CN117119461B - 一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法,属于时频安全、时频防护领域。本发明采用低成本、不具备抗干扰能力的普通天线、普通接收机，替代传统的高成本、具备抗干扰能力的抗干扰接收机、抗干扰天线；将时频同步系统内的设备通过时频矩阵组网协议，组成多维时频矩阵，并优选出时频矩阵主站，矩阵内的所有时频设备，实时运行时频矩阵安全策略算法，完成对欺骗信号甄别、隔离，从而改变传统孤立设备的防欺骗模式；时频矩阵主动进行矩阵变化，更新或优选时频矩阵主站，更新同步链路。本发明在确保时频同步系统的高可靠运行，解决现有时频设备在欺骗条件下，时频同步系统瘫痪、时频同步精度异常的时频安全问题。
Description
技术领域
本发明涉及时频安全、时频防护领域，特别涉及一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法。
背景技术
时频安全，是现代化电子战的基础和关键，欺骗和防欺骗，是电子战的核心功能之一，时频设备的防欺骗能力，是电子战能否取胜的关键。高精度时频同步系统，其核心是时间频率同步，时频设备在受到干扰、欺骗条件下，时频同步功能将彻底瘫痪。时频安全，是时频同步系统的在干扰、欺骗下的一个重要基础条件。
时频安全，主要体现在时频设备的防欺骗能力上，当前欺骗类型包括：转发式欺骗，再生式欺骗。传统的时频设备，存在如下几个问题或缺陷：
1、传统的时频设备，不具备防欺骗的能力。
2、具备防欺骗能力的时频设备，其防欺骗的能力，都是采用高成本的抗干扰接收机、高成本的抗干扰天线相结合的方法。
3、实际的作战条件下，欺骗的特征是不定的，当前的抗干扰天线和接收机，不能自适应变化的欺骗特征，不能准确识别的概率极大。
4、当前防欺骗模式，都是独立设备、独立工作，是一个孤立的防欺骗能力，误判的概率较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足，提供一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，包括以下步骤：
S1、建立时频矩阵系统，区域内的时频基站通过通信链路，采用时频矩阵组网协议，组成时频矩阵系统；
S2、确定时频矩阵主站，时频基站根据环网节点上报的数据还原自身左右的节点拓扑关系图，根据时频矩阵安全算法对比各站点上报的信息和自身的信息抉择出时频矩阵主站，其他时频基准站为从站，时频矩阵主站的时间和频率来自卫星，利用同步以太网将主站的时间和频率传递到其他从站进行时间和频率同步；
S3、主动矩阵变化，当时频矩阵主站周围被干扰时，时频矩阵系统重新运行时频矩阵安全算法主动进行矩阵变化，更新时频矩阵主站，更新同步链路；
更新后的时频矩阵主站将实时同步卫星的时间和频率，并通过同步以太网将时间和频率传递到其他从站，被干扰的旧主站主动放弃卫星参考源，使用相邻时频基站通过同步以太网传递的时间和频率作为参考源同步本地的时间和频率。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，所述的步骤S1包括以下子步骤：
S101：每个时频基站开机后主动跟踪卫星信号，当时频基站的原子钟同步到卫星的时间和频率后，输出标准的时间和频率信号，各个时频基站实时计算本地时钟和卫星时钟之间的偏差，统计出本站点的频率准确度记为△f(n)=(f1-f2)/△t，其中f1为时频基站本地时钟频率、f2为卫星时钟频率、△t为测试时间的变化量；
S102：各个时频基站通过通信链路互联互通，每个网口均开启同步以太网功能，同时各站点上报自身的关键信息，关键信息包括基站ID号、△f(n)；
S103：站点握手组网，某时频基站首先检测自身左右网口网络连接状态是否Link，如果Link则该时频基站将自身的关键信息向左右广播出去，此时相邻时频基站收到该时频基站的广播信息后将自身的关键信息回传到该时频基站，由此该时频基站将首先知道自己左右两边基站的关键信息；以此类推，其他基站也用此方式获取自身左右时频基站的关键信息；
