CN111090234B - 一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理系统，包括低频时码解析单元、时频时码时间维护单元和比对检验单元；所述的低频时码解调单元：利用高频时钟对低频时码信号进行同步采样和脉宽计数，从而获取时间信息，并恢复建立准秒标志信号；所述的时频时码时间维护单元：利用低频时码解调单元中解析出的时间信息结合准秒标志信号，恢复出含有秒值的标准时间信息；所述的比对检验单元：根据低频时码时间信息对卫星时间报文进行比对检验，判断是否存在针对时间信息的欺骗。本发明利用低频时码授时信号作为基准，对卫星时间信息的连续性进行判别，无论时间同步装置处于初始化阶段或正常工作阶段，均可判别出针对卫星信号的欺骗干扰信号。

Description

一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法
技术领域
本发明属于卫星导航授时应用技术领域，具体涉及一种基于时间同步装置利用低频时码信号的卫星反欺骗处理方法。
背景技术
随着卫星导航技术的发展和自动化程度的提高，卫星时间同步系统在电力、通信、交通、金融等行业应用日渐广泛，发挥着至关重要的作用，是电网及通信网络安全运行的基础，同时对时间同步装置的安全性提出了越来越高的要求。
然而由于卫星发波功率有限，传输信道电磁干扰复杂，信号帧格式公开，卫星导航系统信号极易受到欺骗干扰。欺骗干扰会使时间同步装置输出错误的时间信息，会对安全生产运行构成严重威胁。目前大部分时间同步装置在跟踪同步后具有守时功能，并能够利用内部系统时钟对卫星信号的连续性进行判断，从而识别欺骗干扰。但无法在设备初始化阶段有效识别针对卫星信号的欺骗干扰。
低频时码授时系统，通常是指工作于第五频段(30-300kHz)的长波授时系统。该系统适于区域性的标准时间频率传输，其传播的稳定度、覆盖范围的广泛性，使其在各个领域都发挥了重要的作用。德国，美国，英国，日本等国家均建有长波信号发播台，时间编码包括DCF、MDF、WWVB、JJY等。我国在2007年建成的BPC低频时码授时系统是一个载频为68.5KHz的调幅无线发播系统。调幅脉冲下降沿的起始点，指示着国家授时中心UTC(NTSC)秒信号的发生时刻。调幅脉冲的宽度按指定的传输协议给出日历和时间的数字编码信息。低频时码的帧周期为20秒，每分钟传输3帧。1帧包含20个码元，低频时码信号的码元周期为1秒，1秒中包含了信号的秒脉冲和时间编码信息，以秒脉冲宽度表示四进制数的0，1，2，3，以四进制数表示相应的“分”，“时”，“日”，“月”，“年”，“星期”等时间信息。以空白码元作为帧间隔和帧首标志，以帧标志号表示帧所在时间段。
Figure GDA0003329903120000011
Figure GDA0003329903120000021
表1.低频时码编码规则
大多数时间同步装置针对卫星信号干扰欺骗的处理方式为利用装置内部同步后的系统时钟进行秒累加，然后作为基准对卫星时间信息的连续性进行判断，识别是否存在欺骗信号。而在时间同步装置上电初始化阶段如果GNSS接收机已被欺骗干扰的情况下，此方法由于未与时间源同步，没有时间基准，所以无法有效识别和处理卫星信号欺骗，具有一定的局限性。
发明内容
为解决上述问题，提供一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，无论在初始化阶段或正常运行过程中都能够有效判别出卫星欺骗信号。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，该方法包括：
S1：低频时码解析：接收外部输入的低频时码信号，利用高频时钟信号对低频时码信号进行边沿采样同步，在同步检测到低频时码信号的上升沿时，启动高电平脉宽计数；在同步检测到低频时码信号的下降沿时，锁存高电平脉宽计数值，并清零计数器，建立准秒标志信号；通过高电平脉宽计数值，判断低频时码信号方波脉冲的脉冲宽度状态，根据脉冲宽度获取该码元信息，将码元信息中的时、分、秒、星期、日、月、年信息进行校验后组合锁存；
S2：时频时码时间维护：利用低频时码解调单元中解析出的时、分、秒、星期、日、月、年信息结合准秒标志信号，恢复出含有秒值的标准时间信息；
