北斗GPS校时服务器（卫星授时）应用于机场网络系统集成
北斗GPS校时服务器（卫星授时）应用于机场网络系统集成
用户需求分析
机场时钟系统主要为机场全部网络设备提供统一的准确时间，其主要作用是为整个机场的计算机系统及指挥调度系统、广播系统、安防系统、楼宇自控系统以及其它弱电子系统提供标准的时间信号；精确统一的时间标准可以给机场工作人员及各部门协调工作提供个精准时间依据，使得机场工作高效率精准运行
系统构成:
采用GPS北斗网络母钟，子钟、网络交换机、传输通道（网线）、管理软件等构成，通过局域网络给机场的各个网络设备提供时间信息服务。
因此,在机场内各区域提供一套可靠、经济和有效的网络时钟系统对机场的智能化管理和各部门的统一协调意义重大。
2.2 设计指导思想
本系统的时钟系统，并保证在设计中：
认真贯彻执行国家已颁布实施的有关“规范”、“标准”，使设计不偏离规范化和标准化的轨道，从而保证设计的水平和质量。系统设计应本着“可靠、实用、先进、经济”的原则进行。在满足功能需求的前提下努力降低工程造价和维护费用。系统操作简便、可靠，便于扩展和维护，软件具有提升能力。系统满足现场条件和环境，有较强的抗高温、高湿、台风、电磁干扰能力和防雷、防雨、防尘能力。
3 设计依据
时钟系统的实施必须遵循国家有关技术标准，并结合应用场所的特殊功能要求来进行，我司提出的系统设计方案正是遵循了上述原则，经深入调研而形成的，其具体设计依据如下：
时钟系统的设计生产符合ISO9000标准。
设备及配件符合各行业相关标准和有关国家标准。
符合业主需要及领导的相关要求。
4 设计区域
重要地区应包括以下地方，但不仅限于以下地方：
4.1候机区
4.2安检区
4.3指挥调度区
4.4安防监控中心
4.5人防区域
4.6会议室
4.7其他人员流动并需用统一时间的空间
5.优化建议
5.1 卫星网络母钟与数字网络子钟通过交换机采用局域网络传输，网线相对于其它总线方式有如下优点：
●通讯速度快，也是使用最普遍的形式。
●通讯质量稳定，不容易受到外界干扰。
●如果用户已经有局域网等网络可以不用重新铺设网络，利用现有网络组网
5.2 控制计算机可以通过卫星网络母钟的网口授时，也可以直接通过控制计算机与接口扩展单元的RS232/485接口直接获取标准时间信息。
5.3建议采用主备母钟内置接收机的方式接收GPS和我国北斗卫星二合一时间信号互为备份，不建议采取单GPS系统和传统的GPS接收机+母钟的接收方式。
下表列出了传统RS-485总线与以太网络的性能比较。
特性 RS-485 总线 以太网络
拓朴结构 总线拓朴 分布式拓扑
传输介质 双绞线 屏蔽双绞线
硬件成本 很低 每个节点成本增加大约 30 元
总线利用率 低 高
网络特性 单主结构 多点结构
数据传输率 低 最高可达10M/100M/1000Mbps
通讯失败率 很高 极低
节点错误的影响 故障节点有可能导致整个网络瘫痪 故障节点对整个网络无影响
通讯距离 <1.2Km 通过中继器可超过1.5km
网络调试 容易 简单的计算机操作技术即可
开发难度 容易 需要一定的网络时间技术基础
后期维护成本 较高 很低
综合上表得出传统RS485总线的弊端：
1）升级扩容难。每增加一个新的节点需要同时增加线路，及对应母钟的端口，导致系统扩容升级困难；
2）难于管理。基于RS485的模拟子母钟系统，工程实施复杂，叠加的设备太多，导致出现故障率增大。且很难实现优有效管理；
3）标准化差。RS485模拟子母钟系统大量采用私有技术，不可靠，标准化差，与其他系统及厂商设备融合困难。
故而网络化方案才是最终的首选：
根据以上分析、比较，数字网络方案比较合理，具有较多的优势；另外，考虑系统将来的升级扩展能力、维护、管理方式，局域网络的优势更加明显，可以优先考虑。
6.时钟系统总体结构描述
本时钟系统具有以下特点：
6.1 主备网络母钟智能倒换。
2台网络母钟对外接口直接相连，通过专用主备连接通信电缆随时交换信息，在主设备（输出时码设备）出现故障的情况下，自动倒换到备用设备。倒换时间小于50ms。
6.2 数字网络子钟采用恒流驱动。
国内独家把LED恒流驱动电源技术引用到时钟系统的厂家,大大延长LED发光管的寿命.