在时频矩阵组网协议中，当网络正常时，每个基站将会把自身左右站点的关键信息传递给下一级，因此，该时频基站将获得与其相邻时频基站相邻的两个时频基站的关键信息，以此类推，当该时频基站检测到左右两边站点出现相同时，则得知此时网络成环；如果该时频基站的左右两侧未出现相同站点信息，则此时的组网拓扑成链状；
同理，其他时频基站也通过时频矩阵组网协议获取其他基站的关键信息，并绘制组网连接关系拓扑图，由此完成时频组网过程。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，所述时频矩阵安全算法步骤包括：
S201.每个时频矩阵中的时频基站在成为时频组网系统中的一员后将从时频矩阵主站获取时间和频率信息，并实时检测本站接收卫星下发的时间和频率信号；通过时码比对和频率比对判定当前由卫星下发恢复出来的时间和频率信号质量的好坏，以及判断本站周围是否有干扰信号；
S202.根据时频组网连接拓扑图进行最佳路径算法，将S201中的判定结果统计并实时通过时频矩阵组网协议在时频矩阵系统中广播，则每个时频基站都能知道其他基站的卫星信号是否有干扰、收星效果的好坏；
S203：对比各站点上报的信息和自身的信息抉择出时频矩阵主站的步骤包括：
（1）链式时频组网拓扑中，当系统检测到每个时频基站的卫星收星质量一致时，系统将选择节点拓扑关系图中位置居中的基站作为主站；
（2）除链式时频组网拓扑以外，选择卫星收星质量最好的时频基站作为主站，当卫星收星质量一致时随机选择一个时频基站作为主站。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，时频基站通过光纤或者网线互联互通，组成多维矩阵式时频同步网。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，各个时频基站按照链状、环状、树状或者各种组合的网络拓扑结构搭建多维矩阵式时频同步网。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，时频基站两两之间的直线距离建设为20公里以上。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，各个时频基站按照链状搭建多维矩阵式时频同步网时，从站的数量不超过8个；将组网的地理区域划分为至少2个时频组网同步区。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，各个时频基站按照链状搭建多维矩阵式时频同步网时，在当时频矩阵主站被干扰时进行，进行时频矩阵主站的变化，步骤包括：
S301.时频矩阵主站检测到其自身有干扰信号时，不再将其时间和频率传递到其他从站，并将自身的时间源优先级降至最低并退出主站候选名单，其他时频基站将对比卫星信号的质量，将信号质量标记为SNR（n）；
S302.通过对所有站的卫星信号标记SNR（n）比较后，选择SNR（n）值最大的站为新的时频矩阵主站；
S303.若在比较中，SNR（n）最大值有两个及以上的时频基站，则对这些备选的时频基站进行同步级数值统计，选择同步级数值最小的时频基站作为新的时频矩阵主站；
所述同步级数值：某时频基站与距离其跨度最远的基站之间的跨度数，相邻时频基站之间的跨度数定义为1。
本发明的有益效果是：
（1）抗干扰能力强，确保时频同步系统的可靠运行；
（2）采用低成本、不具备抗干扰能力的普通天线、普通接收机，替代传统的高成本、具备抗干扰能力的抗干扰接收机、抗干扰天线；
（3）解决了现有时频设备在欺骗条件下，时频同步系统瘫痪、时频同步精度异常的时频安全问题。
附图说明
图1为多维矩阵式方案架构示意框图；
图2为时频组网连接示意图；
图3为初始组网时频同步示意图；
图4为时频基站3主动组网信息交流图；
图5为三站式主站3组网连接图；
图6为五站式主站3组网连接图；
图7为七站式环式主站3组网连接图；
图8为分布式时频安全组网分组示意图；
图9为主站3组网时间传递示意图；
图10为主站变更后主站2组网时间传递示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
参阅图1，本实施例提供了一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，包括以下步骤：
