京准电钟：电力安全卫士——时空安全防护隔离装置

京准电钟：电力安全卫士——时空安全防护隔离装置

京准电子科技官微——ahjzsz

1、主要特点

★信号加固功能：

GPS/BDS单系统信号拒止情况下（包含受到GPS L1欺骗干扰、GPS L1压制干扰、BDS B1欺骗干扰、BDS B1压制干扰），能够继续保持安全信号正常输出，信号精度≤100ns；

当所有卫星导航信号全都被拒止的条件下，提供安全信号输出，信号精度≤500ns，维持时间≥1小时。

★设备安全功能：

支持天线的开路、短路检测，保证设备使用安全；

★安全隔离功能：

具备GPS、BDS信号隔离功能，可及时对干扰信号（GPS L1欺骗干扰、GPS L1压制干扰、BDS B1欺骗干扰、BDS B1压制干扰等）进行隔离，不影响授时系统安全。

★抗干扰防欺骗功能：

 

具备抗压制干扰和欺骗干扰，可对欺骗干扰信号进行有效检测与识别。

 

★监测功能：

卫星信号实时监测——全天候监测所接收的卫星导航信号质量，分析其授时服务完好性和可用性；

信号异常及时告警——导航卫星不可用（如国家区域保护、GPS服务关闭等）、质量降低（如干扰等）时，以指示灯和标准数据方式给出告警；

授时精度实时监测——可外接1PPS输入，对输入信号及卫星授时信号精度进行比对监测。

具备可视化监控界面——可对设备工况进行实时显示，并将异常情况以日志形势进行上报，支持按照电力标准协议进行上报

设备具备液晶显示屏——可显示设备工况、生成信号监测，卫星信号监测等情况

2、主要功能

卫星接收功能：BDS B1I、GPS L1CA；

干扰检测及告警：检测到底噪提高后及时告警；

欺骗检测及告警：判断、识别欺骗信号并告警；

馈线检测及告警：实时检测馈线是否存在开路、短路及损耗过大等异常情况并发出告警；

馈线短路保护功能：馈线长期处于短路状态时，不损坏设备内部器件；

退出无碍：失电或故障时，卫星信号正常通过，不影响后级设备运行；

无缝转换：生成信号可实现输入GPS信号、输出BDS信号或输入BDS信号、输出GPS信号的无缝转换，原授时系统无感知；

同步保持：生成信号可对天与真实导航信号保持同步，为后端设备提供高精度授时信号；

拒止维持：卫星导航信号拒止时，自主为现有BDS/GPS授时系统提供不中断的授时服务；

频点隔离：及时将欺骗、干扰信号（GPS欺骗、GPS压制干扰、BDS欺骗、BDS压制干扰等）隔离，保证生成信号不受影响；

远程监控：远程 Web 界面监控设备工作状态，设置工作参数；

告警指示：指示灯包括电源状态指示、授时状态指示、PPS状态指示、北斗天线故障指示、北斗信号通断指示、北斗信号生成状态指示、北斗信号干扰指示、北斗信号欺骗指示、GPS天线故障指示、GPS信号通断指示、GPS信号生成状态指示、GPS信号干扰指示、GPS信号欺骗指示；

告警接点控制：通过干接点输出装置失电告警、装置输入信号/模块异常告警、输出BDS信号状态、输出GPS信号状态；

 

 

3、主要指标

工作频段：接收/输出频段BDS+GPS

授时精度：100ns

告警时间：小于10s

告警解除时间：小于30s

维持能力：≤500ns@6小时

信号功率：-130dBm至-70dBm

工作温度：-30℃至+70℃（主机室内安装）

供电电压：双电源供电，AC/DC 220V

 

4、设备接口

卫星信号输入：2路BNC

安全信号输出：2路BNC

1PPS时间输出：1路BNC

10MHz输出：1路BNC

管理接口：RJ45网口

调试接口：具备独立的CONSOLE及RJ45调试接口；

设备尺寸：19寸机箱，1U

重量：≤5kg

功耗：≤40W

卫星时钟信号安全隔离装置

 

1、主要特点

★信号加固功能：

GPS/BDS单系统信号拒止情况下（包含受到GPS L1欺骗干扰、GPS L1压制干扰、BDS B1欺骗干扰、BDS B1压制干扰），能够继续保持安全信号正常输出，信号精度≤100ns；

