孫瑩濤

摘 要：隨著國家科學技術(shù)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(yīng)用到了民航空管系統(tǒng)。

關(guān)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(xiàn)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(chǎn)，應(yīng)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(zhuǎn)報系統(tǒng)、雷達數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、航管集中監(jiān)控系統(tǒng)、內(nèi)話系統(tǒng)等，它們的時間是否正確，時間是否一致至關(guān)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(nèi)部的實時時鐘要實現(xiàn)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(shè)時間同步系統(tǒng)對空管的應(yīng)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?lián)合研制的一種軍用衛(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(yīng)用。該系統(tǒng)由3個部分構(gòu)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(chǔ)型授時應(yīng)用產(chǎn)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(wù)。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(fù)的更平穩(wěn)的時標信號。

1.2 時鐘同步技術(shù)

在時鐘同步系統(tǒng)中， 時鐘源的精度和時鐘信號傳輸?shù)姆绞绞峭郊夹g(shù)中較為關(guān)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?shù)奈锢磉B接方式有：RS 232/422串口：最常見的設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(xié)議，它可以使計算機對其服務(wù)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(xié)議攻擊。NTP協(xié)議已經(jīng)廣泛應(yīng)用于internet，使用標準的服務(wù)器/客戶端工作模式，安裝了NTP網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器，向其客戶端提供時間服務(wù)基準。

2 GPS時鐘同步在咸陽機場的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，內(nèi)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(wù)器（飛行計劃處理服務(wù)器）接收處理，作為整個Telephonics自動化系統(tǒng)的時鐘服務(wù)器，所有分布于區(qū)調(diào)、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的DP終端和FDT終端從FDP服務(wù)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(wù)器（多雷達數(shù)據(jù)處理服務(wù)器）接收處理，作為整個ATC3000自動化系統(tǒng)的時鐘服務(wù)器，所有分布于區(qū)調(diào)、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(wù)器接收處理GPS信號，然后，所有分布于區(qū)調(diào)、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的終端從該時間服務(wù)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(xiàn)場的應(yīng)用

戶縣區(qū)管中心設(shè)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(shè)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(nèi)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(wù)器，所有分布于管制大廳、咸陽塔臺的終端和服務(wù)器從CMD同步時鐘信號，如果某個正在作為時鐘服務(wù)器的CMD出現(xiàn)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(wù)器再訪問NPORT處理之后的時間數(shù)據(jù)，同時，系統(tǒng)將主備告警服務(wù)器作為二所系統(tǒng)的時間服務(wù)器，所有分布于管制大廳、咸陽塔臺的終端和服務(wù)器通過中間件程序從主備告警服務(wù)器同步時鐘信號，如果主用告警服務(wù)器出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動同步備用告警服務(wù)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(wǎng)口至系統(tǒng)內(nèi)部交換機，在接收到GPS信號之后，所有分布于區(qū)調(diào)、進近、塔臺、飛服中心、運控中心的終端通過NTP服務(wù)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(wù)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(wù)器，其他終端電腦的時間同該服務(wù)器進行統(tǒng)一同步。

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

4 結(jié) 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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