S1、建立时频矩阵系统，区域内的时频基站通过通信链路，采用时频矩阵组网协议，组成时频矩阵系统，如图2所示；
S2、确定时频矩阵主站，时频基站根据环网节点上报的数据还原自身左右的节点拓扑关系图，根据时频矩阵安全算法对比各站点上报的信息和自身的信息抉择出时频矩阵主站，其他时频基准站为从站，时频矩阵主站的时间和频率来自卫星，利用同步以太网将主站的时间和频率传递到其他从站进行时间和频率同步，如图3所示；
S3、主动矩阵变化，当时频矩阵主站周围被干扰时，时频矩阵系统重新运行时频矩阵安全算法主动进行矩阵变化，更新时频矩阵主站，更新同步链路；
更新后的时频矩阵主站将实时同步卫星的时间和频率，并通过同步以太网将时间和频率传递到其他从站，被干扰的旧主站主动放弃卫星参考源，使用相邻时频基站通过同步以太网传递的时间和频率作为参考源同步本地的时间和频率。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，所述的步骤S1包括以下子步骤：
S101：每个时频基站开机后主动跟踪卫星信号，当时频基站的原子钟同步到卫星的时间和频率后，输出标准的时间和频率信号，各个时频基站实时计算本地时钟和卫星时钟之间的偏差，统计出本站点的频率准确度记为△f(n)=(f1-f2)/△t，其中f1为时频基站本地时钟频率、f2为卫星时钟频率、△t为测试时间的变化量；
S102：各个时频基站通过通信链路互联互通，每个网口均开启同步以太网功能，同时各站点上报自身的关键信息，关键信息包括基站ID号、△f(n)；
S103：站点握手组网，某时频基站首先检测自身左右网口网络连接状态是否Link，如果Link则该时频基站将自身的关键信息向左右广播出去，此时相邻时频基站收到该时频基站的广播信息后将自身的关键信息回传到该时频基站，由此该时频基站将首先知道自己左右两边基站的关键信息；以此类推，其他基站也用此方式获取自身左右时频基站的关键信息；
参阅图4，以时频基站3为例，时频基站3首先检测自身左右网口网络连接状态是否Link，如果Link则时频基站3将自身的ID号等关键信息，向左右广播出去，此时时频基站2和时频基站4将收到时频基站3的广播信息后将自身的ID号回传到时频基站3。由此时频基站3将首先知道自己左右两边的站ID。
在时频矩阵组网协议中，当网络正常时，每个基站将会把自身左右站点的关键信息传递给下一级，因此，该时频基站将获得与其相邻时频基站相邻的两个时频基站的关键信息，以此类推，当该时频基站检测到左右两边站点出现相同时，则得知此时网络成环；如果该时频基站的左右两侧未出现相同站点信息，则此时的组网拓扑成链状；
同理，其他时频基站也通过时频矩阵组网协议获取其他基站的关键信息，并绘制组网连接关系拓扑图，由此完成时频组网过程。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，所述时频矩阵安全算法步骤包括：
S201.每个时频矩阵中的时频基站在成为时频组网系统中的一员后将从时频矩阵主站获取时间和频率信息，并实时检测本站接收卫星下发的时间和频率信号；通过时码比对和频率比对判定当前由卫星下发恢复出来的时间和频率信号质量的好坏，以及判断本站周围是否有干扰信号；
S202.根据时频组网连接拓扑图进行最佳路径算法，将S201中的判定结果统计并实时通过时频矩阵组网协议在时频矩阵系统中广播，则每个时频基站都能知道其他基站的卫星信号是否有干扰、收星效果的好坏；
S203：对比各站点上报的信息和自身的信息抉择出时频矩阵主站的步骤包括：
（1）链式时频组网拓扑中，当系统检测到每个时频基站的卫星收星质量一致时，系统将选择节点拓扑关系图中位置居中的基站作为主站；
（2）除链式时频组网拓扑以外，选择卫星收星质量最好的时频基站作为主站，当卫星收星质量一致时随机选择一个时频基站作为主站。
参阅图5，图6，例如在组网通讯协议中，当网络正常时，每个时频基站将会把自身左右站点的关键信息传递给下一级，比如以时频基站3为例：当时频基站3只收到时频基站2和时频基站4的广播应答恢复后，它的数据库中只会有时频基站2和时频基站4的信息；当时频基站3收到时频基站2和时频基站4的组网协议中发送的信息后，时频基站3将获的时频基站2和时频基站4 两个站的左右两边时频基站的关键信息，如此便可将更新自身的组网连接图。
