北斗授時系統(tǒng)在軍隊院校中的應(yīng)用

趙宇希

摘 要 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由我國自主研發(fā)建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，國內(nèi)的各個領(lǐng)域都已經(jīng)廣泛地享受到其提供的高質(zhì)量服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供高精度和高可靠性的授時服務(wù)。軍隊院校作為教育機構(gòu)和國防單位，雖然不是一線作戰(zhàn)單位，但是仍對校園專網(wǎng)內(nèi)設(shè)備時鐘同步有著較高的要求，因此在軍隊院校內(nèi)部署北斗授時系統(tǒng)具有重要的意義。

關(guān)鍵詞 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 北斗授時 軍隊院校

中圖分類號：TN96;E25 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）11-0053-02

1 北斗授時系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來，隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建成并開始提供服務(wù)，北斗授時和其應(yīng)用技術(shù)研究也進入了快速發(fā)展階段。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由中國自主研發(fā)建設(shè)，它的優(yōu)勢就是使用三頻信號，使用了地球同步軌道衛(wèi)星。地球同步軌道衛(wèi)星的優(yōu)勢就是在國內(nèi)整個區(qū)域內(nèi)的授時誤差相差不大，最重要的是隨著時間推移，誤差變化的速度也相對緩慢，授時穩(wěn)定性在時間上和空間上都能保持較高質(zhì)量。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供授時服務(wù)的原理是利用時間差測距。通常授時方法分為兩種，一種是自主定位授時，包括RDSS雙向授時方法和RNSS系統(tǒng)授時方法兩種。這種方式下用戶終端不清楚自身位置，而是通過測量無線電信號從北斗衛(wèi)星到終端的傳播的大概時間，通過運用數(shù)學(xué)方程運算解析得到準(zhǔn)確的時間和用戶的詳細(xì)位置;另外一種是用戶知道自身位置情況下的授時，又稱RDSS單向授時方法，用戶在已經(jīng)知道自身位置的前提下接收由地面測量控制中心發(fā)出、經(jīng)GEO衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的無線電信號，用戶設(shè)備通過計算衛(wèi)星和用戶的精準(zhǔn)時差，根據(jù)信號播發(fā)時間來得到終端本地時間[1]。RNSS授時方法是適用范圍最廣、發(fā)展前景最大的授時方法。未來北斗授時應(yīng)用、北斗和5G聯(lián)合授時應(yīng)用、北斗和地基授時的融合發(fā)展、北斗授時的安全可靠性研究等都將是重要的研究發(fā)展方向。

2020年7月31日，在人民大會堂，習(xí)近平總書記向全世界莊嚴(yán)宣布正式開通北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這意味著北斗開啟了為全球提供服務(wù)的新篇章。我國的北斗三代系統(tǒng)和美國的GPS、歐盟的Galileo、俄羅斯的GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具備有獨特的性能和特點。如在區(qū)域范圍內(nèi)能提供單次大于1000漢字、在全球范圍內(nèi)能提供單次40漢字的短報文和通信能力;采用了我國獨立研發(fā)和生產(chǎn)的氫原子鐘和銣原子鐘，這兩種子鐘有著更高的精度和更高的穩(wěn)定度，時鐘穩(wěn)定度能夠提高整整10倍;采用了星間鏈路，35顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星可以通過星間鏈路相互測距和校時，保證在出現(xiàn)地面站全部失效的極端情況下精準(zhǔn)定位和授時服務(wù)也能繼續(xù)提供，實現(xiàn)自主導(dǎo)航，提高北斗系統(tǒng)的安全可靠性;具有的雙向授時功能等能將授時的精度大幅度提高。從關(guān)鍵部位的元器件到衛(wèi)星上搭載的產(chǎn)品，北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)百分百國產(chǎn)化，完全自主可控，原來受制于人的被動局面已經(jīng)一去不復(fù)返。未來北斗系統(tǒng)必將為全球提供更高質(zhì)量、更穩(wěn)定和更安全的授時服務(wù)。

