京準電力系統衛星時空信號安全防護隔離裝置

京準電力系統衛星時空信號安全防護隔離裝置

1、主要特點
★信號加固功能：
GPS/BDS單系統信號拒止情況下（包含受到GPS L1欺騙干擾、GPS L1壓制干擾、BDS B1欺騙干擾、BDS B1壓制干擾），能夠繼續保持安全信號正常輸出，信號精度≤100ns；
當所有衛星導航信號全都被拒止的條件下，提供安全信號輸出，信號精度≤500ns，維持時間≥1小時。
★設備安全功能：
支持天線的開路、短路檢測，保證設備使用安全；
★安全隔離功能：
具備GPS、BDS信號隔離功能，可及時對干擾信號（GPS L1欺騙干擾、GPS L1壓制干擾、BDS B1欺騙干擾、BDS B1壓制干擾等）進行隔離，不影響授時系統安全。
★抗干擾防欺騙功能：
具備抗壓制干擾和欺騙干擾，可對欺騙干擾信號進行有效檢測與識別。
★監測功能：
衛星信號實時監測——全天候監測所接收的衛星導航信號質量，分析其授時服務完好性和可用性；
信號異常及時告警——導航衛星不可用（如國家區域保護、GPS服務關閉等）、質量降低（如干擾等）時，以指示燈和標準數據方式給出告警；
授時精度實時監測——可外接1PPS輸入，對輸入信號及衛星授時信號精度進行比對監測。
具備可視化監控界面——可對設備工況進行實時顯示，并將異常情況以日志形勢進行上報，支持按照電力標準協議進行上報
設備具備液晶顯示屏——可顯示設備工況、生成信號監測，衛星信號監測等情況
2、主要功能
衛星接收功能：BDS B1I、GPS L1CA；
干擾檢測及告警：檢測到底噪提高后及時告警；
欺騙檢測及告警：判斷、識別欺騙信號并告警；
饋線檢測及告警：實時檢測饋線是否存在開路、短路及損耗過大等異常情況并發出告警；
饋線短路保護功能：饋線長期處于短路狀態時，不損壞設備內部器件；
退出無礙：失電或故障時，衛星信號正常通過，不影響后級設備運行；
無縫轉換：生成信號可實現輸入GPS信號、輸出BDS信號或輸入BDS信號、輸出GPS信號的無縫轉換，原授時系統無感知；
同步保持：生成信號可對天與真實導航信號保持同步，為后端設備提供高精度授時信號；
拒止維持：衛星導航信號拒止時，自主為現有BDS/GPS授時系統提供不中斷的授時服務；
頻點隔離：及時將欺騙、干擾信號（GPS欺騙、GPS壓制干擾、BDS欺騙、BDS壓制干擾等）隔離，保證生成信號不受影響；
遠程監控：遠程 Web 界面監控設備工作狀態，設置工作參數；
告警指示：指示燈包括電源狀態指示、授時狀態指示、PPS狀態指示、北斗天線故障指示、北斗信號通斷指示、北斗信號生成狀態指示、北斗信號干擾指示、北斗信號欺騙指示、GPS天線故障指示、GPS信號通斷指示、GPS信號生成狀態指示、GPS信號干擾指示、GPS信號欺騙指示；
告警接點控制：通過干接點輸出裝置失電告警、裝置輸入信號/模塊異常告警、輸出BDS信號狀態、輸出GPS信號狀態；

3、主要指標
工作頻段：接收/輸出頻段BDS+GPS
授時精度：100ns
告警時間：小于10s
告警解除時間：小于30s
維持能力：≤500ns@6小時
信號功率：-130dBm至-70dBm
工作溫度：-30℃至+70℃（主機室內安裝）
供電電壓：雙電源供電，AC/DC 220V

4、設備接口
衛星信號輸入：2路BNC
安全信號輸出：2路BNC
1PPS時間輸出：1路BNC
10MHz輸出：1路BNC
管理接口：RJ45網口
調試接口：具備獨立的CONSOLE及RJ45調試接口；
設備尺寸：19寸機箱，1U
重量：≤5kg
功耗：≤40W