参阅图7，时频基站1和时频基站5的获取的左右站点信息也将通过组网协议发送到时频基站3，当时频基站3检测到左右两边的时频基站出现相同时，则得知此时网络成环；如果时频基站3的左右两侧未出现相同站点信息，则此时的组网拓扑成链状。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，时频基站通过光纤或者网线互联互通，组成多维矩阵式时频同步网。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，各个时频基站按照链状、环状、树状或者各种组合的网络拓扑结构搭建多维矩阵式时频同步网。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，时频基站两两之间的直线距离建设为20公里以上。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，各个时频基站按照链状搭建多维矩阵式时频同步网时，从站的数量不超过8个；将组网的地理区域划分为至少2个时频组网同步区，如图8所示。
一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，各个时频基站按照链状搭建多维矩阵式时频同步网时，在当时频矩阵主站被干扰时进行，进行时频矩阵主站的变化，步骤包括：
S301.时频矩阵主站检测到其自身有干扰信号时，不再将其时间和频率传递到其他从站，并将自身的时间源优先级降至最低并退出主站候选名单，其他时频基站将对比卫星信号的质量，将信号质量标记为SNR（n）；
S302.通过对所有站的卫星信号标记SNR（n）比较后，选择SNR（n）值最大的站为新的时频矩阵主站；
S303.若在比较中，SNR（n）最大值有两个及以上的时频基站，则对这些备选的时频基站进行同步级数值统计，选择同步级数值最小的时频基站作为新的时频矩阵主站；
所述同步级数值：某时频基站与距离其跨度最远的基站之间的跨度数，相邻时频基站之间的跨度数定义为1。
参阅图9，图10，如当时频矩阵主站3检测到自身有干扰信号时，其他站将对比卫星信号的优良和拓扑连接的路径，卫星信号记为SNR(n),此时基站1和基站2的卫星信号质量最佳，则有SNR(1)= SNR(2)>SNR(4)>SNR(5)，由于时频矩阵主站3检测到有干扰，则主动退出主站的竞选。此时时频基站1和时频基站2的卫星信号都比其他三个站好，考虑到同步以太网时间受同步级数的影响，需要将同步级数值控制的越小越好。距离基站1最远的基站为基站5，基站1与基站5两个基站的跨度为4，则基站1的同步级数值为4；距离基站2最远的基站为基站5，基站2与基站5两个基站的跨度为3，则基站2的同步级数值为3，此时选择时频基站2为新的时频矩阵主站，在主站备选的时频基站中，同步级数值最小，同步以太网时间受同步级数的影响最小，因此保证了时频同步的准确性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立时频矩阵系统，区域内的时频基站通过通信链路，采用时频矩阵组网协议，组成时频矩阵系统；
S2、确定时频矩阵主站，时频基站根据环网节点上报的数据还原自身左右的节点拓扑关系图，根据时频矩阵安全算法对比各站点上报的信息和自身的信息抉择出时频矩阵主站，其他时频基准站为从站，时频矩阵主站的时间和频率来自卫星，利用同步以太网将主站的时间和频率传递到其他从站进行时间和频率同步；
S3、主动矩阵变化，当时频矩阵主站周围被干扰时，时频矩阵系统重新运行时频矩阵安全算法主动进行矩阵变化，更新时频矩阵主站，更新同步链路；
更新后的时频矩阵主站将实时同步卫星的时间和频率，并通过同步以太网将时间和频率传递到其他从站，被干扰的旧主站主动放弃卫星参考源，使用相邻时频基站通过同步以太网传递的时间和频率作为参考源同步本地的时间和频率；
所述时频矩阵安全算法步骤包括：
S201.每个时频矩阵中的时频基站在成为时频组网系统中的一员后将从时频矩阵主站获取时间和频率信息，并实时检测本站接收卫星下发的时间和频率信号；通过时码比对和频率比对判定当前由卫星下发恢复出来的时间和频率信号质量的好坏，以及判断本站周围是否有干扰信号；
