CN114859692A - 一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法 - Google Patents

一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，利用地面透地通信系统的北斗授时模块和时钟保持信号，采用地上—地下透地传输将北斗授时信息传递到地下管廊封闭密封环境中的透地通信等设备，实现地下密封环境设备系统时钟高精度和高稳定度的授时；提出了透地授时信号传输速率及传输时间判定，并提出了透地授时信号误差校正值和实现方法。本方法透地通信设备授时方法授时信息传递到地下管廊封闭密封环境中的透地通信等设备，能够实现透地通信对时钟的精度要求，实现透地通信业务的可靠、稳定传输。

Description

一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法
技术领域
本发明属于应急通信技术领域，具体涉及一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法。
背景技术
目前，大多设备和系统采用互联网络或北斗/GPS作为时间基准来源，尤其是非联网设备及系统将北斗/GPS授时接收模块所产生的秒脉冲信号送入本地时钟保持装置内部，来作为本地时间信号的编码参照时间基准时刻，再结合北斗授时模块接收到的时钟信息。
但是，地下管廊所有地下信息设备身处封闭密封环境，无法接收到北斗/GPS的时钟授时信号，无法依据直接使用北斗/GPS授时模块秒脉冲信号作为校准时钟参考信号，对内部时钟装置的时间做修正。
如何解决透地通信设备系统时钟高精度和高稳定度的问题，尤其是身处地下管廊所有地下信息设备在突发紧急情况时导致公网、光纤等手段严重损坏后，实施防灾减灾应急调度指挥时管廊下系统的时钟高精度和高稳定度的问题，是当下应考虑的。
发明内容
为解决现有技术的上述不足，本发明提供一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，采用地上—地下透地传输将北斗/GPS授时信息传递到地下管廊封闭密封环境中的透地通信等设备，从而实现地下密封环境设备系统时钟高精度和高稳定度的授时。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，包括以下具体步骤：
S1：利用地面设备的北斗/GPS授时模块获得时间信号；
S2：透地通信设备对授时信号进行传输；
S3：透地通信设备授时信号传输总时间包括：地面授时信息到透地设备T1、透地授时信号传输T2和地下透地设备到地下管廊透地授时模块T3，其透地通信设备授时信号总传输时间：
T=T1+T2+T3；
S4：地下管廊透地设备收到地上透地设备传输的授时信号，并对其进行误差校正；
S5：保证透地时钟信号精度，将透地时钟信号同时传输三次；考虑其不同透地传输速率下的时间绝对误差，确认透地系统时钟信号精度误差范围。
进一步的，所述步骤S1中，所述时间信号最简时间信号，GPGLL信息帧记录了当前地理定位信息，包括经度、纬度和UTC时间。
进一步的，所述步骤S2中，地面上和地下管廊透地通信传输速率为100Bit/s。
进一步的，所述步骤S4中，误差校正包括以下步骤
S41：校正透地通信设备授时信号总传输时间差；
S42：校正地面透地设备功放工作延迟时差；
S43：校正包括转换、控制、算法在内的时差。
进一步的，地下管廊透地系统时钟信号保持采用计算机终端，时钟精度为不优于：1x10-5ms。
进一步的，每8小时透地时钟校时一次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方法利用地面透地通信系统的北斗/GPS授时模块和时钟保持信号，采用地上—地下透地传输将北斗/GPS授时信息传递到地下管廊封闭密封环境中的透地通信等设备，实现地下密封环境设备系统时钟高精度和高稳定度的授时。
附图说明
图1是本发明透地通信设备授时原理示意图；
图2是本发明授时方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式：
地下管廊透地通信及其他通信设备身处封闭密封环境，无法接收到北斗/GPS的时钟授时信号，不能直接使用北斗/GPS授时模块秒脉冲信号作为校准时钟参考信号。本发明利用地面透地通信系统的北斗/GPS授时模块和时钟保持信号，如图1所示，采用地上—地下透地传输将北斗/GPS授时信息传递到地下管廊封闭密封环境中的透地通信等设备，实现地下密封环境设备系统时钟高精度和高稳定度的授时。
一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，包括以下具体步骤：
S1：利用地面设备的北斗/GPS授时模块获得时间信号；
所述时间信号最简时间信号，GPGLL信息帧记录了当前地理定位信息，包括经度、纬度和UTC时间；
S2：透地通信设备对授时信号进行传输；
由于地层媒介对透地传输信号的巨大衰减，信号传输性能差异大，传输特性非常不理想，使得接收点接收到的有效信号非常弱；为了保障透地通信设备授时信号可靠和有效传输，设定地面上和地下管廊透地通信传输速率为100Bit/s；
S3：透地通信设备授时信号传输总时间包括：地面授时信息到透地设备T1、透地授时信号传输T2和地下透地设备到地下管廊透地授时模块T3，其透地通信设备授时信号总传输时间：
T=T1+T2+T3；
S4：地下管廊透地设备收到地上透地设备传输的授时信号，并对其进行误差校正；误差校正包括以下步骤：
S41：校正透地通信设备授时信号总传输时间差；
S42：校正地面透地设备功放工作延迟时差；
S43：校正包括转换、控制、算法在内的时差；
S5：为了授时信号的有效和可靠传输，采用将透地时钟信号同时传输三次；考虑其不同透地传输速率下的时间绝对误差，确认透地系统时钟信号精度误差范围。
进一步的，地下管廊透地系统时钟信号保持采用计算机终端，时钟精度为不优于：1x10-5ms。
进一步的，每8小时透地时钟校时一次。
实施例1：
透地通信设备授时实现流程如图2所示。
1.地面设备北斗/GPS信号获取