5、設備詳細介紹

6.1接口
6.1.1顯示屏
1）第一頁說明

圖2 顯示屏第一頁
第一行顯示北京時間；
第二行顯示天線1的電流檢測和狀態，天線狀態見表2，射頻輸出通斷狀態見表3；
第三行顯示天線2的電流檢測和狀態，天線狀態見表2，射頻輸出通斷狀態見表3；
第四行顯示BDS和GPS的可用衛星數目，以及告警狀態，告警狀態見表4。
表2 天線狀態
序號 狀態 定義
1 normal 正常
2 open 開路
3 short 短路
表3 射頻輸出通斷狀態
序號 狀態 定義
1 on 連通
2 off 關斷
表4 導航信號告警狀態
序號 狀態 定義
1 NS 未捕獲到衛星
2 AT 正常
3 SP 欺騙
4 JM 干擾
5 SJ 欺騙+干擾

2）第二頁說明

圖3 顯示屏第二頁
第一行顯示北京時間；
第二行顯示原子鐘的狀態，詳情見授時設備狀態（表5，標準產品不配備原子鐘）；
第三行顯示恒溫晶振的狀態，詳情見授時設備狀態（表5）；
第四行顯示pps授時誤差，授時模塊與恒溫晶振本身的pps偏差，拒止維持守時階段該值無效。
表5 授時設備狀態
序號 狀態 定義
1 offline 未檢測到設備
2 undo 未授時
3 syncing（首次開機時） 馴服中
4 syncing（衛星信號恢復正常后） 淺馴服
5 synced（首次開機馴服完成后） 同步保持
6 synced（拒止維持恢復到同步保持狀態） 深馴服
7 time-keeping 拒止維持
8 warning 設備由拒止維持恢復到同步保持狀態前，若再次出現信號被全部拒止情況，則設備會出現warning狀態。warning狀態下的設備處于拒止維持狀態，安全信號輸出不受影響，且可以在信號拒止情況消失后自動恢復。該狀態僅對短時間內多次信號拒止情況做出風險提示，提醒用戶排查異常干擾情況，不代表設備信號輸出或工作模式出現異常。

3）第三頁說明

圖4 顯示屏第三頁
第一行顯示北京時間；
第二行顯示授時設備軟件版本號；
第三行顯示授時設備IP；
第四行顯示授時設備主芯片溫度。
6.1.2指示燈

圖5 指示燈
指示燈詳細狀態指示如下表6所示。

表6 指示燈狀態
指示燈 燈光狀態 指示狀態
授時 紅燈常亮 未授時
綠燈常亮 GNSS模塊完成授時

1PPS
紅燈常亮 首次開機時：正在初始化
信號拒止情況恢復后：設備已恢復到同步保持狀態，信號輸出正常，晶振處于淺馴服狀態
綠燈閃爍 恒溫晶振/原子鐘守時中，有安全信號和1PPS輸出
綠燈常亮 恒溫晶振/原子鐘馴服完成，有安全信號1PPS輸出
天線 紅燈常亮 衛星導航天線開路/短路告警
綠燈常亮 衛星導航天線工作正常
通斷
（僅在通斷模式下啟用） 紅燈常亮 衛星導航信號輸出關斷
綠燈常亮 衛星導航信號輸出連通
燈熄滅 切換到生成信號輸出
生成 紅燈常亮 生成信號未輸出
BDS綠燈常亮 生成信號正在輸出
燈熄滅 切換到衛星導航信號通斷模式
干擾 紅燈常亮 干擾告警
燈熄滅 無干擾告警
欺騙 紅燈常亮 欺騙告警
燈熄滅 無欺騙告警

6.1.3 裝置接口
1）前面板

圖6 前面板
NTP口作用同Console口，只是接口類型上的區別。ETH0口為網口，出廠默認IP為：192.168.42.120，還可以作為NTP Server實現網絡授時，可根據用戶需求開放此功能。
Console口是串口格式，波特率115200，數據位8bits，停止位1bit，校驗位無；目前主要用于設備調試。
2）后面板