S202.根据时频组网连接拓扑图进行最佳路径算法，将S201中的判定结果统计并实时通过时频矩阵组网协议在时频矩阵系统中广播，则每个时频基站都能知道其他基站的卫星信号是否有干扰、收星效果的好坏；
S203：对比各站点上报的信息和自身的信息抉择出时频矩阵主站的步骤包括：
（1）链式时频组网拓扑中，当系统检测到每个时频基站的卫星收星质量一致时，系统将选择节点拓扑关系图中位置居中的基站作为时频矩阵主站；
（2）除链式时频组网拓扑以外，选择卫星收星质量最好的时频基站作为主站，当卫星收星质量一致时随机选择一个时频基站作为时频矩阵主站。
2.根据权利要求1所述的一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，所述的步骤S1包括以下子步骤：
S101：每个时频基站开机后主动跟踪卫星信号，当时频基站的原子钟同步到卫星的时间和频率后，输出标准的时间和频率信号，各个时频基站实时计算本地时钟和卫星时钟之间的偏差，统计出本站点的频率准确度记为△f(n)=(f1-f2)/△t，其中f1为时频基站本地时钟频率、f2为卫星时钟频率、△t为测试时间的变化量；
S102：各个时频基站通过通信链路互联互通，每个网口均开启同步以太网功能，同时各站点上报自身的关键信息，关键信息包括基站ID号、△f(n)；
S103：站点握手组网，某时频基站首先检测自身左右网口网络连接状态是否Link，如果Link则该时频基站将自身的关键信息向左右广播出去，此时相邻时频基站收到该时频基站的广播信息后将自身的关键信息回传到该时频基站，由此该时频基站将首先知道自己左右两边基站的关键信息；以此类推，其他基站也用此方式获取自身左右时频基站的关键信息；
在时频矩阵组网协议中，当网络正常时，每个基站将会把自身左右站点的关键信息传递给下一级，因此，该时频基站将获得与其相邻时频基站相邻的两个时频基站的关键信息，以此类推，当该时频基站检测到左右两边站点出现相同时，则得知此时网络成环；如果该时频基站的左右两侧未出现相同站点信息，则此时的组网拓扑成链状；
同理，其他时频基站也通过时频矩阵组网协议获取其他基站的关键信息，并绘制组网连接关系拓扑图，由此完成时频组网过程。
3.根据权利要求1所述的一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，时频基站通过光纤或者网线互联互通，组成多维矩阵式时频同步网。
4.根据权利要求3所述的一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，各个时频基站按照链状、环状、树状或者各种组合的网络拓扑结构搭建多维矩阵式时频同步网。
5.根据权利要求1所述的一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，时频基站两两之间的直线距离建设为20公里以上。
6.根据权利要求4所述的一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，各个时频基站按照链状搭建多维矩阵式时频同步网时，从站的数量不超过8个；将组网的地理区域划分为至少2个时频组网同步区。
7.根据权利要求6所述的一种多维矩阵式的时频同步安全防护方法，其特征在于，各个时频基站按照链状搭建多维矩阵式时频同步网时，在当时频矩阵主站被干扰时进行，进行时频矩阵主站的变化，步骤包括：
S301.时频矩阵主站检测到其自身有干扰信号时，不再将其时间和频率传递到其他从站，并将自身的时间源优先级降至最低并退出主站候选名单，其他时频基站将对比卫星信号的质量，将信号质量标记为SNR（n）；
S302.通过对所有站的卫星信号标记SNR（n）比较后，选择SNR（n）值最大的站为新的时频矩阵主站；
S303.若在比较中，SNR（n）最大值有两个及以上的时频基站，则对这些备选的时频基站进行同步级数值统计，选择同步级数值最小的时频基站作为新的时频矩阵主站；
所述同步级数值：某时频基站与距离其跨度最远的基站之间的跨度数，相邻时频基站之间的跨度数定义为1。
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