6.3 时钟控制管理软件可实现对子钟的精确到码段故障的监控和亮度调节。
时钟控制管理软件对子钟每一个显示码段的状态监控,并可实现对子钟的亮度调节.
6.5 接口兼容性强，包含当前所有主流授时接口。
不需要任何时码分配设备就可以提供国内外所有授时接口，如：NTP/SNTP、1588PTP、PPS、PPM、PPH、B码、串口RS232/485/422等所有接口的要求。
7.时钟系统总体方案描述
机场网络子母钟系统采用集中控制与调整，同步传输分散显示的集散式控制方式，由GPS蘑菇头及馈线、主备高稳网络母钟、网络交换机、时钟管理软件、数字式网络子钟、网络传输通道（网线）、电源组成。
时钟系统中的中心母钟为双主机时钟装置，其中一个作为系统时间信号的主要来源，另一个作为整个时钟系统的热备份，以备紧急故障时自动启用。母钟显示板上可显示年、月、日、时、分、秒时间信息和当前的卫星颗数。两台高稳网络母钟构成主备用方式，主备工作钟能自动调整时间。
卫星母钟的网络接口一方面驱动本地数字网络子钟，另一方面同时向机场统一调度中心、安检系统、楼宇自控系统、火灾报警系统、安防系统、停车场收费管理系统、呼叫信息显示系统、公共广播系统、内部调度通讯系统、计算机网络等其他子系统的服务器提供标准时钟信号。
数字网络子钟设于候机大厅、安检区域、值班室、控制室、人防区域、安防控制中心及其他人员流动并需用统一时间的空间等有关地点。
时钟系统结构如图所示：
图中系统结构
时钟系统的参考信息由主备网络母钟提供，母钟输出标准的时间信息到通信网络核心交换机上，接口扩展单元（接口扩展单元可提供5路RS485/422信号、5路网络时间信号）通过网络时间信号同步数字子钟，并且每条链路上都具有不少于100个子钟的驱动能力，方便整个系统扩容。剩余RS485/422接口可根据业主实际需求为新增的子钟或者其它系统提供时码信号扩展。控制计算机可以完全控制和检测所有时钟的运行状态。
8弱电中心母钟系统描述
弱电中心母钟系统设备主要包括：GPS天线、主备稳定网络母钟、子钟、时钟系统接口扩展单元、系统网管、机架线缆等。
卫星网络母钟内置恒温晶振守时单元，同时接收外部GPS和北斗二合一卫星时间信号和秒脉冲信号作为主参考信号，母钟输出也可接接口扩展单元。
对于网管系统与母钟相联的结构，这种系统结构的好处是系统结构清晰，母钟通信负荷小，内部处理器专注时码信息处理，以获得更好的时间稳定度；时钟网管系统不依赖于母钟，母钟出现故障网管系统仍然可以正常工作。
8.1 GPS接收天线
GPS接收天线部分位于主控中心的前端，用于为GPS接收机提供信号，从而使一级网络母钟获得高精度时间参考，为校园时钟系统提供准确的时间信息；
GPS接收天线部分包括GPS信号接收天线及其天线馈线、及它们相关的避雷和接地措施；
GPS天线主要性能如下：
8.1.1天线
中心频率：1575.42MHz±3 MHz
电压驻波比：1.5:1
带宽： ±5 MHz
阻抗：50 ohm
最高增益：＞3dBic ，基于7×7cm 地平面
增益范围：＞-4dBic ，–90°＜0＜+90°，over 75% Volume
天线极化：RHCP
8.1.2放大器/滤波器
放大器增益 (不含电缆)： 28 dB,45 dB,55 dB 典型
噪声系数：1.5dB
滤波器带外衰减 (f0=1575.42 MHZ)：
7dB 最小 f0+/-20MHZ
20dB 最小f0+/-50MHZ
30dB 最小f0+/-100MHZ
输出电压驻波比：＜2.0
直流电压：3V , 5V, 3V to 5V
直流电流：5mA，10mA， 22mA Max
8.1.3结构
重量：＜140(克)gram
外型尺寸：Ø96×126mm；
电缆： RG58 8 to 100 m
连接器型号： SMA/SMB/SMC/BNC/FME/TNC/MCX /MMCX