利用地面设备的北斗/GPS授时模块获得时间信号，由于在这里仅需要对地下管廊透地通信系统进行授时，以保证和地面上的透地通信系统时钟保持一致，所以通过地面设备北斗/GPS授时模块只需获得最简时间信号即可，GPGLL信息帧记录了当前地理定位信息，包括经度、纬度和UTC时间。
输出例1：$GPGLL,3445.50505,N,11326.02582,E,123018.00,A,A*69。
其GLL数据格式及含义如附表1所示：
Figure 490321DEST_PATH_IMAGE001
输出例1，$GPGLL,3445.50505,N,11326.02582,E,123018.00,A,A*69的信息帧总共400bits。
2、透地通信设备授时信号传输
由于地层媒介对透地传输信号的巨大衰减，信号传输性能差异大，传输特性非常不理想，使得接收点接收到的有效信号非常弱。为了保障透地通信设备授时信号可靠和有效传输，设定地面上和地下管廊透地通信传输速率为100Bit/s。如输出例1：$GPGLL,3445.50505,N,11326.02582,E,123018.00,A,A*69的GLL信息帧，需要4秒时间。
3、透地授时信号传输速率及传输时间
透地通信设备授时信号传输总时间包括：地面授时信息到透地设备T1、透地授时信号传输T2和地下透地设备到地下管廊透地授时模块T3，如附表2所示。
Figure 751538DEST_PATH_IMAGE002
其透地通信设备授时信号总传输时间：
T=T1+T2+T3
=42 ms+4000 ms+42 ms
=4084 ms.
4、透地授时信号误差校正
地下管廊透地设备收到地上透地设备传输的授时信号，如：$GPGLL,3445.50505,N,11326.02582,E,123018.00,A,A*69。需对其进行误差校正，误差校正主要考虑：
（1）透地通信设备授时信号总传输时间差为：4084ms；
（2）地面透地设备功放工作延迟时差为：100ms；
（3）其它如转换、控制、算法等时差为：16ms。
总误差校正值为：4200ms。
校正后的授时信号为：$GPGLL,3445.50505,N,11326.02582,E,123013.92,A,A*69
5、透地时钟信号精度
由于透地传输通信的特点和特征属性，根据实际透地通信业务需求，透地数据传输速率一般为：2400bit/s、1200bit/s、600bit/s、300bit/s、150bit/s，甚至有时为75bit/s、30bit/s等传输速率。
附表3：透地通信收发传输速率编码值100 bit值信息的占空时隙
传输速率 2400 1200 600 300 150 100 75 30 bit/s
信息帧信息I 400 400 400 400 400 400 400 400 bit
占空时间T 167 334 667 1334 2667 4000 5334 13334 ms
为了授时信号的有效和可靠传输，采用将透地时钟信号同时传输三次。其不同透地传输速率下的时间绝对误差，如附表4所示。
根据附表4可得，透地系统时钟信号精度误差范围只要满足不大于334ms，就能实现透地通信业务的可靠、稳定传输。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
进一步的，透地系统时钟保持精度，地下管廊透地系统时钟信号保持采用计算机终端，时钟精度为不优于：1x10-5ms；
一天时间误差为：TΔ=24 x60 x60 x10-5 x1000=864ms
每小时误差为：TΔ1=864/24=36ms；
进一步的，对透地时钟信号校准，系统可靠传输的时钟误差要求为：≤334ms，在TΔ1的条件下系统最大满足时间为：
Tc=334/36=9.277≈9小时。
综合考虑取Tc时间为：Tc=8小时；其误差为：
TΔ8=8 x 36=288ms；≤334ms；
综上所述，每天只要3次校时，即每8小时校时一次，就能满足透地通信对时钟的精度要求。
本方法利用地面透地通信系统的北斗/GPS授时模块和时钟保持信号，采用地上—地下透地传输将北斗/GPS授时信息传递到地下管廊封闭密封环境中的透地通信等设备，实现地下密封环境设备系统时钟高精度和高稳定度的授时，提出了透地授时信号传输速率及传输时间判定，并提出了透地授时信号误差校正值和实现方法，能够实现透地通信对时钟的精度要求，实现透地通信业务的可靠、稳定传输。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：利用地面设备的北斗/GPS授时模块获得时间信号；
S2：透地通信设备对授时信号进行传输；
S3：透地通信设备授时信号传输总时间包括：地面授时信息到透地设备T1、透地授时信号传输T2和地下透地设备到地下管廊透地授时模块T3，其透地通信设备授时信号总传输时间：
T=T1+T2+T3；
S4：地下管廊透地设备收到地上透地设备传输的授时信号，并对其进行误差校正；
S5：保证透地时钟信号精度，将透地时钟信号同时传输三次；考虑其不同透地传输速率下的时间绝对误差，确认透地系统时钟信号精度误差范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述时间信号最简时间信号，GPGLL信息帧记录了当前地理定位信息，包括经度、纬度和UTC时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，其特征在于，所述步骤S2中，地面上和地下管廊透地通信传输速率为100Bit/s。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，其特征在于，所述步骤S4中，误差校正包括以下步骤：
S41：校正透地通信设备授时信号总传输时间差；
S42：校正地面透地设备功放工作延迟时差；
S43：校正包括转换、控制、算法在内的时差。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，其特征在于，地下管廊透地系统时钟信号保持采用计算机终端，时钟精度为不优于：1x10-5ms。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗系统的透地通信设备授时方法，其特征在于，每8小时透地时钟校时一次。
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