当所有卫星导航信号全都被拒止的条件下，提供安全信号输出，信号精度≤500ns，维持时间≥1小时。

★设备安全功能：

支持天线的开路、短路检测，保证设备使用安全；

★安全隔离功能：

具备GPS、BDS信号隔离功能，可及时对干扰信号（GPS L1欺骗干扰、GPS L1压制干扰、BDS B1欺骗干扰、BDS B1压制干扰等）进行隔离，不影响授时系统安全。

★抗干扰防欺骗功能：

具备抗压制干扰和欺骗干扰，可对欺骗干扰信号进行有效检测与识别。

★监测功能：

卫星信号实时监测——全天候监测所接收的卫星导航信号质量，分析其授时服务完好性和可用性；

信号异常及时告警——导航卫星不可用（如国家区域保护、GPS服务关闭等）、质量降低（如干扰等）时，以指示灯和标准数据方式给出告警；

授时精度实时监测——可外接1PPS输入，对输入信号及卫星授时信号精度进行比对监测。

具备可视化监控界面——可对设备工况进行实时显示，并将异常情况以日志形势进行上报，支持按照电力标准协议进行上报

设备具备液晶显示屏——可显示设备工况、生成信号监测，卫星信号监测等情况

2、主要功能

卫星接收功能：BDS B1I、GPS L1CA；

干扰检测及告警：检测到底噪提高后及时告警；

欺骗检测及告警：判断、识别欺骗信号并告警；

馈线检测及告警：实时检测馈线是否存在开路、短路及损耗过大等异常情况并发出告警；

馈线短路保护功能：馈线长期处于短路状态时，不损坏设备内部器件；

退出无碍：失电或故障时，卫星信号正常通过，不影响后级设备运行；

无缝转换：生成信号可实现输入GPS信号、输出BDS信号或输入BDS信号、输出GPS信号的无缝转换，原授时系统无感知；

同步保持：生成信号可对天与真实导航信号保持同步，为后端设备提供高精度授时信号；

拒止维持：卫星导航信号拒止时，自主为现有BDS/GPS授时系统提供不中断的授时服务；

频点隔离：及时将欺骗、干扰信号（GPS欺骗、GPS压制干扰、BDS欺骗、BDS压制干扰等）隔离，保证生成信号不受影响；

远程监控：远程 Web 界面监控设备工作状态，设置工作参数；

告警指示：指示灯包括电源状态指示、授时状态指示、PPS状态指示、北斗天线故障指示、北斗信号通断指示、北斗信号生成状态指示、北斗信号干扰指示、北斗信号欺骗指示、GPS天线故障指示、GPS信号通断指示、GPS信号生成状态指示、GPS信号干扰指示、GPS信号欺骗指示；

告警接点控制：通过干接点输出装置失电告警、装置输入信号/模块异常告警、输出BDS信号状态、输出GPS信号状态；

 

3、主要指标

工作频段：接收/输出频段BDS+GPS

授时精度：100ns

告警时间：小于10s

告警解除时间：小于30s

维持能力：≤500ns@6小时

信号功率：-130dBm至-70dBm

工作温度：-30℃至+70℃（主机室内安装）

供电电压：双电源供电，AC/DC 220V

 

4、设备接口

卫星信号输入：2路BNC

安全信号输出：2路BNC

1PPS时间输出：1路BNC

10MHz输出：1路BNC

管理接口：RJ45网口

调试接口：具备独立的CONSOLE及RJ45调试接口；

设备尺寸：19寸机箱，1U

重量：≤5kg

功耗：≤40W

 

5、设备详细介绍

 

6.1接口

6.1.1显示屏

1）第一页说明

 

图2 显示屏第一页

第一行显示北京时间；

第二行显示天线1的电流检测和状态，天线状态见表2，射频输出通断状态见表3；

第三行显示天线2的电流检测和状态，天线状态见表2，射频输出通断状态见表3；

第四行显示BDS和GPS的可用卫星数目，以及告警状态，告警状态见表4。

表2 天线状态

表3 射频输出通断状态

表4 导航信号告警状态

 

2）第二页说明

 

图3 显示屏第二页

第一行显示北京时间；

第二行显示原子钟的状态，详情见授时设备状态（表5，标准产品不配备原子钟）；

第三行显示恒温晶振的状态，详情见授时设备状态（表5）；

第四行显示pps授时误差，授时模块与恒温晶振本身的pps偏差，拒止维持守时阶段该值无效。

表5 授时设备状态

 

