CN111427074B - 一种基于gbas的高可靠性时统服务设备 - Google Patents

Abstract

本发明为GBAS地面站提供了一种高可靠性时统服务设备，可以为GBAS地面站提供可靠、连续的时间频率统一服务。在GBAS地面站引入高可靠性时统服务设备。本发明利用参考源选取逻辑，选取一路RR校时信息完成时钟驯服代替单天线时钟驯服方式。利用高性能恒温晶振与原子钟切换逻辑选取内部时钟。若RR均工作异常，时统服务设备利用内部时钟精密守时，若守时过程中，RR恢复工作正常，根据守时切换逻辑，判断是否切换时间提供方式，在保证时间精度的同时令服务不中断。

Description

一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备

技术领域

本发明属于卫星导航领域，尤其是涉及一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备。

背景技术

地基增强系统（GroundBased Augmentation System, GBAS）是一种卫星导航地基局域增强系统，可用于飞机精密进近、着陆和地面滑行。该系统在通过差分定位技术提高卫星导航精度的基础上，增加了一系列完好性监测算法，提高了系统的完好性、连续性、可用性等性能指标。其应用可使覆盖空域范围内配置的相应用户设备获得精确定位引导服务。

GBAS地面站构成一般包括参考接收机（Reference Receiver, RR）和天线、数据处理设备（Data Communications Processor, DCP）、甚高频数据收发设备（Very-highfrequency Data Broadcast, VDB）及天线。RR子系统完成高精度的导航卫星信号测量，输出原始观测量到DCP，由DCP完成完好性监测处理和差分修正量计算，结合地面站信息和下滑航径信息，生成差分增强报文信息，并将报文信息发送至VDB子系统，最终由VDB子系统广播到覆盖空域。

上述工作流程中的时间频率统一功能一般由DCP的内部定时器实现。该定时器具有如下缺陷：其一，精度低、误差较大；其二，无法为整个GBAS地面站提供可靠、连续的时间频率统一服务。易造成VDB发射电台时隙错误，VDB接收电台接收错误，导致丢包、错包，影响GBAS地面站的可用性及连续性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备，解决了DCP内部定时器精度低、误差较大的问题，该设备可同时为GBAS地面设备与机载设备提供较准确的时间。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备，包括时频处理模块、参考源选择模块、时钟分发模块、内部时钟、电源模块、以及显控模块；其中，参考源选择模块、时钟分发模块、内部时钟均连接时频处理模块，电源模块用于为设备各模块提供电源；

所述参考源选择模块通过串口接收4个RR输出的校时信息，通过参考源选择逻辑完成时间基准的选取；

所述时频处理模块利用选取的时间基准对高性能恒温晶振与原子钟进行驯服，并通过时钟切换逻辑选取内部时钟；

所述时钟分发模块通过串口向RR、DCP、VDB发射机、VDB接收机输出授时信息，保证GBAS地面站时间频率信息的统一。

进一步的，所述时统服务设备通过串口接收4个RR输出的校时信息，并选取一路信息完成时钟驯服；最终，时统服务设备均通过串口向4个RR设备、1个VDB发射机、1个VDB接收机和1个DCP设备提供授时信息，保证时间同步。

进一步的，所述参考源选择模块实现过程如下：

首先，时统服务设备通过显控单元完成初始参考源RR的选取。若存在时统服务设备初始选取的参考源且该参考源数据有效则直接选取该参考源校时信息作为外部时基，即时统服务设备接收到RR输出的校时信息，该校时信息校验通过且抖动不大，否则令排除计数加1；

若排除计数为4，即四路RR均不可用，则参考源选取失败，否则选取下一优先级最高的RR作为参考源，继续进行数据有效性判断，重复选取过程。

进一步的，参考源默认优先级为：RR1> RR2> RR3> RR4>RR1，该优先级可调。

进一步的，所述时钟切换逻辑实现过程如下：

若参考源选取成功，时统服务设备以选取的RR校时信息作为时间基准对高性能恒温晶振与原子钟进行驯服；同时监测原子钟驯服是否完成，原子钟完成驯服，则切换原子钟进行授时。

进一步的，所述时频处理模块还包括守时切换模块，若时统服务设备正常工作过程中，四路RR均工作异常，该设备将采用内部时钟进行精密守时；

若守时工作过程中，存在正常工作的RR，则重新选取外部时基，若选取失败，则继续守时，否则利用选取的外部时基驯服内部时钟，再判断驯服后的时间与当前守时的时间偏差是否超出门限，若超出门限则利用重新驯服的内部时钟进行授时，否则时统服务设备仍进行精密守时。