S3：比对检验：接收GNSS接收机输出的报文获取卫星时间信息，提取卫星报文中的UTC时间信息与步骤2中维护过的本地时间信息的年、月、日、时、分、秒、值逐一进行实时比对，检测是否存在不一致的时间信息；如果存在不一致时间信息，则判断卫星信号存在欺骗信号干扰；此时装置系统时钟不再采用卫星信号作为时间源进行同步，而根据低频时码的时间信息进行逐秒累加同步，同时对外输出告警信息通知被授时设备，从而实现卫星信号反欺骗处理。
所述的通过高电平脉宽计数值，判断低频时码信号方波脉冲的脉冲宽度状态的步骤为：判断高电平脉宽计数值是否超过1秒，如果超过一秒，则表示该码元为帧首标志码元；如果高电平脉宽计数值小于1秒，则判断其是否符合0.9秒、0.8秒、0.7秒或0.6秒门限，即低频时码信号方波秒脉冲的四种标准脉冲宽度状态，分别表示为四进制的0、1、2、3，根据脉冲宽度获取该码元信息；在帧起始标志后连续获取19个码元信息。
一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理系统，所述系统包括低频时码解析单元、时频时码时间维护单元和比对检验单元；
所述的低频时码解调单元：利用高频时钟对低频时码信号进行同步采样和脉宽计数，从而获取时间信息，并恢复建立准秒标志信号；
所述的时频时码时间维护单元：利用低频时码解调单元中解析出的时间信息结合准秒标志信号，恢复出含有秒值的标准时间信息；
所述的比对检验单元：根据低频时码时间信息对卫星时间报文进行比对检验，判断是否存在针对时间信息的欺骗。
所述的低频时码解调单元中解析出的时间信息包括时、分、秒、星期、日、月、年信息。
相对于现有技术，本发明利用低频时码授时信号作为基准，对卫星时间信息的连续性进行判别，因为低频时码为全天24小时不间断发波，故此无论时间同步装置处于初始化阶段或正常工作阶段，均可判别出针对卫星信号的欺骗干扰信号。
附图说明
图1是发明的系统结构图。
图2是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的技术含义相同。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，该方法包括：
S1：低频时码解析：接收外部输入的低频时码信号，已知低频时码信号是以方波秒脉冲形式编码组成时间码，帧周期为20秒，每一帧含有20个码元，码元下降准时延即是秒准时延；利用高频时钟信号对低频时码信号进行边沿采样同步，在同步检测到低频时码信号的上升沿时，启动高电平脉宽计数；在同步检测到低频时码信号的下降沿时，锁存高电平脉宽计数值，并清零计数器，建立准秒标志信号；判断高电平脉宽计数值是否超过1秒(根据高频时钟信号判断，如100MHz，则判断计数值是否大于99999999)，如果超过一秒，则表示该码元为帧首标志码元；如果高电平脉宽计数值小于1秒，则判断其是否符合0.9秒、0.8秒、0.7秒或0.6秒门限，即低频时码信号方波秒脉冲的四种标准脉冲宽度状态，分别表示为四进制的0、1、2、3，根据脉冲宽度获取该码元信息；在帧起始标志后连续获取19个码元信息后，根据低频时码信号标准帧协议，将码元信息中的时、分、秒、星期、日、月、年信息进行校验后组合锁存。
S2：时频时码时间维护：由于低频时码信号的帧周期为20s，在当前分钟的第21秒后才能获取完整时间信息，并且低频时码以空脉冲作为帧首标志，所以需要维护一个基于低频时码时间信息的、连续的本地时间，包括当前时间秒以上值即年、月、日、时、分、秒信息和秒以下值即秒脉冲。在步骤1解析低频时码建立准秒标志信号时，启动计数值，计数范围为0～1s(如计数器工作在100MHz时钟下，则计数范围为0～99999999)，计数值在计满1秒或准秒标志信号到来时清零；根据秒以下值计数，小于0.1时生成高电平，大于0.1秒则生成低电平，即恢复出一个脉宽为100毫秒的本地秒脉冲；在本地秒脉冲的上升沿，对本地时间秒值进行累加，计数累加范围为0～59；在秒值累加到59后，下一个本地秒脉冲到来时，清除本地秒值为0；对低频时码信号每一帧的首个码元信息进行判断，根据标准帧协议可知0对应当前分钟内第1秒，1对应第21秒，2对应第41秒，定位当前分钟的第1秒，同步本地时间秒值为1；判断本地秒值，如果为0，则对时间信息中的分值进行加1，同时维护年、月、日、时信息；在接下来的20秒，将本地秒值及维护过的年、月、日、时、分值组成完整的本地时间信息；根据低频时码的特点，在第21秒时将本地时间的年、月、日、时、分信息与低频时码信号的对应值进行同步，并与本地秒值组成完整的本地时间信息。
