GPS卫星接收系统SAT1与第一时差比较器M1连接，北斗时间接收系统SAT2与第一时差比较器M1连接，原子振荡器RB1与第一时差比较器M1连接；
GPS卫星接收系统SAT1与第二时差比较器M2连接，GPS卫星接收系统SAT1通过初始选择同步开关K1与客观标准钟C1连接，客观标准钟C1与第二时差比较器M2连接，原子振荡器RB1与第二时差比较器M2连接；
北斗时间接收系统SAT2与第三时差比较器M3连接，北斗时间接收系统SAT2通过初始选择同步开关K1与客观标准钟C1连接，客观标准钟C1与第三时差比较器M3连接，原子振荡器RB1与第三时差比较器M3连接；
第一时差比较器M1与处理器CPU连接，第二时差比较器M2与处理器CPU连接，第三时差比较器M3与处理器CPU连接，处理器CPU与客观标准钟C1连接。
还包括辅助电路，辅助电路与处理器连接，辅助电路包括告警电路、切换电路与报告电路。
GPS卫星时间接收模块SAT1和北斗时间接收系统SAT2应具备独立的PPS秒脉冲输出接口以及卫星时间信息输出接口，支持输出时间和状态信息和参考PPS信号，这个PPS的上升沿为时间同步准时沿。
原子振荡器RB1是一个高稳定度的原子振荡器，能输出频率参考信号，作为系统的计时和时间比较的时基信号。原子振荡器RB1具有频率短期稳定的特性。
客观标准钟C1是一个本地时间计时电路，内部设计有具有锁相能力的秒脉冲信号产生电路SPLL，SPLL依靠原子振荡器RB1提供的频率信号驱动，实现对输入的参考PPS的精确锁相。当输入参考PPS有效，输出的本地PPS信号相位将和输入PPS保持一致。当无参考PPS输入，SPLL将持续输出守时的本地PPS。客观标准钟C1内部还设计有时间日期计时电路和通讯接口，可以被处理器置入和读出时间。依靠内部SPLL产生的秒信号，可以持续精确的计时，提供本地的客观时间参考。
初始选择同步开关K1是一个选择开关，其作用是由程序控制客观标准钟C1的输入参考PPS信号的选择，初始选择同步开关K1具有三个态，分别对应选择GPS卫星时间接收模块SAT1，北斗时间接收系统SAT2和空置。
第一时差比较器M1，第二时差比较器M2，第三时差比较器M3是三组脉冲边沿时差比较器，依靠原子振荡器RB1的稳定精确频率，时差比较器可以纳秒级别的精度，对两个PPS脉冲上升沿的时间差进行比对。第一时差比较器M1负责比对GPS卫星时间接收模块SAT1和北斗时间接收系统SAT2的时间差，第二时差比较器M2负责比对GPS卫星时间接收模块SAT1和客观标准钟C1的时间差，第三时差比较器M3负责比对北斗时间接收系统SAT2和客观标准钟C1的时间差，三组比对结果分别送至处理器CPU。
处理器CPU部分负责对GPS卫星时间接收模块SAT1、北斗时间接收系统SAT2的时间值、状态信息的接收处理和判断，客观标准钟C1的时间值的置入，K1的选择控制以及综合判断。
系统初始阶段，处理器CPU通过对GPS卫星时间接收模块SAT1，北斗时间接收系统SAT2的报文时间信息和接收状态判断，判定GPS卫星时间接收模块SAT1和北斗时间接收系统SAT2的PPS的有效性，当两者均有效时，通过第一时差比较器M1来比对GPS卫星时间接收模块SAT1和北斗时间接收系统SAT2的时间差来判断时间的可信任度，若两者的时间差小于一定的阈值，则认为GPS卫星时间接收模块SAT1和北斗时间接收系统SAT2的时间精度可信任。此时处理器CPU依据优先级，控制初始选择同步开关K1选择GPS卫星时间接收模块SAT1(或者北斗时间接收系统SAT2)，向客观标准钟C1提供初始的参考PPS信号，以对本地PPS进行相位驯服，这个驯服过程要求输入参考PPS连续稳定一段时间，以避免信号的随机抖动的干扰。在稳定工作一段时间后，系统进入运行状态。
在运行状态，若发生卫星时间扰动或跳变异常，时间差超过系统的设定阈值。假设以GPS卫星时间接收模块SAT1发生异常为例。第一时差比较器M1将侦测到GPS卫星时间接收模块SAT1和北斗时间接收系统SAT2的时间差超过阈值，同时第二时差比较器M2也将侦测到GPS卫星时间接收模块SAT1和客观标准钟C1的时间差超过阈值，而第三时差比较器M3指示北斗时间接收系统SAT2和客观标准钟C1的时间无差异，则处理器CPU可判定GPS卫星时间接收模块SAT1的时间发生异常，此时处理器CPU控制初始选择同步开关K1选择北斗时间接收系统SAT2作为客观标准钟C1的同步源，隔离GPS卫星时间接收模块SAT1，确保系统安全，同时产生告警信息。
若GPS卫星时间接收模块SAT1恢复正常，系统可重新通过第一时差比较器M1，第二时差比较器M2，第三时差比较器M3的指示进行判定，若持续恢复稳定，可以重新控制初始选择同步开关K1选择GPS卫星时间接收模块SAT1作为同步源。
本发明提供一种稳定可靠的卫星时间扰动监测系统，采用一种多时间源联合判断的机制，其同时接收北斗和GPS卫星时间，并利用原子振荡器的短期稳定特性，通过三源时间的联合比较判断，对卫星播发的时间信号进行反向的连续性监测和异常侦测，其中主要解决包括启动初期的时间可靠性判断和运行过程中的时间异常侦测的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，包括GPS卫星接收系统、北斗时间接收系统、原子振荡器、客观标准钟、初始选择同步开关、3个时差比较器和处理器，所述3个时差比较器分别为第一时差比较器、第二时差比较器和第三时差比较器，
所述GPS卫星接收系统与第一时差比较器连接，所述北斗时间接收系统与第一时差比较器连接，所述原子振荡器与第一时差比较器连接；
所述GPS卫星接收系统与第二时差比较器连接，所述GPS卫星接收系统通过初始选择同步开关与客观标准钟连接，所述客观标准钟与第二时差比较器连接，所述原子振荡器与第二时差比较器连接；
所述北斗时间接收系统与第三时差比较器连接，所述北斗时间接收系统通过初始选择同步开关与客观标准钟连接，所述客观标准钟与第三时差比较器连接，所述原子振荡器与第三时差比较器连接；
所述第一时差比较器与处理器连接，所述第二时差比较器与处理器连接，所述第三时差比较器与处理器连接，所述处理器与客观标准钟连接。
2.根据权利要求1所述的一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，还包括辅助电路，所述辅助电路与处理器连接。
3.根据权利要求2所述的一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，所述辅助电路包括告警电路、切换电路与报告电路。
4.根据权利要求1～3所述的任意一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，所述客观标准钟内部设有时间日期及时电路和通讯接口。
5.根据权利要求1～3所述的任意一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，所述第一时差比较器为脉冲边沿时差比较器。
6.根据权利要求1～3所述的任意一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，所述第二时差比较器为脉冲边沿时差比较器。
7.根据权利要求1～3所述的任意一种卫星时间扰动监测系统，其特征在于，所述第三时差比较器为脉冲边沿时差比较器。
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