[发明专利]一种民航ADS-B地面站系统高精度时钟冗余备份方法

说明书

本发明公开了一种民航ADS‑B地面站系统高精度时钟冗余备份方法，在民航空管ADS‑B地面站系统中设置3台地面站，每台地面站包括GPS接收机、FPGA和CPU；3台地面站通过共享秒脉冲、共享UTC时间手段实现高精度时钟冗余备份。本发明技术方案实现了一种民航ADS‑B地面站系统高精度时钟冗余备份设计方法，该方法通过网络组播共享UTC时间、通过离散线共享秒脉冲技术，在只有一个ADS‑B地面站GPS正常工作的情况下使整个系统其他地面站都能够正常工作极大提高了系统可靠性。在多个设备GPS锁定的情况下，该方法同时利用高精度时间均值设计消除单个GPS接收机秒脉冲抖动产生的误差，使输出报文的时间戳更加准确。

技术领域

本发明涉及一种民航ADS-B地面站系统高精度时钟冗余备份方法。

背景技术

民航大力推进监视系统技术变革，努力构建天、空、地一体化ADS-B 运行体系，积极推动ADS-B 建设与运行，到2017年底，基本完成ADS-B 地面设施布局，开始初始运行；到2020年底，全面完成机载设备加改装和地面ADS-B 网络建设，构建完善的民航ADS-B 运行监视体系和信息服务体系，为空中交通提供全空域监视手段，为航空企业全面提供ADS-B信息服务；至2025年底，根据 ADS-B 运行和实施的经验，不断完善ADS-B 地面设施和地面ADS-B网络建设的布局，从整体上提高民航安全水平、空域容量、运行效率和服务能力。

根据ED129B要求ADS-B地面站输出的报文满足ASTERIX CAT021V2.1标准，该标准明确了ADS-B地面站对报文接收时间的要求。空管数据站利用飞机发送的应答信号到达各地面接收站的时间（TOA， time of arrival）不同基于TDOA的双曲面定位算法计算飞机位置。利用该位置与ADS-B机载下发的位置信息进行对比计算，可以滤除虚假目标达到ADS-B防欺骗的目的。所以ADS-B地面站系统中如何确定报文接收时间对于位置精度的计算至关重要。另外民航空管ADS－B地面站系统室内设备故障平均间隔时间(MTBF)不小于20000h ，室内设备的故障维修时间(MTTR)不大于30min。设备能7×24小时连续工作，设备的设计寿命大于15年。所以使用冗余设计提高系统稳定性是空管设备研制过程中必要手段。

在民航空管ADS-B地面站系统中，包含三套ADS-B地面站，且三套设备均可独立工作。在实际运行过程中，其中两个全向地面站互为主备机，定向地面站独立工作。在高精度GPS使用过程中，ADS-B地面站设备使用GPS接收机串口输出的UTC时间作为每一秒的时间基准，使用GPS接收机的秒脉冲信号作为高精度时间的复位信号，使用GPS接收机100M输入时钟作为高精度时间的计数信号。

目前在使用高精度GPS的多机大型系统中每套设备使用独立的GPS接收机，当A机GPS接收机发生故障时，A机停止工作，系统进行切换。当所有GPS接收机正常锁定情况下，每个设备独立工作。这种方法缺点如下：

（1）当系统中存在主备机使用的情况时，如果A机的GPS接收机存在异常时，系统只能进行切换到B机，如果此时B机的其他模块（非GPS接收机）异常，系统将无法正常工作。冗余设计没有完全体现，降低了系统可靠性。

（2）由于高精度GPS接收机输出的秒脉冲信号存在抖动，当系统内多个设备同时正常工作时，多个设备的秒脉冲是独立的，所以对于同一信号的接收时间,同一个系统中不同设备计算的数据接收时间存在很大波动。

发明内容

本发明提出一种民航ADS-B地面站系统高精度时钟冗余备份设计方法，本发明针对的系统包括GPS接收机、FPGA、CPU等组件，各组件通过离散、串口、网络等连接，通过共享秒脉冲、共享UTC时间手段实现高精度时钟冗余。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：