3）第三页说明

 

图4 显示屏第三页

第一行显示北京时间；

第二行显示授时设备软件版本号；

第三行显示授时设备IP；

第四行显示授时设备主芯片温度。

6.1.2指示灯

 

图5 指示灯

指示灯详细状态指示如下表6所示。

 

表6 指示灯状态

 

6.1.3 装置接口

1）前面板

 

图6 前面板

NTP口作用同Console口，只是接口类型上的区别。ETH0口为网口，出厂默认IP为：192.168.42.120，还可以作为NTP Server实现网络授时，可根据用户需求开放此功能。

Console口是串口格式，波特率115200，数据位8bits，停止位1bit，校验位无；目前主要用于设备调试。

2）后面板

 

图7 后面板

（1） 干接点接口

干接点接口两个一组，一共四组，从左到右分别是电源PWR、告警ALM、BDS状态和GPS状态。每组干接点状态断开表示正常，闭合表示异常告警。常闭接点，额定电压50V，额定功率25W。

（2） ETH1接口

ETH1用于程序升级和防欺骗参数控制，出厂默认IP为：192.168.42.100。

（3） ETH2接口

保留网口，根据用户需求开发特殊功能。

（4） 1PPS接口

输出1PPS秒脉冲信号，默认脉宽100ms，上升沿有效，TTL电平。

（5） 10MHz接口

输出10MHz时钟正弦波信号。

（6） BDS输出和GPS输出接口

默认情况下BDS输出接口输出BDS安全信号，GPS输出接口GPS安全信号，可通过web界面控制安全信号输出为BDS、GPS或BDS+GPS混合信号三种模式。另外，在通断模式下啊，BDS输出、GPS输出接口也可以作为信号直连转发接口，在欺骗干扰存在时对相应接口信号进行阻断。

（7） BDS输入和GPS输入接口

支持双天线、单天线两种工作模式，双天线情况下BDS输入接口和GPS输入接口分别为BDS天线输入和GPS天线输入；单天线工作模式下，可接入BDS输入接口，同时对BDS、GPS双系统信号进行保护。

（8） 常用电源和备用电源接口

常用电源和备用电源为冗余热备，每个电源都是交流、直流自适应、110V/220V自适应。

（9） 接地端子

接地端子为直流接口，可通过接地M3螺钉，压环，接入机柜地线。

6.2 安装说明

6.2.1导航天线安装位置要求

 

图8 导航天线安装示意图

1） 导航天线应安装在室外开阔的位置上，保证周围较大的遮挡物（如树木、铁塔、楼房等）对天线的遮挡不超过30度，天线竖直向上的视角应大于120度。

2） 为避免反射波的影响，导航天线应远离周围尺寸大于200mm的金属物2m以上。

3） 导航天线远离其他发射设备（3m以上距离，如果发射功率大，适当增加隔离屏蔽），不要安装在微波天线、高压线缆的下方，避免其他发射天线的辐射方向对准导航天线。

4） 双天线安装时要保持200mm以上的间距，两根天线线缆尽量使用相同型号、相同长度，尤其长度差不要超过5m。

5） 天线线缆不要太短导致受力压迫，铺设转弯半径不易过小；天线线缆不要太长，不要盘起，避免引起信号衰减。

6.2.2安全防护要求

1） 导航天线固定位置必须放置在避雷针90°角保护范围内，且水平距离2m以上。

2） 推荐使用导航天线浪涌保护器，串接在天线馈线与设备之间，靠近设备一端。

3） 安全隔离装置采用双电源供电，双电源应该来自不同供电系统。

4） 机箱后面板有接地端子，需要采用2mm²以上的接地线可靠接地。

5） 机箱上下方至少留出1U的间隔，便于设备良好散热。

6.3 使用说明

6.3.1设备连接

 

图9 设备连接示意图

通过web界面控制输出信号为通断模式时，BDS输出的信号是经过通、断控制的BDS输入的卫星导航信号，GPS输出的信号是经过通、断控制的GPS输入的卫星导航信号。

通过web界面控制输出信号为生成模式时，BDS输出的信号是生成的BDS导航信号，GPS输出的信号是生成的GPS导航信号。

BDS天线和GPS天线线缆尽量使用相同型号、相同长度，避免二者功率相差太大影响防欺骗抗干扰性能。

如果BDS/GPS输入信号需要使用功分器分为多路，使用多台安全隔离装置/接收机时，功分器必须使用无源功分器。如果使用有源功分器，需要确认功分的信号功率、信噪比是否相同，否则会影响安全隔离装置的性能。