相对于现有技术，本发明所述的一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备具有以下优势：

本发明在GBAS地面站中引入了高可靠性时统服务设备，解决了内部定时器精度低、误差大的问题，可为GBAS地面设备、机载设备提供较准确的时间。选取四路RR校时信息中一路作为外部时基，降低了硬件成本，提高了GBAS地面站的可用性、连续性。将高性能恒温晶振驯服时间短与原子钟精度高的优势进行了有效结合，既为GBAS地面站快速提供了服务，也保证了时间精度。守时切换逻辑的设计，在保证精度的同时，提高了服务连续性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为 GBAS地面站主要组成部件及连接方式示意图；

图2为时统服务设备与GBAS地面站各组成部件连接方式一示意图；

图3为时统服务设备与GBAS地面站各组成部件连接方式二示意图；

图4为时统服务设备内部构成图；

图5为时统服务设备参考源选取流程图；

图6为时统服务设备内部时钟切换逻辑流程图；

图7为时统服务设备守时切换逻辑流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明为GBAS地面站提供了一种高可靠性时统服务设备及其实现方法，可以为GBAS地面站提供可靠、连续的时间频率统一服务。在GBAS地面站引入高可靠性时统服务设备。利用参考源选取逻辑，选取一路RR校时信息完成时钟驯服代替单天线时钟驯服方式。利用高性能恒温晶振与原子钟切换逻辑选取内部时钟。若RR均工作异常，时统服务设备利用内部时钟精密守时，若守时过程中，RR恢复工作正常，根据守时切换逻辑，判断是否切换时间提供方式，在保证时间精度的同时令服务不中断。

本发明的技术方案具体如下：

传统GBAS地面站主要组成部件及连接方式示意图如图1所示。该地面站主要包括4个RR及配套天线、1个DCP、1个VDB发射机及天线、1个VDB接收机及天线。其中，4个RR、1个VDB-S、1个VDB-R分别通过串口连接至DCP。该地面站时间频率统一功能由DCP内部定时器实现。

本发明在GBAS地面站系统中引入了一台高可靠性时统服务设备，为地面站各组成设备提供连续、可靠、统一的标准时间信息。该设备与地面站各子设备的连接方式有两种，分别如图2、图3所示。第一种连接方式：时统服务设备通过射频线缆外接天线，完成时钟驯服。第二种连接方式在该基础上进行改进：时统服务设备通过串口接收4个RR输出的校时信息，并选取一路信息完成时钟驯服。最终，时统服务设备均通过串口向4个RR设备、1个VDB发射机、1个VDB接收机和1个DCP设备提供授时信息，保证时间同步。

第二种连接方式下时统服务设备内部构成图如图4所示。参考源选择模块通过串口接收4个RR输出的校时信息，通过参考源选择逻辑完成时间基准的选取，参考源选取流程参见图5；时频处理模块利用选取的时间基准对高性能恒温晶振与原子钟进行驯服，并通过时钟切换逻辑选取内部时钟，内部时钟切换逻辑参见图6；若设备正常工作过程中，4个RR均工作异常，时统服务设备将采用内部时钟进行精密守时，以保持服务连续性。若守时工作过程中，存在RR恢复工作正常，根据守时切换逻辑，判断是否更改时间提供方式，在保证时间精度的同时，令服务不被中断，守时切换逻辑参见图7。最终，时钟分发模块通过串口向RR、DCP、VDB发射机、VDB接收机输出授时信息，保证GBAS地面站时间频率信息的高度统一。

本发明的具体工作过程如下：

准备工作：

1、正确安装时统服务设备。

2、通过线缆将该设备与GBAS地面站其他设备进行正确连接，包括RR设备及天线、DCP设备、VDB发射机及天线、VDB接收机及天线等。

3、接通GBAS地面站总电源。

4、GBAS地面站各组成设备分别上电。

5、通过时统服务设备显控模块成初始参数设置，主要包括：初始参考源（RR）选取、时区设置等。

设备运行：

1、 时统服务设备参考源选择模块接收四路RR输出的校时信息。

2、 参考源选取过程如图5所示。若存在时统服务设备初始选取的参考源且该参考源数据有效（即时统服务设备接收到RR输出的校时信息，该校时信息校验通过且抖动不大）则直接选取该参考源校时信息作为外部时基，否则令排除计数加1，若排除计数为4，即四路RR均不可用，则参考源选取失败，时统服务设备将利用未驯服的内部时钟进行授时，否则选取下一优先级最高的RR作为参考源（参考源默认优先级为：RR1> RR2> RR3> RR4>RR1，该优先级可调），继续进行数据有效性判断，重复选取过程。