圖7 后面板
（1）干接點接口
干接點接口兩個一組，一共四組，從左到右分別是電源PWR、告警ALM、BDS狀態和GPS狀態。每組干接點狀態斷開表示正常，閉合表示異常告警。常閉接點，額定電壓50V，額定功率25W。
干接點 狀態
PWR 電源失電告警常閉接點
ALM 整機、模塊、天線檢測等異常告警常閉接點
BDS 北斗信號監測異常、不可用、干擾、欺騙等異常告警常閉接點
GPS GPS信號監測異常、不可用、干擾、欺騙等異常告警常閉接點
（2）ETH1接口
ETH1用于程序升級和防欺騙參數控制，出廠默認IP為：192.168.42.100。
（3）ETH2接口
保留網口，根據用戶需求開發特殊功能。
（4）1PPS接口
輸出1PPS秒脈沖信號，默認脈寬100ms，上升沿有效，TTL電平。
（5）10MHz接口
輸出10MHz時鐘正弦波信號。
（6）BDS輸出和GPS輸出接口
默認情況下BDS輸出接口輸出BDS安全信號，GPS輸出接口GPS安全信號，可通過web界面控制安全信號輸出為BDS、GPS或BDS+GPS混合信號三種模式。另外，在通斷模式下啊，BDS輸出、GPS輸出接口也可以作為信號直連轉發接口，在欺騙干擾存在時對相應接口信號進行阻斷。
（7）BDS輸入和GPS輸入接口
支持雙天線、單天線兩種工作模式，雙天線情況下BDS輸入接口和GPS輸入接口分別為BDS天線輸入和GPS天線輸入；單天線工作模式下，可接入BDS輸入接口，同時對BDS、GPS雙系統信號進行保護。
（8）常用電源和備用電源接口
常用電源和備用電源為冗余熱備，每個電源都是交流、直流自適應、110V/220V自適應。
（9）接地端子
接地端子為直流接口，可通過接地M3螺釘，壓環，接入機柜地線。
6.2 安裝說明
6.2.1導航天線安裝位置要求

圖8 導航天線安裝示意圖
1）導航天線應安裝在室外開闊的位置上，保證周圍較大的遮擋物（如樹木、鐵塔、樓房等）對天線的遮擋不超過30度，天線豎直向上的視角應大于120度。
2）為避免反射波的影響，導航天線應遠離周圍尺寸大于200mm的金屬物2m以上。
3）導航天線遠離其他發射設備（3m以上距離，如果發射功率大，適當增加隔離屏蔽），不要安裝在微波天線、高壓線纜的下方，避免其他發射天線的輻射方向對準導航天線。
4）雙天線安裝時要保持200mm以上的間距，兩根天線線纜盡量使用相同型號、相同長度，尤其長度差不要超過5m。
5）天線線纜不要太短導致受力壓迫，鋪設轉彎半徑不易過小；天線線纜不要太長，不要盤起，避免引起信號衰減。
6.2.2安全防護要求
1）導航天線固定位置必須放置在避雷針90°角保護范圍內，且水平距離2m以上。
2）推薦使用導航天線浪涌保護器，串接在天線饋線與設備之間，靠近設備一端。
3）安全隔離裝置采用雙電源供電，雙電源應該來自不同供電系統。
4）機箱后面板有接地端子，需要采用2mm2以上的接地線可靠接地。
5）機箱上下方至少留出1U的間隔，便于設備良好散熱。
6.3 使用說明
6.3.1設備連接

圖9 設備連接示意圖
通過web界面控制輸出信號為通斷模式時，BDS輸出的信號是經過通、斷控制的BDS輸入的衛星導航信號，GPS輸出的信號是經過通、斷控制的GPS輸入的衛星導航信號。
通過web界面控制輸出信號為生成模式時，BDS輸出的信號是生成的BDS導航信號，GPS輸出的信號是生成的GPS導航信號。
BDS天線和GPS天線線纜盡量使用相同型號、相同長度，避免二者功率相差太大影響防欺騙抗干擾性能。
如果BDS/GPS輸入信號需要使用功分器分為多路，使用多臺安全隔離裝置/接收機時，功分器必須使用無源功分器。如果使用有源功分器，需要確認功分的信號功率、信噪比是否相同，否則會影響安全隔離裝置的性能。
6.3.2上電檢查
天線和射頻線纜、電源和接地端子都正確連接完成后，首先進行上電檢查。
后面板每個電源插座旁都有一個開關，按下開關至“-”時，設備電源導通。開機系統啟動時間大約20s，系統啟動之后，顯示屏和指示燈點亮，然后觀察開機自檢狀態，天線檢測是否正常，收星是否正常。