S3：比对检验：接收GNSS接收机输出的报文获取卫星时间信息，提取卫星报文中的UTC时间信息与S2中维护过的本地时间信息的年、月、日、时、分、秒、值逐一进行实时比对，检测是否存在不一致的时间信息；如果存在不一致时间信息，则判断卫星信号存在欺骗信号干扰；此时装置系统时钟不再采用卫星信号作为时间源进行同步，而根据低频时码的时间信息进行逐秒累加同步，同时对外输出告警信息通知被授时设备，从而实现卫星信号反欺骗处理。
一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理系统，所述系统包括低频时码解析单元、时频时码时间维护单元和比对检验单元；
所述的低频时码解调单元：利用高频时钟对低频时码信号进行同步采样和脉宽计数，从而获取时间信息，并恢复建立准秒标志信号；
所述的时频时码时间维护单元：利用低频时码解调单元中解析出的时、分、秒、星期、日、月、年信息结合准秒标志信号，恢复出含有秒值的标准时间信息；
所述的比对检验单元：根据低频时码时间信息对卫星时间报文进行比对检验，判断是否存在针对时间信息的欺骗。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，其特征在于：该方法包括：
S1：低频时码解调：接收外部输入的低频时码信号，利用高频时钟信号对低频时码信号进行边沿采样同步，在同步检测到低频时码信号的上升沿时，启动高电平脉宽计数；在同步检测到低频时码信号的下降沿时，锁存高电平脉宽计数值，并清零计数器，建立准秒标志信号；通过高电平脉宽计数值，判断低频时码信号方波脉冲的脉冲宽度状态，根据脉冲宽度获取码元信息，将码元信息中的时、分、秒、星期、日、月、年信息进行校验后组合锁存；
S2：时频时码时间维护：利用低频时码解调单元中解析出的时、分、秒、星期、日、月、年信息结合准秒标志信号，恢复出含有秒值的标准时间信息；
S3：比对检验：接收GNSS接收机输出的报文获取卫星时间信息，提取卫星报文中的UTC时间信息与步骤2中维护过的本地时间信息的年、月、日、时、分、秒、值逐一进行实时比对，检测是否存在不一致的时间信息；如果存在不一致时间信息，则判断卫星信号存在欺骗信号干扰；此时装置系统时钟不再采用卫星信号作为时间源进行同步，而根据低频时码的时间信息进行逐秒累加同步，同时对外输出告警信息通知被授时设备，从而实现卫星信号反欺骗处理。
2.如权利要求1所述基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，其特征在于：所述的通过高电平脉宽计数值，判断低频时码信号方波脉冲的脉冲宽度状态的步骤为：判断高电平脉宽计数值是否超过1秒，如果超过一秒，则表示该码元为帧首标志码元；如果高电平脉宽计数值小于1秒，则判断其是否符合0.9秒、0.8秒、0.7秒或0.6秒门限，即低频时码信号方波秒脉冲的四种标准脉冲宽度状态，分别表示为四进制的0、1、2、3，根据脉冲宽度获取该码元信息；在帧起始标志后连续获取19个码元信息。
3.如权利要求1-2任一项所述的基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，其特征在于：实施该处理方法的系统包括低频时码解调单元、时频时码时间维护单元和比对检验单元；
所述低频时码解调单元：利用高频时钟对低频时码信号进行同步采样和脉宽计数，从而获取时间信息，并恢复建立准秒标志信号；
所述时频时码时间维护单元：利用低频时码解调单元中解析出的时间信息结合准秒标志信号，恢复出含有秒值的标准时间信息；
所述比对检验单元：根据低频时码时间信息对卫星时间报文进行比对检验，判断是否存在针对时间信息的欺骗。
4.如权利要求3所述的基于时间同步装置的卫星反欺骗处理方法，其特征在于：所述低频时码解调单元中解析出的时间信息包括时、分、秒、星期、日、月、年信息。
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