3、 内部时钟切换逻辑如图6所示。若参考源选取成功，时统服务设备以选取的RR校时信息作为时间基准对高性能恒温晶振与原子钟进行驯服。由于高性能恒温晶振驯服时间短，时统服务设备初期将利用驯服后的高性能恒温晶振对GBAS地面站各组成设备进行授时，以快速提供服务。同时监测原子钟驯服是否完成，条件成立，则切换原子钟进行授时，以达到提高时间精度的目的。

4、 守时切换逻辑如图7所示。若时统服务设备正常工作过程中，四路RR均工作异常，该设备将采用内部时钟进行精密守时；若守时工作过程中，存在正常工作的RR，则重新选取外部时基，若选取失败，则继续守时，否则利用选取的外部时基驯服内部时钟，再判断驯服后的时间与当前守时的时间偏差是否超出门限（门限可调），若超出门限则利用重新驯服的内部时钟进行授时以保证精度，否则时统服务设备仍进行精密守时以保证服务连续性。

5、 时统服务设备向GBAS地面站各组成设备：四个RR设备、1个DCP设备、1个VDB发射机、1个VDB接收机输出授时信息，保证GBAS地面站时间频率信息的高度统一。

本发明在GBAS地面站引入了高可靠性时统服务设备，解决了DCP内部定时器精度低、误差较大的问题，该设备可同时为GBAS地面设备与机载设备提供较准确的时间。利用参考源选择逻辑，选取四路RR校时信息中一路的方式进行时钟驯服，该方式下，只要有一路校时信息可用，即可完成时钟驯服，降低了硬件成本，提高了设备可用性、连续性。利用内部时钟切换逻辑，在高性能恒温晶振与原子钟间选取内部时钟，将高性能恒温晶振驯服时间短与原子钟精度高的优势进行了有效结合。若时统服务设备正常工作过程中，四路RR均工作异常，该设备将采用内部时钟进行精密守时，若守时工作过程中，存在RR恢复工作正常，则利用守时切换逻辑判断是否更改时间提供方式，以保证时间精度的同时令服务不中断。

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 (2)

1.一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备，其特征在于：包括时频处理模块、参考源选择模块、时钟分发模块、内部时钟、电源模块、以及显控模块；其中，参考源选择模块、时钟分发模块、内部时钟均连接时频处理模块，电源模块用于为设备各模块提供电源；

所述时统服务设备通过串口接收4个RR输出的校时信息，并选取一路信息完成时钟驯服；最终，时统服务设备均通过串口向4个RR设备、1个VDB发射机、1个VDB接收机和1个DCP设备提供授时信息，保证时间同步；

所述参考源选择模块通过串口接收4个RR输出的校时信息，通过参考源选择逻辑完成时间基准的选取；

所述参考源选择模块实现过程如下：

首先，时统服务设备通过显控单元完成初始参考源RR的选取，参考源默认优先级为：RR1>RR2>RR3>RR4>RR1，该优先级可调；

若存在时统服务设备初始选取的参考源且该参考源数据有效则直接选取该参考源校时信息作为外部时基，即时统服务设备接收到RR输出的校时信息，该校时信息校验通过且抖动不大，否则令排除计数加1；

若排除计数为4，即四路RR均不可用，则参考源选取失败，否则选取下一优先级最高的RR作为参考源，继续进行数据有效性判断，重复选取过程；

所述时频处理模块利用选取的时间基准对高性能恒温晶振与原子钟进行驯服，并通过时钟切换逻辑选取内部时钟；

所述时钟切换逻辑实现过程如下：

若参考源选取成功，时统服务设备以选取的RR校时信息作为时间基准对高性能恒温晶振与原子钟进行驯服；同时监测原子钟驯服是否完成，原子钟完成驯服，则切换原子钟进行授时；

所述时钟分发模块通过串口向RR、DCP、VDB发射机、VDB接收机输出授时信息，保证GBAS地面站时间频率信息的统一。

2.根据权利要求1所述的一种基于GBAS的高可靠性时统服务设备，其特征在于：所述时频处理模块还包括守时切换模块，若时统服务设备正常工作过程中，四路RR均工作异常，该设备将采用内部时钟进行精密守时；

若守时工作过程中，存在正常工作的RR，则重新选取外部时基，若选取失败，则继续守时，否则利用选取的外部时基驯服内部时钟，再判断驯服后的时间与当前守时的时间偏差是否超出门限，若超出门限则利用重新驯服的内部时钟进行授时，否则时统服务设备仍进行精密守时。

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