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            基于短波戰術電臺的同步授時技術分析及展望
            作者:劉佳 張宏珉 尹軍 游苑
            來源:本站原創
            更新時間:2011/1/28 13:27:00
            正文:
            (重慶通信學院 重慶 400035)
            摘要:針對短波戰術電臺在戰場環境下對于授時保持系統精確性、安全性等方面的要求,綜合分析比較了四種同步授時系統的特點,對該電臺同步授時技術的未來發展提供了新方向。
            關鍵詞:同步授時;短波戰術電臺
            Analysis and Prospect for Synchronous Timing Technology Based on Short-wave Tactical Radio
            Jia Liu, Hongmin Zhang, Yuan You
            (Chongqing Communication Institute, Chongqing, China)
            Abstract: In order to satisfy the requirements of short-wave tactical radio on synchronous time during the war,the paper analyzed the features of four synchronous timing systems and gave a new method of development about synchronous timing technology.
            Keywords: synchronous timing, short-wave mobile station
            基金項目:重慶市科委攻關項目(CSTC,2010AC2039)
            1引言
            近年來,隨著第三代短波通信技術的飛速發展,短波通信在組織模式、網絡結構、資源利用和維護管理等方面都面臨新的重大調整。第三代短波通信網絡的最大的特點就是采用了同步工作技術。網絡中需要有統一的時鐘源,內部各同步工作單元通過時鐘源的統一授時來保持工作次序的一致性,保證整個網絡的同步運行。
            作為短波通信系統的基礎設備,短波電臺的同步掃描、快速選頻、同步建鏈等模塊的正常運行也需要同步授時作保障。尤其是短波戰術電臺,由于其機動、靈活的特點,對于授時系統的要求更加嚴格。需滿足以下四個方面的要求:1)精確性。3G - ALE通信規范規定,3G系統必須提供能使網絡中所有臺站按時間基準保持同步的機制,在同步模式運行時,所有臺站間的最大時間差不超過50ms;2)安全性。保證短波通信系統在任意條件下不間斷、無差錯的精確授時;3)保持性。授時源結束授時后,在時鐘漂移的允許范圍內具備一定時鐘保持功能;4)小型化。移動電臺具有機動、靈活等特點,要求授時終端體積小、重量輕。
            2適用于短波戰術電臺的同步授時技術分析
            目前,世界各國開發使用的授時技術很多,其中能滿足短波戰術電臺需求的只有衛星授時技術和短波授時技術。衛星授時技術中較成熟的有我國的北斗衛星導航系統、美國全球衛星導航定位系統和俄羅斯全球衛星導航定位系統。適用于我國的短波授時技術只有中科院國家授時中心的短波授時系統。
            2.1美國全球衛星導航定位系統(GPS)
            GPS(Global Positioning System)是美國在1993年建成的新一代衛星導航、定位和授時系統,能夠全球覆蓋、全天候工作、全天24小時連續實時地向地面用戶提供高精度位置、速度和時間信息。GPS傳遞的時間能在全球范圍內與世界協調時(UTC)保持高精度同步,是迄今為止傳播范圍最廣、精度最高的無線電時鐘信號源。GPS的設計目的是用于美國的軍事領域,具有很高的可靠性。
            GPS系統提供的衛星導航信號分為高精度的P碼和低精度的C/A碼。P碼為軍用只對美國及其盟國開放,其它國家只能使用民用的C/A碼,而且還受選擇可用性(簡稱SA)的影響,因此C/A碼的定位和授時精度均有較大的下降。GPS系統的授時功能為無源授時,民碼的授時精度可以達到50ns以內。
            對于我軍短波戰術電臺而言,采用GPS進行授時的優點:1)授時精度高,可達20ns;2)覆蓋范圍廣,可實現全球定位,24顆星可以覆蓋包括兩極在內所有大氣層內位置;3)應用廣泛。目前GPS已成功應用在航天、通信、軍事以及眾多的民用導航定位領域,技術已經相當成熟,市場上也有各種GPS接收芯片可以選擇,可利用的現成產品較多,開發難度低,價格便宜。
            缺點:主要是安全性問題。GPS由美國軍方控制,其發布的信號分民碼和軍碼兩種,除了美國的盟國外,我們得到的只能是民碼接收設備,美國可以在戰時輕易干擾,甚至封鎖民碼的使用。因此單純依靠GPS授時在戰時將受到干擾或美國封鎖其民碼的使用時整個同步網絡將陷于癱瘓。
            2.2俄羅斯全球衛星導航定位系統(GLONASS)
            GLONASS(The Global Navigation Satellite System)是前蘇聯為了應對美國的全球衛星定位系統GPS而建立的一個全球衛星定位導航系統。由于前蘇聯的解體和經濟的原因,該系統的部分衛星相繼老化,最嚴重時只剩6顆衛星運行。近年來,俄羅斯積極著手對 GLONASS進行技術改造。預計到今年年底,GLONASS系統在軌衛星的總數將達到27至28顆,其信號范圍將從覆蓋俄羅斯全境擴大到覆蓋全球,授時精度將達到GPS標準。
            GLONASS系統授時功能為無源授時,可為位置已知的用戶提供連續的時間同步業務,當用戶位置未知時,每天可為用戶提供18-20小時的時間同步服務,目前授時精度低于GPS。采用GLONASS進行授時的優點:抗干擾能力強。缺點:1)穩定性差。GLANASS系統雖然對軍、民全面開放,但由于經濟原因,其健康星的數量有限,穩定性和可靠性無法保障;2)實用性差。GLONASS應用不夠廣泛,可利用的現成產品較少,接收芯片價格相對較高。3)目前未達到全球覆蓋。因此,對于我軍短波戰術電臺而言,不適宜采用GLONASS進行授時。
            2.3我國北斗衛星導航系統(北斗系統)
            北斗衛星導航系統﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中國正在實施的自主發展、獨立運行的全球衛星導航系統。2000年,我國建成北斗導航試驗系統,使我國成為繼美國、俄羅斯之后世界上第三個擁有自主衛星導航系統的國家。2010年03月23日“北斗時間”系統首次被順利引入我國電網數字化變電站,結束了我國電力運行時間完全依賴美國GPS系統的歷史,使得以往缺乏安全保障的“美國授時”變為“中國授時”。在四川汶川、青海玉樹抗震救災中,北斗系統也發揮出非常重要的作用。根據系統建設總體規劃,2012年左右,系統將首先具備覆蓋亞太地區的定位、導航和授時以及短報文通信服務能力;2020年左右,建成覆蓋全球的北斗衛星導航系統。
            北斗衛星導航系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務,包括開放服務和授權服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務,目前授時精度可達50納秒以內。授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶,提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。
            對于短波戰術電臺其優點有:1)安全性好,自主產權,中國獨立控制;2)精度高,可達10納秒。3)獨具短報文通信功能。其缺點有:1)目前接收機價格略高于GPS接收機,普及率不高。2)北斗二號導航衛星系統尚未完成組網,不能實現全球覆蓋。
            2.4我國短波授時系統
            在國內,只有中科院國家授時中心的短波授時臺(標準時間標準頻率發播臺)發播短波授時信號。發播臺位于陜西蒲城,呼號為BPM。BPM時號發播的是世界時UT1和協調時UTC,采用標準頻率2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz全天24小時交替發播。短波無線電授時的基本原理是:短波授時臺在規定的短波頻率上發播用音頻調制的一定格式的短波時號,發播的時號起點受控于原子鐘,并與國際標準UTC秒同步。當短波時號被用戶接收后,通過對檢波的時號秒進行傳播延遲等修正,遠處用戶便可得到與授時臺同步的標準UTC秒。
            短波授時的授時源為原子鐘,授時精度為毫秒量級,覆蓋全國范圍。利用短波時號進行遠距離時頻校準的主要設備是短波接收機,原則上講,目前裝備的所有短波電臺都可以用于接收短波時號。
            采用短波授時技術為短波戰術電臺授時的優點有:1)以電離層為傳播媒介,抗毀性能強;2)設備簡單、機動靈活、成本低廉。缺點有:可靠性差。短波發播受電離層變化的影響和太陽活動的影響較大,接收時應避開日出、日落時間,電離層擾動期間應盡量接收載頻較高的時號;短波信道的特性決定了無線短波授時在戰時可能遭敵干擾或遭本方通信電臺自擾。
            3授時系統對比
            表1     授時系統對比表
             
