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
|
序号 |
状态 |
定义 |
|
1 |
normal |
正常 |
|
2 |
open |
开路 |
|
3 |
short |
短路 |
表3 射频输出通断状态
|
序号 |
状态 |
定义 |
|
1 |
on |
连通 |
|
2 |
off |
关断 |
表4 导航信号告警状态
|
序号 |
状态 |
定义 |
|
1 |
NS |
未捕获到卫星 |
|
2 |
AT |
正常 |
|
3 |
SP |
欺骗 |
|
4 |
JM |
干扰 |
|
5 |
SJ |
欺骗+干扰 |
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
|
序号 |
状态 |
定义 |
|
1 |
offline |
未检测到设备 |
|
2 |
undo |
未授时 |
|
3 |
syncing（首次开机时） |
驯服中 |
|
4 |
syncing（卫星信号恢复正常后） |
浅驯服 |
|
5 |
synced（首次开机驯服完成后） |
同步保持 |
|
6 |
synced（拒止维持恢复到同步保持状态） |
深驯服 |
|
7 |
time-keeping |
拒止维持 |
|
8 |
warning |
设备由拒止维持恢复到同步保持状态前，若再次出现信号被全部拒止情况，则设备会出现warning状态。warning状态下的设备处于拒止维持状态，安全信号输出不受影响，且可以在信号拒止情况消失后自动恢复。该状态仅对短时间内多次信号拒止情况做出风险提示，提醒用户排查异常干扰情况，不代表设备信号输出或工作模式出现异常。 |
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
|
指示灯 |
灯光状态 |
指示状态 |
|
授时 |
红灯常亮 |
未授时 |
|
绿灯常亮 |
GNSS模块完成授时 |
|
|
1PPS |
红灯常亮 |
首次开机时：正在初始化 |
|
信号拒止情况恢复后：设备已恢复到同步保持状态，信号输出正常，晶振处于浅驯服状态 |
||
|
绿灯闪烁 |
恒温晶振/原子钟守时中，有安全信号和1PPS输出 |
|
|
绿灯常亮 |
恒温晶振/原子钟驯服完成，有安全信号1PPS输出 |
|
|
天线 |
红灯常亮 |
卫星导航天线开路/短路告警 |
|
绿灯常亮 |
卫星导航天线工作正常 |
|
|
通断 （仅在通断模式下启用） |
红灯常亮 |
卫星导航信号输出关断 |
|
绿灯常亮 |
卫星导航信号输出连通 |
|
|
灯熄灭 |
切换到生成信号输出 |
|
|
生成 |
红灯常亮 |
生成信号未输出 |
|
BDS绿灯常亮 |
生成信号正在输出 |
|
|
灯熄灭 |
切换到卫星导航信号通断模式 |
|
|
干扰 |
红灯常亮 |
干扰告警 |
|
灯熄灭 |
无干扰告警 |
|
|
欺骗 |
红灯常亮 |
欺骗告警 |
|
灯熄灭 |
无欺骗告警 |
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。
|
干接点 |
状态 |
|
PWR |
电源失电告警常闭接点 |
|
ALM |
整机、模块、天线检测等异常告警常闭接点 |
|
BDS |
北斗信号监测异常、不可用、干扰、欺骗等异常告警常闭接点 |
|
GPS |
GPS信号监测异常、不可用、干扰、欺骗等异常告警常闭接点 |
（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
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