孫瑩濤

摘 要：隨著國家科學技術水平的發(fā)展，空中交通管制單位依賴于空管自動化系統(tǒng)的依賴度越來越大，用于空管的各個系統(tǒng)大都相互獨立，但是，各個子系統(tǒng)都保持有統(tǒng)一的時間信息，因此，GPS時鐘系統(tǒng)越來越多地應用到了民航空管系統(tǒng)。

關鍵詞：GPS；時鐘同步；民航空管；授時系統(tǒng)

中圖分類號：TN87 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

GPS時鐘同步系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速，所謂GPS授時系統(tǒng)，就是指從GPS接收精確時間信號，通過單獨的處理器進行處理，分發(fā)至現場所有需要對時的系統(tǒng)，已達到各個系統(tǒng)時間完全同步的目的。

目前，在民航空管系統(tǒng)中，GPS時鐘同步越來越重要，本文主要介紹了時鐘同步系統(tǒng)的概念和原理。為了保障民航空管各個環(huán)節(jié)的安全生產，應用在空管部門的各個系統(tǒng)，如空管主用自動化系統(tǒng)、備用自動化系統(tǒng)、綜合信息顯示處理系統(tǒng)、轉報系統(tǒng)、雷達數據記錄系統(tǒng)、航管集中監(jiān)控系統(tǒng)、內話系統(tǒng)等，它們的時間是否正確，時間是否一致至關重要，這些系統(tǒng)的正常工作及其作用的充分發(fā)揮， 都需要有統(tǒng)一的時間基準， 即這些系統(tǒng)內部的實時時鐘要實現時間同步。統(tǒng)一精確的時間是保證空管系統(tǒng)安全運行， 提高運行水平的一個重要措施， 因此研究并建設時間同步系統(tǒng)對空管的應用十分必要。

1 GPS時鐘同步的原理

1.1 GPS 時鐘

GPS 是美國陸?？杖娐摵涎兄频囊环N軍用衛(wèi)星導航系統(tǒng)， 歷時20年完成， 不僅滿足了軍事上高精度導航和定位的要求， 還在民用類各個行業(yè)得到了廣泛的應用。該系統(tǒng)由3個部分構成： GPS 衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)控系統(tǒng)（控制部分）、GPS 信號接收機（用戶部分）。

GPS時鐘是基于新型GPS高精度定位授時模塊開發(fā)的基礎型授時應用產品。能夠按照用戶需求輸出符合規(guī)約的時間信息格式，從而完成同步授時服務。GPS時鐘主要分為兩類；一類是GPS授時儀，主要輸出時標信息；包括1 pps及TOD信息；另外一類是GPS同步時鐘，后者輸出利用衛(wèi)星信號馴服OCXO或者銣鐘得到的高穩(wěn)定頻率信息，以及本地恢復的更平穩(wěn)的時標信號。

1.2 時鐘同步技術

在時鐘同步系統(tǒng)中， 時鐘源的精度和時鐘信號傳輸的方式是同步技術中較為關鍵的部分， 他們將直接影響到系統(tǒng)的精度和容量。目前， 最常見的時鐘源有石英晶振、銫原子鐘、銣原子鐘等。它們能達到的精度分別為：標準石英晶振：2×10-2 秒每4小時；銫原子鐘： l×10-6秒每1天；銣原子鐘： 3×10-3秒每30天。

目前常用的時鐘信號傳輸的物理連接方式有：RS 232/422串口：最常見的設備外接時鐘接口； VME 總線：用于工作站的時鐘連接；NTP：用于計算機網絡的時鐘連接；PCM：用于時鐘信號的遠距離傳輸。民航空管系統(tǒng)大都采用NTP和RS 232接口。

1.2 NTP 原理

Network Time Protocol（NTP）是用來使計算機時間同步化的一種協議，它可以使計算機對其服務器或時鐘源（如石英鐘，GPS等等）做同步化，它可以提供高精準度的時間校正（LAN上與標準間差小于1 ms，WAN上幾十毫秒），且可介由加密確認的方式來防止惡毒的協議攻擊。NTP協議已經廣泛應用于internet，使用標準的服務器/客戶端工作模式，安裝了NTP網絡時間服務器，向其客戶端提供時間服務基準。

2 GPS時鐘同步在咸陽機場的應用

咸陽機場空管自動化系統(tǒng)目前配備了兩套GPS時鐘系統(tǒng)，互為主備。該時鐘系統(tǒng)從GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號到GPS時鐘信號處理器，GPS天線引接采用雙通道冗余方式，該處理器可以配置多個網絡輸出口，用于隔離多個系統(tǒng)，同時給多個系統(tǒng)進行時鐘信號輸入，目前主要接收授時的系統(tǒng)有新Telephonics自動化系統(tǒng)、老Telephonics自動化系統(tǒng)、ATC3000備份自動化系統(tǒng)、Telephonics自動化測試平臺、川大綜合信息系統(tǒng)、雷達數據記錄系統(tǒng)，內話系統(tǒng)等。如圖1所示。