圖11 WEB界面設備狀態信息
安全隔離狀態是設備各個子模塊的實時狀態顯示，包括：
1）電源模塊：可識別主電源和備用電源。
2）BDS輸入：檢測BDS輸入的天線狀態，包括正常、開路、短路三種狀態。
3）GPS輸入：檢測GPS輸入的天線狀態，包括正常、開路、短路三種狀態。
4）BDS輸出：BDS輸出信號狀態，分為信號生成、射頻轉發兩種狀態。信號生成：自主生成衛星導航信號。射頻轉發：轉發輸入的衛星導航信號。通過WEB界面配置模塊進行切換。
5）GPS輸出：GPS輸出信號狀態，分為信號生成、射頻轉發兩種狀態。信號生成：自主生成衛星導航信號。射頻轉發：轉發輸入的衛星導航信號。通過WEB界面配置模塊進行切換。
6）授時板卡：授時模塊的工作狀態，分為未定位、正在定位、已定位。
7）時鐘模塊：時鐘模塊的工作狀態，分為未馴服、正在馴服、已馴服、保持中。
8）信號生成：信號生成模塊的工作狀態，分為工作中、未工作(切換到射頻轉發模式)
9）BDS告警：BDS輸入信號狀態，分為正常、無信號、欺騙、干擾。
10）GPS告警：GPS輸入信號狀態，分為正常、無信號、欺騙、干擾。
GNSS信號接收狀態是設備收到的GNSS衛星信號的狀態，包括：
1）BDS衛星數：接收到BDS的衛星數。
2）GPS衛星數：接收到GPS的衛星數。
3）參考系統：授時模塊優先參考的導航系統。
4）經度、緯度、高度：為接收天線的當前位置。
GNSS信號生成狀態是設備輸出的生成的GNSS衛星信號的狀態，包括：
1）BDS衛星數：接收到BDS的衛星數。
2）GPS衛星數：接收到GPS的衛星數。
整機信息是設備的基本信息，包括：
1）本機IP：為設備現在的IP地址。
2）版本號：為該設備的版本號。
3）序列號：為該設備的產品序列號。
4.4.3 WEB界面配置
打開WEB界面配置頁面，如圖12所示。
1）整機IP地址：可更改隔離裝置的IP地址，更改完后重啟設備才能生效。
2）天線開路檢測閾值：電流檢測時，低于閾值為開路，高于閾值為正常。
3）BDS射頻輸出：可更改BDS輸出為射頻轉發導航信號、自主生成導航信號，更改完需要重啟設備才能生效。
4）GPS射頻輸出：可更改GPS輸出為射頻轉發導航信號、自主生成導航信號，更改完需要重啟設備才能生效。
5）PPS天線延遲：用戶標定完饋線線纜時延，可以直接填入數值（單位為：ns）。
6）PPS用戶延遲：設備自身PPS延遲（單位為：ns），出廠時已經完成標定。
7）GNSS配置：此設置為授時優先級，默認優先使用BDS、然后使用GPS。此配置不建議修改。
8）信號生成位置：經度、緯度、高度（立即生效）。當選擇自主生成導航信號時，更改該信號的位置信息。
9）信號生成-功率：更改信號生成功率，修改范圍為-130dB ~ -70dB。
10）信號生成-GNSS配置：可選擇輸出為單GPS信號、單BDS信號、GPS+BDS信號。
11）信號生成-信號延遲：可配置信號生成模塊的PPS延遲（單位為ns），出廠時已經完成標定。

圖12 WEB界面配置

4.4.4 WEB界面日志

圖13 日志界面
當模塊狀態發生變化時，變化狀態會計入日志中。
日志記錄包括：
?單頻點干擾/欺騙信號日志
?輸入天線狀態異常日志（開路、短路告警）
?輸出信號通、斷日志
?授時狀態（包含定位和PPS輸出狀態）
?生成板卡狀態
?電源狀態
?開機自檢狀態

審核編輯 黃宇