固定方式：螺纹(M24×1.5)连接；
外壳颜色：白
8.1.4环境
工作温度：-40℃~+85℃
振动：1g(0-p)105010Hz 每轴
湿度：95%~100%RH
防水：100%
避雷器主要性能如下：
技术参数 数值或标准
频宽(MHz) 0-2000
阻抗(Ω) 50
最大放电电流
8/20us(KA) 20
接口标准
英制/公制 N/L16
功率(W) <300
动态残压
1KV/us(V) <600
驻波比
SWR ≤1.2
插入损耗 ≤-0.5dB
8.2 GPS高稳网络母钟
高稳网络母钟内置高稳OCXO，可接收GPS北斗二合一信号卫星模块，B码、1588PTP等多种外部参考信号，支持自动的双机热备份功能，其主要功能性能如下：
1U 19”标准机箱，年、月、日、时、分、秒和当前卫星颗数显示
时间输入接口：1路BNC的GPS卫星天线接口
时间输出接口：（a） 1路RS-232，可用于计算机校时；
（b）1路RS485，可用于子钟校时，传输距离不小于1000m；
（c）4路NTP网络接口，用于同步数字子钟和校园内所有计算机网络系统时间同步；
双CPU同时工作，32位CPU双核处理器，采用DSP/CPLD技术高速处理；
支持多种系统授时WINDOWS9X/NT/2000/XP//vista、LINUX、UNIX、SUN SOLARIS、IBM AIX、HP-UX等操作系统及支持NTP协议的网络设备。
多种配置方法（SOFT/WEB），易于管理和升级，支持MD5加密和SNMP网管；
设备支持NTP和SNTP协议，且提供互备信号接口，要实现计算机网络及其网络设备无需额外编程便可自动精确同步时间。
专用嵌入式系统，无硬盘和风扇设计，防震设计，系统稳定可靠。
机箱经防磁处理，抗干扰能力强。
GPS接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计， 信号接收可靠性高，不受地域条件和环境的限制。
支持自动控制双机热备份，前面板主备指示，系统具有更高的可靠性；
基于时码前沿的主动同步技术和数字锁相环技术，使母钟在外部参考的驱动下获得极好的同步精度；
操作环境温度：-200C～+700C；<95%无冷凝；
MTBF 大于10万小时；
产品尺寸480×44×200mm
电源：AC220V ±10％，15W
8.3 数字网络子钟
8.4.1单联数字网络子钟
尺寸：770MM×180MM×50MM（单面/双面）
8.4.2 双联数字网络子钟
尺寸：770MM×290MM×50MM（单面）
卫星网络母钟与数字网络子钟间的通信方式建议采用网线，系统向下兼容RS485/422总线。
数字式网络子钟接收中心母钟发出的时间信号，进行时间信息显示调整。数字式子钟脱离母钟时也能够单独运行。
数字式网络子钟采用“年：月：日：星期：时：分：秒”和“时：分：秒”两种显示格式，数字式子钟在调整时间时，子钟在接到控制主机指令后立即将时间显示按母钟发出的命令进行调整。
数字式网络子钟采用3英寸、5英寸发光数码管显示单元（LED）、数字式单联日历子钟采用5英寸发光数码管显示单元（LED）显示由数字组成的时间信号，颜色可根据甲方的要求来选择。显示单元显示数字小时信号、分钟、秒信号和年月日、星期信号。
亮度可设置。
数字式网络子钟的外壳采用金属成型技术、静电喷涂，喷涂颜色可由招标人指定。
数字式网络子钟的安装可吊挂、壁挂、装于支柱上等。
可控倒计时功能，控制中心设置倒计时参数，并控制时钟进入倒计时状态。
数字式网络子钟的技术性能指标：
LED显示单元发光强度：≥200cd/㎡
对比度：≥10：1
LED显示屏可视视角：≥±65º
LED显示屏MTBF：≥30000小时
独立计时精度：≤±0.2秒/天
环境要求：工作温度0～＋50℃
电源电压：220V±10％
电源频率：50Hz±5%
