[發明專利]一種民航ADS-B地面站系統高精度時鐘冗余備份方法

有效

• 申請號: 201911064194.0
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110782709B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 付磊;安強;李家蓬;于琦
• 申請（專利權）人: 四川九洲空管科技有限責任公司
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G08G5/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權

本發明公開了一種民航ADS?B地面站系統高精度時鐘冗余備份方法，在民航空管ADS?B地面站系統中設置3臺地面站，每臺地面站包括GPS接收機、FPGA和CPU；3臺地面站通過共享秒脈沖、共享UTC時間手段實現高精度時鐘冗余備份。本發明技術方案實現了一種民航ADS?B地面站系統高精度時鐘冗余備份設計方法，該方法通過網絡組播共享UTC時間、通過離散線共享秒脈沖技術，在只有一個ADS?B地面站GPS正常工作的情況下使整個系統其他地面站都能夠正常工作極大提高了系統可靠性。在多個設備GPS鎖定的情況下，該方法同時利用高精度時間均值設計消除單個GPS接收機秒脈沖抖動產生的誤差，使輸出報文的時間戳更加準確。

技術領域

本發明涉及一種民航ADS-B地面站系統高精度時鐘冗余備份方法。

背景技術

民航大力推進監視系統技術變革，努力構建天、空、地一體化ADS-B 運行體系，積極推動ADS-B 建設與運行，到2017年底，基本完成ADS-B 地面設施布局，開始初始運行；到2020年底，全面完成機載設備加改裝和地面ADS-B 網絡建設，構建完善的民航ADS-B 運行監視體系和信息服務體系，為空中交通提供全空域監視手段，為航空企業全面提供ADS-B信息服務；至2025年底，根據 ADS-B 運行和實施的經驗，不斷完善ADS-B 地面設施和地面ADS-B網絡建設的布局，從整體上提高民航安全水平、空域容量、運行效率和服務能力。

根據ED129B要求ADS-B地面站輸出的報文滿足ASTERIX CAT021V2.1標準，該標準明確了ADS-B地面站對報文接收時間的要求。空管數據站利用飛機發送的應答信號到達各地面接收站的時間（TOA， time of arrival）不同基于TDOA的雙曲面定位算法計算飛機位置。利用該位置與ADS-B機載下發的位置信息進行對比計算，可以濾除虛假目標達到ADS-B防欺騙的目的。所以ADS-B地面站系統中如何確定報文接收時間對于位置精度的計算至關重要。另外民航空管ADS－B地面站系統室內設備故障平均間隔時間(MTBF)不小于20000h ，室內設備的故障維修時間(MTTR)不大于30min。設備能7×24小時連續工作，設備的設計壽命大于15年。所以使用冗余設計提高系統穩定性是空管設備研制過程中必要手段。

在民航空管ADS-B地面站系統中，包含三套ADS-B地面站，且三套設備均可獨立工作。在實際運行過程中，其中兩個全向地面站互為主備機，定向地面站獨立工作。在高精度GPS使用過程中，ADS-B地面站設備使用GPS接收機串口輸出的UTC時間作為每一秒的時間基準，使用GPS接收機的秒脈沖信號作為高精度時間的復位信號，使用GPS接收機100M輸入時鐘作為高精度時間的計數信號。

目前在使用高精度GPS的多機大型系統中每套設備使用獨立的GPS接收機，當A機GPS接收機發生故障時，A機停止工作，系統進行切換。當所有GPS接收機正常鎖定情況下，每個設備獨立工作。這種方法缺點如下：

（1）當系統中存在主備機使用的情況時，如果A機的GPS接收機存在異常時，系統只能進行切換到B機，如果此時B機的其他模塊（非GPS接收機）異常，系統將無法正常工作。冗余設計沒有完全體現，降低了系統可靠性。

（2）由于高精度GPS接收機輸出的秒脈沖信號存在抖動，當系統內多個設備同時正常工作時，多個設備的秒脈沖是獨立的，所以對于同一信號的接收時間,同一個系統中不同設備計算的數據接收時間存在很大波動。

發明內容

本發明提出一種民航ADS-B地面站系統高精度時鐘冗余備份設計方法，本發明針對的系統包括GPS接收機、FPGA、CPU等組件，各組件通過離散、串口、網絡等連接，通過共享秒脈沖、共享UTC時間手段實現高精度時鐘冗余。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：