民航时钟同步系统

民航时钟同步系统

吴筱

关键词:四维飞行GPS导航民航时钟

引言

近年来航空业有了突飞猛进的发展，但是航空事故也在不断发生，为了提高飞行的安全性和经济性，优化飞机的飞行管理系统是很有必要的，飞行性能数据的计算是飞行管理系统的一部分，了解飞机的飞行性能数据的计算才能实时的知道飞机的飞行状态，这样可以节省大量的燃油消耗，并且可以按照空中交通管制规定的时间精确的到达指定地点。这样不仅可有效地缓和机场空域的拥挤，提高机场吞吐能力，而且能大大减轻飞行员和ATC管制人员的工作负荷。

1.时钟同步的定义

同步是指两个或者两个以上信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，就是它们的有效瞬间其频率差或者相位差在约定的容许范围内。

时钟同步系统的基本功能是准确地将同步信息从基站时钟向同步系统的各节点传递，从而调节网中各时钟，建立并保持同步，以满足各节点设备所需要的传输性能要求，使通过网内各节点设备的数据正确有效地传送与交换。

2.民航时钟同步系统的必要性

随着民航事业的快速发展，空管部门大规模的通信网络和计算机网络也得到了迅速发展。时钟同步系统作为通信和网络的支柱，主要用来处理传输设备各部分、各转接通信段之间以及传输设备与交换设备和交换设备与交换设备之间的同步问题。在网络中，同步时整个网络的基础。网络若无良好的同步，数字信息的传递就不可避免地会出现误码、滑码等现象。根据承载业务和信息的不同，误码、滑码的影响程度也大不相同，对语音会造成时延和抖动增大、音质变差；对数据业务会使丢包率、掉线率变高，传输效率降低；对视频业务会出现花屏和伴音中断等现象，根本无法保证业务质量，对民航的飞行安全将造成不同程度的影响。

民航对雷达数据和话音的记录和同步回放的要求越来越高，需要有一套精确的时钟系统，供各地的话音、雷达数据设备以及记录设备使用，才能保证数据的同步性。同时各类空管、通信导航和气象设备也需要使用统一的时钟系统，避免由于时钟不一致而引起的错误。

3.国内外时钟同步网的发展状况

我国从九十年代开始同步网的研究、规划和建设工作。目前，国内的几个大电信运营商都将数字同步网作为电信网的支撑网之一，为电信网内需要同步的电信设备提供了高质量的定时信号，对电信网的正常、稳定运行起到了巨大的支撑作用。

世界各国在大型网络的建设中普遍建设了时钟同步网以确保网络的运行质量。ITU(InternationalTelecommunicationUnion)从1996年开始，对数字同步网提出了一系列的建议,我国也逐步制定了一些国标和部标，包括通信行业标准等。

4.时钟同步系统的结构

时钟同步系统主要由基准时钟PRC（primaryreferenceclock）、各级大楼综合时钟供给设备BITS(buildingintegratedtimingsystem)、传输链路及网管监控系统等四个基本部分组成。

4.1基准时钟PRC

基准时钟PRC是指为全网络提供的最高精度等级的时钟，不受外界因素的干扰，独立地为时钟同步系统提供定时信号。技术规范参照ITU-TG.811标准。PRC作为全网络的始终基准，仅设置在最核心的通信机房内，一般可采用精确但较为昂贵的铯原子钟。基准时钟也可以采用较为便宜的基于美国全球定位系统GPS（或者俄罗斯的GLONASS系统）技术的GPS+BITS方案，但不建议采用。

4.2大楼定时供给系统BITS

大楼定时供给系统BITS通常设在指定的有大量数字设备的机房内，跟踪上级时钟PRC，并输出定时信号给节点内的数字设备。BITS技术参数一般参照ITU-TG.812标准。其实现方法可采用铷原子钟或高级石英钟。BITS在正常工作状态(跟踪状态)下，内部时钟(从钟)受上级参考信号的控制。由于上级同步设备输出的定时信号通过传输到达本级BITS，作为输入信号，必然产生不同程度的损伤。因此，通过BITS内部高质量的时钟，对由于传输引起的抖动有过滤作用，使输出信号的质量得到了保证。

4.3传输链路

同步基准时钟建设完成后，需通过传输链路将基准时钟的定时信号传递给网络中每一个需要时钟的数字设备。我国一般电信运营商的同步网中的同步数字信号是经PDH2Mbps电路以及SDHSTMN线路传送的。因SDH指针调节引起所承载的数字流抖动与漂移太大，故经SDH传送的2Mbps支路不宣传送和提取时钟信号。

目前在建的民航ATM网络中，有网络时钟分发功能，民航可以通过该网络，同时解决时钟同步系统的传输链路问题。

4.4网管监控系统

网管是整个时钟同步网监控管理的核心，通过网管软件对整个网络进行统一的管理、监控和维护。

5.基于4D航迹的民航时钟同步系统的建设方案

通过以上的分析，可以看出合理地建立同步时钟系统有两个决定性的方面：一是时钟站点的等级及其布置；二是时钟信号的传输和提取利用。结合民航的特点，就数字同步系统的建设提出两种设想：

5.1建设独立的民航时钟同步系统

建设独立的民航时钟同步系统，可以根据自上而下、由高至低的原则分步建设，按照民航空管系统的实际情况，可概括为总体规划、分层建设和分步实施。

在北京和上海(或其他主要城市)两地分别设置铯钟组作为时钟源的全网基准时钟(PRC)，在各地区空管局建立一套由受控铷钟(GPS)为时钟源的区域基准钟(LPR)。

LPR的主用基准时钟来自PRC，备用基准时钟来自GPS，反之亦可。使用主用基准时钟形成以各地区空管局为一同步区的混合同步网，各LPR经地面数字链路直接同步于PRC，形成全网等级的主从同步网。

时钟同步网就分为三级：一级节点采用基准钟；二、三级节点分别采用二、三级同步节点钟。根据民航业务特点，采用三级时钟同步网比较经济，功能上也能满足要求。在同一机房内可能安装有不同的设备，通过BITS系统，将定时频率和相位传递给所有的设备。

5.2建设基于电信运营商同步网的民航时钟同步系统

近几年来，电信运营商的同步网已经成为主要支撑网之一，中国电信、中国联通、中国网通、中国电力、铁通等都建设了大规模的同步网。以中国电信为例，在北京和武汉建立了两个高精度基准钟PRC，在沈阳等七个省会城市建立了区域基准钟LPR，同时在很多城市建立了BITS设备，形成了覆盖全国所有省会局的数字同步骨干网，和各省的本地数字同步网。

民航可以利用已建成的电信运营商的同步网，引接电信运营商的本地各级时钟至民航机房内，经过BITS系统后，提供给民航设备使用。该方案相对比较经济，但对电信运营商的时钟系统依赖较大，而且目前电信运营商还没有对外开放该业务。

结论

全世界的航空都处于一个担负了来自大众和政府降低对环境影响所带来的高度压力的新时期。所以正确的能够贯彻4D空中交通管理系统的概念的提出显得尤为重要。要满足4D区域导航的航路设备要求可以有多种方案，比较先进的GPS系统和传统的DME/VOR,惯导等搭配上时统系统都可以满足4D区域导航的航路设备环境要求。