最強中國北斗芯每三百萬年差一秒 銣鐘授時應用在哪?

2020-08-04 11:12:02 劉國瓊 66

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現代社會的許多方面都對高精度授時提出了應用需求,如電網運行、移動通信、高速數字通信、金融計算機網絡安全,數字化廣播電視網—電信網—計算機網絡三網融合、航空航天、衛星發射及監控、軍用通信網絡、預警雷達網、多兵種武器協同作戰、智能化交通、地質、測繪、導航、氣象、科學計量、減震救災和國家安全等。

 

我們先了解下北斗授時

 

北斗衛星授時可以提供全天候、全球性、高效快速、高精度的標準時間信息,而且噪音干擾等極小。但面對GPS授時技術,設備占領我國90%以上的衛星授時用戶市場,我國自主研發的北斗衛星導航系統及授時應用擔負著重大使命。

 

北斗系統時鐘通過星載高精度原子鐘和UTC時間同步,地面用戶北斗接收機接收到來自衛星的時鐘信號后,即可完成高精度時間的傳遞,滿足日常生活中的各種時間需求。其具體的授時方式,一般有單站法(幾個衛星對一個UTC)、單星共視法(一個衛星對多個UTC)、多星共視法等(多個衛星對多個UTC)。

 

單站法授時簡單,設備需求量少,授時精度為50納秒,多用于對精度要求不高的場景。單星共視法和差分信號差不多,能夠抵消多項共模傳輸誤差,可以達到20納秒的精度。多星共視法類似于單星共視法,也可以抵消多項共模誤差,定時精度為5納秒。目前,應用于通信、電力、金融行業的高精度授時主要采用第三種方式,實現區域、鐵道站點高精度的時間同步。

 

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電信網同步與移動通信

 

無線通信系統屬于基站同步系統,基站建無線信道的幀同步及基站切換、漫游都需要精確的時間控制。當基站時鐘精度誤差超過限定的納秒級,會導致基站間用戶切換失敗,出現打電話掉線、通話質量下降、串線等。當基站時鐘精度在規定時間內沒有恢復,基站會退出服務導致基站內的用戶服務中斷,手機掉線,這就是我們為什么部分地區一上午都沒有網絡,而移動公司說“升級”的原因。

 

可見,一個可靠和高精度的時鐘源對移動通信來說,非常重要。目前,大部分的通信采用GPS作為基站同步時鐘,但是由于受美國限制,存在自主性差、安全性低的問題,同時由于系統沒有備份,可能導致GPS工作異常時,通信質量受到影響,為保證滿足自主5G無線通信系統對時間同步的要求與國際安全需要,現在的4G\5G中加入北斗授時技術來解決GPS在不可用的情況下網絡通信系統授時同步問題。、

 

因此,采取北斗/GPS雙模是當下流行的發展方向,他實現了通信網絡時間同步備份,大大提高了通信網絡的安全性,也進一步提高系統授時精度并提供精確定位服務。北斗/GPS授時系統主要由北斗接收模塊、GPS接收模塊、數據處理模塊和接口模塊組成,以北斗/GPS雙系統互為備用設計,采用單、雙模天線輸入方式,接收北斗或者GPS信號。雙模系統根據衛星信號選擇最優的衛星系統,輸出秒脈沖時鐘信息、TOD數據格式等。

 

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智能電網同步與監控

 

電力系統是大規模互聯系統,地域分布廣闊,設備眾多,電力也是現代社會發展和國民經濟運行的神經中樞、動力之源。同時,由于電力系統地幅遼闊,要實現實時全面地掌握電力系統各組成部分的運行狀態,保證系統安全穩定運行,必須依賴全系統統一高精度的時間基準。以前采用直流信號雖然很快,但是受制于距離影響造成極大誤差,不能滿足其需要,從而也凸顯了獲得高精度同步時鐘的關鍵。因此,將衛星精確授時作為電力系統的同步時鐘系統,當全網的監測、保護、控制和故障系統都實現同步之后,不僅會使過去許多難以實現的工作,如相量測量、故障定位等容易實現,還會使人們對電力系統的分析、控制能力發生質一樣的變化。

 

目前,我國電力系統依然較多通過GPS民用頻道向電力系統的電力自動化設備、微機監控系統、安全自動保護設備、故障及事件記錄等智能設備提供授時信號,以實現電力系統的同步運行。但電力工業安全生產關系國家能源安全和國民經濟命脈,一旦,我是說一旦發生緊急事態,GPS信號關閉或者調整,將引發我國電網系統的重大安全事故。

 

隨著北斗衛星導航系統研制成功并投入使用,我國技術人員也在研究用北斗衛星授時功能,在電力領域創新研發“北斗電力全網時間同步管理系統”,這就結束了電力運行時間完全依賴美國GPS全球定位系統的歷史,解決了電力系統時間同步應用中的三個難題—可靠時鐘源、全網時間同步管理、遠程集中數字化監控,有效保障了我國電力安全和國家安全,現在單向授時控制在50納秒內,雙向授時控制在10納秒內,已經是很牛掰的了哦。

 


金融與網絡同步

 

隨著電子信息技術和互聯網的迅猛發展,電子商務、電子政府、金融等高時間約束業務對整個社會的時間同步要求越來越嚴格,而這些社會活動中,計算機信息處理和傳輸起著至關重要的作用。一旦由于業務系統時間不同步對交易造成的影響,有形和無形資產損失都將是巨大的。