對于咸陽機場的Telephonics自動化系統(tǒng)，包括新Telephonics自動化系統(tǒng)、老Telephonics自動化系統(tǒng)、Telephonics自動化測試平臺，在接收到GPS信號之后，首先由FDP服務器（飛行計劃處理服務器）接收處理，作為整個Telephonics自動化系統(tǒng)的時鐘服務器，所有分布于區(qū)調、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的DP終端和FDT終端從FDP服務器同步時鐘信號，達到全系統(tǒng)時鐘的統(tǒng)一。

圖1 咸陽機場各個子系統(tǒng)GPS時鐘同步框圖

對于ATC3000自動化系統(tǒng)，在接收到GPS信號之后，首先由MRDP服務器（多雷達數據處理服務器）接收處理，作為整個ATC3000自動化系統(tǒng)的時鐘服務器，所有分布于區(qū)調、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的SDD終端和FDD終端從MRDP同步時鐘信號，達到全系統(tǒng)時鐘的統(tǒng)一。

對于川大綜合信息顯示系統(tǒng)，首先由川大系統(tǒng)自己的時間服務器接收處理GPS信號，然后，所有分布于區(qū)調、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的終端從該時間服務器上直接同步時鐘信號，達到全系統(tǒng)時鐘的統(tǒng)一。

3 GPS時鐘同步在戶縣區(qū)管現場的應用

戶縣區(qū)管中心設備大廳，配備了一套北京東進記錄科技有限公司的GPS時鐘系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要功能特點有完全模塊化設計、支持多路時間源輸入、具有時間檢測功能、具有時間源補償功能、具有多種監(jiān)控手段、所有模塊均相互隔離、具有高精度的內時鐘等。

該套系統(tǒng)主要輸出給主用INDRA自動化系統(tǒng)、民航二所備份自動化系統(tǒng)、SIPDS綜合信息顯示系統(tǒng)、INDRA測試驗證系統(tǒng)（TVS系統(tǒng)）、INDRA模擬培訓系統(tǒng)（STS系統(tǒng)）、民航二所測試驗證系統(tǒng)、航管集中監(jiān)控系統(tǒng)、川大雷達記錄系統(tǒng)。如圖2所示。

各個系統(tǒng)的引接時鐘同步的原理如下：

對于主用INDRA自動化系統(tǒng)、INDRA測試驗證系統(tǒng)（TVS系統(tǒng)）、INDRA模擬培訓系統(tǒng)（STS系統(tǒng)），在接收到GPS信號之后，首先由各個系統(tǒng)的CMD（集中監(jiān)控顯示終端）接收處理，并作為整個INDRA自動化系統(tǒng)的時鐘服務器，所有分布于管制大廳、咸陽塔臺的終端和服務器從CMD同步時鐘信號，如果某個正在作為時鐘服務器的CMD出現故障，系統(tǒng)會優(yōu)選其它CMD同步，由不同CMD的啟動順序決定，達到全系統(tǒng)時鐘的完全統(tǒng)一。

圖2 戶縣區(qū)管中心各個子系統(tǒng)GPS時鐘同步框圖

對于民航二所備份自動化系統(tǒng)，東進GPS通過串口將時間信號送至NPORT上，告警服務器再訪問NPORT處理之后的時間數據，同時，系統(tǒng)將主備告警服務器作為二所系統(tǒng)的時間服務器，所有分布于管制大廳、咸陽塔臺的終端和服務器通過中間件程序從主備告警服務器同步時鐘信號，如果主用告警服務器出現故障，系統(tǒng)會自動同步備用告警服務器。

對于SIPDS綜合信息顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)引接來自東進GPS的網口至系統(tǒng)內部交換機，在接收到GPS信號之后，所有分布于區(qū)調、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的終端通過NTP服務從GPS時鐘處理器上直接同步時鐘信號，達到全系統(tǒng)時鐘的統(tǒng)一。

對于航管集中監(jiān)控系統(tǒng)，首先由RDP服務器進行時鐘接收處理，并將RDP作為整個航管集中監(jiān)控系統(tǒng)的時鐘服務器，其他終端電腦的時間同該服務器進行統(tǒng)一同步。

川大雷達數據記錄系統(tǒng)接收來自東進GPS的串口輸出數據，首先由系統(tǒng)內部的時間主機進行時間數據處理和分發(fā)，再將數據通過串口分發(fā)給所有系統(tǒng)的終端主機，來進行時間數據的同步和統(tǒng)一。

4 結 語

本文首先簡單闡述GPS時鐘同步的原理、接入方法、同步機制等，主要針對GPS時鐘同步對于空管系統(tǒng)的接入方法進行了分析探討，對于其他系統(tǒng)的在接入GPS時可以提供借鑒作用，為空管系統(tǒng)的安全運行提供了安全保障。

參考文獻

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