6.3.2上电检查

天线和射频线缆、电源和接地端子都正确连接完成后，首先进行上电检查。

后面板每个电源插座旁都有一个开关，按下开关至“-”时，设备电源导通。开机系统启动时间大约20s，系统启动之后，显示屏和指示灯点亮，然后观察开机自检状态，天线检测是否正常，收星是否正常。

 

                                 

 

 

图11  WEB界面设备状态信息

安全隔离状态是设备各个子模块的实时状态显示，包括：

1） 电源模块：可识别主电源和备用电源。

2） BDS输入：检测BDS输入的天线状态，包括正常、开路、短路三种状态。

3） GPS输入：检测GPS输入的天线状态，包括正常、开路、短路三种状态。

4） BDS输出：BDS输出信号状态，分为信号生成、射频转发两种状态。信号生成：自主生成卫星导航信号。射频转发：转发输入的卫星导航信号。通过WEB界面配置模块进行切换。

5） GPS输出：GPS输出信号状态，分为信号生成、射频转发两种状态。信号生成：自主生成卫星导航信号。射频转发：转发输入的卫星导航信号。通过WEB界面配置模块进行切换。

6） 授时板卡：授时模块的工作状态，分为未定位、正在定位、已定位。

7） 时钟模块：时钟模块的工作状态，分为未驯服、正在驯服、已驯服、保持中。

8） 信号生成：信号生成模块的工作状态，分为工作中、未工作(切换到射频转发模式)

9） BDS告警：BDS输入信号状态，分为正常、无信号、欺骗、干扰。

10） GPS告警：GPS输入信号状态，分为正常、无信号、欺骗、干扰。

GNSS信号接收状态是设备收到的GNSS卫星信号的状态，包括：

1） BDS卫星数：接收到BDS的卫星数。

2） GPS卫星数：接收到GPS的卫星数。

3） 参考系统：授时模块优先参考的导航系统。

4） 经度、纬度、高度：为接收天线的当前位置。

GNSS信号生成状态是设备输出的生成的GNSS卫星信号的状态，包括：

1） BDS卫星数：接收到BDS的卫星数。

2） GPS卫星数：接收到GPS的卫星数。

整机信息是设备的基本信息，包括：

1） 本机IP：为设备现在的IP地址。

2） 版本号：为该设备的版本号。

3） 序列号：为该设备的产品序列号。

4.4.3 WEB界面配置

打开WEB界面配置页面，如图12所示。

1） 整机IP地址：可更改隔离装置的IP地址，更改完后重启设备才能生效。

2） 天线开路检测阈值：电流检测时，低于阈值为开路，高于阈值为正常。

3） BDS射频输出：可更改BDS输出为射频转发导航信号、自主生成导航信号，更改完需要重启设备才能生效。

4） GPS射频输出：可更改GPS输出为射频转发导航信号、自主生成导航信号，更改完需要重启设备才能生效。

5） PPS天线延迟：用户标定完馈线线缆时延，可以直接填入数值（单位为：ns）。

6） PPS用户延迟：设备自身PPS延迟（单位为：ns），出厂时已经完成标定。

7） GNSS配置：此设置为授时优先级，默认优先使用BDS、然后使用GPS。此配置不建议修改。

8） 信号生成位置：经度、纬度、高度（立即生效）。当选择自主生成导航信号时，更改该信号的位置信息。

9） 信号生成-功率：更改信号生成功率，修改范围为-130dB ~ -70dB。

10） 信号生成-GNSS配置：可选择输出为单GPS信号、单BDS信号、GPS+BDS信号。

11） 信号生成-信号延迟：可配置信号生成模块的PPS延迟（单位为ns），出厂时已经完成标定。

 

 

图12  WEB界面配置

 

4.4.4 WEB界面日志

 

图13 日志界面

当模块状态发生变化时，变化状态会计入日志中。

日志记录包括：

l 单频点干扰/欺骗信号日志

l 输入天线状态异常日志（开路、短路告警）

l 输出信号通、断日志

l 授时状态（包含定位和PPS输出状态）

l 生成板卡状态

l 电源状态

l 开机自检状态