 

因此,計算機網絡的時間同步越來越顯得重要。現在金融行業,無論是證券交易所,其業務都離不開計算機和聯網服務,如銀行業務往來發生的時刻,金融交易的準確時刻,電子郵件信息、文件創建和訪問時間、數據庫處理時間、賬戶密碼等都涉及銀行聯網計算機之間的時間同步和頻率同步。

 

計算機中凡是有“日戳”概念的信息都對標準時間標記提出了要求,我們在做TBOX設備就包含了“時間戳”這個日志記錄,表示某時該車的運行狀態及發生事件,用于保證認證、密鑰協商等信息傳遞的新鮮性。網上電子商務不斷發展,在滿足傳統信息的保密性、身份真實性、內容完整性、數據不被篡改性等安全要求外,還需要解決信息時效性,如商業情報、無人駕駛、專利發明交易中的競標、競拍等,有“時間戳”證明某一刻完成了這項活動。其他的還有記錄文件安全、審查和監控、網絡錯誤檢查、復原、初始化、目錄服務、儲存、分布式計算、邊緣計算、預設操作及控制,各網統一到實時時間等等。

 

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廣播電視與三網融合

 

現在是北京時間七點整”,精確的時鐘信號是廣播電視臺準時播出的重要保證。以北京時間為準,各顯示、各頻道電視節目準點播出,換哪都是新聞聯播,之前是有的電視臺有延時。這里面有個國家標準GB20600-2006,不詳細展開了,我也沒去讀。

 

目前國內廣播電視中心主要精密時間的獲取有三種方式:利用央廣報時信號獲取標準時間,小時候玩電子表整個一秒不差,就是和央廣對時;利用CCTV電視場逆程第16行中的時間編碼脈沖獲取時間;利用接受全球定位系統中的時間信息獲得標準時間。

 

因為全球定位系統具有無地區時差、定位精度高、受環境影響小等優勢,所以我國的廣電也是采用GPS授時來獲取時間。北斗授時系統也逐漸應用于廣電行業中,播出系統的時間同步、網絡時間、機房子鐘信號、導播時間等都依賴于授時系統。

 

三網融合是指電信網、廣電網、互聯網在向寬帶通信網、數字電視網、下一代互聯網演進過程中,因其技術功能趨于一致,業務范圍相近,三網相互滲透、相互兼容,整合成為互聯互通、統一的信息傳輸網絡。這三網實現了網絡資源共享、避免了低水平的重復建設、形成了適應性廣、容易維護、費用低的高速寬帶的多媒體基礎平臺。表現為電視遙控器上打電話、手機上看直播、通信、上網、語音、數據、廣播等多種服務。

 

國防建設

 

作為39軍通信團的一名老兵,我們在通信指揮、北斗衛星導航系統時間應用與國防還是有一定基礎,最近剛過了八一,戰友們也練了,還有幾把刷子。北斗在國防應用非常普遍,對授時方面的精度要求非常高。

 

無論是邊防巡邏、訓練演習、后勤保障、搶險救災、或者是聯同其他部隊協同作戰指揮、全軍通信保障、平臺作戰、網絡信息指揮中心、通信/偵查/雷達預警、時間頻率計量測試等,都需要高精度的時間信息和和時間的高度同步,保證步調一致(作戰指揮的基礎)。

 

我們在海訓、通信指揮中要實現精確作戰離不開高精度的時間統一,我們普通老百姓看電視中的對表情況就是達到這個效果,實際上信息化條件下的一體化聯合作戰,具有作戰范圍大、領域廣、參戰兵力多、作戰體系龐雜、行動速度快、指揮控制要求高,作戰協同密切等特點,戰場各類信息系統、武器裝備/車輛運行狀態、信息快速處理傳輸儲存等綜合處理,高精尖武器精準定位和控制,都需要精確和統一的時間來控制與維系。

 

信息化條件下對作戰時間精度要求已經達到秒級、毫秒,甚至是納秒級。時間統一能針對信息系統、武器系統和作戰行動的不同需求,提供精確與統一的標準時間和頻率信號,保證在時間和頻率上達到同步。一旦時間統一出現了問題,將會導致通信中斷、指揮失靈、武器失控和“體系癱瘓”,出現“你不打我我自亂”的被動局面。

 

北斗系統的發展已經成為建設信息化軍隊,打贏信息化戰爭的重要基礎和保證,是軍事戰斗力的有機組成部分和作戰效能倍增器。

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結束語

 

最近北斗三號全球衛星導航系統正式開通,它除了擁有GPS類似性能外,同步可以起到信號增強的作用,還可以傳輸短報文、實現主動定位,建成即開通,開通即服務,中國北斗邁進全球服務新時代,2017年11月到現在已經完成了18箭30星,建成40多個地面站,高效完成組網,功能性能指標世界一流。

 

“中國芯”是北斗系統的核心。28納米工藝的北斗衛星導航芯片已經量產,22納米工藝芯片即將量產,大部分智能手機均支持北斗功能,我國已經構建起集芯片、模塊、板卡、終端和運營服務為一體的完整產業鏈。

 

速銳得也和北斗一起,建設在路上、應用在路上,我們不僅在車載TBOX領域應用北斗,還有精準農業、工業互聯網、智能駕駛、共享互聯等領域做更多的創新應用,無人化、智能化、數字化、平臺化將是北斗+速銳得給大家帶來的新變化。



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