            覆蓋范圍
            精確性(授時精度)
            安全性
            小型化
            所屬技術
            北斗系統
            本國覆蓋
            50ns以內
            易被摧毀
            體積小
            衛星授時
            GPS系統
            全球覆蓋
            50ns以內
            受美軍方控制
            體積小
            衛星授時
            GLONASS系統
            本國覆蓋
            低于GPS
            穩定性差
            體積較小
            衛星授時
            短波授時系統
            全國覆蓋
            1ms
            易受干擾
            體積小
            短波授時
            通過比較得出,衛星授時技術在精確性方面明顯優于短波授時技術。衛星授時技術中俄羅斯的GLONASS系統目前不能達到全球覆蓋,因此不適于我國短波戰術電臺使用;美國的GPS系統受美軍方控制,安全性差,不能單獨使用;我國的北斗授時系統在覆蓋范圍、精確性、小型化等方面基本符合需要,但是在戰爭期間易被敵軍摧毀。因此,單一的授時系統都不能完全滿足我軍短波戰術電臺對于安全性的要求。
            4展望
            目前,單一的授時技術不能完全滿足我軍短波戰術電臺對于精確性、安全性、保持性、小型化等方面的要求,而將衛星授時和短波授時綜合運用則可以順利解決這個難題。因此,授時系統的綜合化是未來我軍短波戰術電臺同步授時技術發展的方向。
            基于第三代短波通信網絡的短波戰術電臺綜合同步授時技術作為短波同步通信的關鍵技術之一,是第三代短波網絡同步運行的基礎。授時系統的綜合化研究可以提高短波同步系統的穩定性和抗擾性、全面提升短波同步網絡的安全性和可靠性,是對短波戰術電臺在短波通信戰略安全和戰場生存能力的進一步加固,對于保障我軍在信息化戰場中的有利地位具有深遠意義。
                             參考文獻
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            [3]Y.G.Gouzhva I.G.Pushkina. 張紀生.利用Glonass進行時鐘同步. GPS World April 1995. 23:48-56
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            [5]周中謨等. GPS衛星測量原理與應用.北京.測繪出版社. 1992. 43-52
            [6]李永泉等.北斗衛星導航定位系統簡介.江蘇測繪. 2001.24(4):10-11
            [7]中國人民解放軍總裝備部軍事訓練教材編輯工作委員會.時間統一技術.北京.國防工業出版社.2004.89-97
            作者簡介:
            劉佳 女,1981年出生,山東人,重慶通信學院在讀碩士,助理工程師,研究方向為通信與信息系統。
             
             
               
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