2 軍隊院校應(yīng)用北斗授時系統(tǒng)需求分析

軍隊院校作為涉密單位對網(wǎng)絡(luò)安全有著很高的要求，都建設(shè)了自己的校園專網(wǎng)，并通過出口路由和軍事綜合信息網(wǎng)連接，與互聯(lián)網(wǎng)形成了物理隔離。隨著數(shù)字校園和智慧校園建設(shè)的開展，校園內(nèi)使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器日益增多，如果無法保證網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備時鐘同步，將會帶來意想不到的嚴(yán)重后果。作為軍隊院校，講究服從命令、令行禁止，如果校園內(nèi)發(fā)布緊急的通知，因為時間不一致將無法把信息及時傳遞落實到位，會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果;校園內(nèi)的機關(guān)樓、教學(xué)樓教室、學(xué)員宿舍、圖書館等場所如果時鐘信息不一致，會導(dǎo)致師生工作無法協(xié)同，考場內(nèi)時鐘不一致將在重要考試時影響考生發(fā)揮真實水平，從而影響教學(xué)評估;作為軍隊院校，校園安全問題重中之重。隨著安全校園的建設(shè)，學(xué)校已經(jīng)部署了一套完備的安防監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對校園的360度無死角全天候監(jiān)控，而如果監(jiān)控系統(tǒng)中視頻管理平臺、硬盤錄像機等設(shè)備的時間顯示不正確，長時間運行后產(chǎn)生較大的時間誤差，萬一出現(xiàn)校園安全問題，將會嚴(yán)重影響營區(qū)內(nèi)安全管理工作的開展。

在軍隊院校改革重組的背景下，習(xí)近平主席提出要大力開展實戰(zhàn)化教學(xué)。軍隊院校旨在為國家的國防事業(yè)培育和輸送人才，這就要求在教育教學(xué)中不能拘泥于課本上的知識和理論，而是要貼近實戰(zhàn)。那么當(dāng)教學(xué)以實戰(zhàn)和實際應(yīng)用為目的，當(dāng)課堂變成戰(zhàn)場，當(dāng)課堂從室內(nèi)走向室外，這就對教學(xué)設(shè)施設(shè)備和教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境提出了更高的要求。也就是說，要提升當(dāng)前院校實戰(zhàn)化教學(xué)水平，最關(guān)鍵的在于要下功夫和心思建設(shè)貼近實戰(zhàn)的教學(xué)環(huán)境[2]，而建設(shè)貼近實戰(zhàn)的教學(xué)環(huán)境對校園數(shù)字化、信息化、智能化提出了更高的要求。為保障教學(xué)的順利開展，校園內(nèi)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備時鐘走時必須更精確、誤差必須更細(xì)微。作為我國自主研發(fā)建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗脫離國外技術(shù)的限制，提供安全可靠的服務(wù)。將北斗授時技術(shù)應(yīng)用于軍隊院校，有利于提高校園信息安全，提高師生工作效率和教學(xué)成果質(zhì)量，保證學(xué)校正常的教學(xué)和生活秩序，為國防現(xiàn)代化事業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3 軍隊院校北斗授時系統(tǒng)應(yīng)用方案

3.1 在學(xué)校數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)安裝NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器

數(shù)據(jù)中心機房作為一個屏蔽機房，滿足保密要求，同時數(shù)據(jù)中心機房作為學(xué)校數(shù)據(jù)資源處理、存儲、傳輸、交換和管理的中心，滿足NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器的安裝要求。NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器應(yīng)架設(shè)在通風(fēng)良好，溫濕度適宜的機柜內(nèi)，同時為保證服務(wù)器正常工作和保護其性能，將網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器的電源連接到UPS室內(nèi)的UPS穩(wěn)壓電源上，實現(xiàn)市電和UPS雙路供電，防止出現(xiàn)斷電導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓的情況。衛(wèi)星信號接收天線連接到NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器設(shè)備的ANT接口端，用于接收北斗衛(wèi)星實時同步信號。接收天線應(yīng)安裝在室外空曠處，周圍沒有明顯遮擋物，平行于水平面，確保固定安裝在基座上緊固不松動，同時要遠(yuǎn)離高壓輸電線和強電場的干擾，并安裝避雷器，做好避雷器的防水措施。用直通網(wǎng)線將服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)接口連接到數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的交換機上。NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器能接收來自北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號[3]，同時該網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器能同時支持NTP和SNTP兩種網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議，這樣在同一個局域網(wǎng)中，NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器通過NTP或SNTP協(xié)議將時間信息傳遞給子網(wǎng)內(nèi)的其他主機，實現(xiàn)時鐘同步。通過交換機的網(wǎng)口與數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)教育教學(xué)管理系統(tǒng)服務(wù)器、智慧教室服務(wù)器、云桌面服務(wù)器、警訊通服務(wù)器、校園網(wǎng)站群服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等其他各個子系統(tǒng)的服務(wù)器相連，提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號，實現(xiàn)所有接入校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時鐘同步。在NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器面板上，能夠顯示衛(wèi)星時間、鎖定衛(wèi)星顆數(shù)、衛(wèi)星狀態(tài)、經(jīng)緯度、高度、各網(wǎng)卡的IP地址、各網(wǎng)卡的子網(wǎng)掩碼、系統(tǒng)工作狀態(tài)、版本號等。同時幾個LED指示燈能實時查看設(shè)備狀態(tài)，如REF指示燈亮，代表設(shè)備鎖定衛(wèi)星，指示燈滅代表設(shè)備失鎖衛(wèi)星;當(dāng)NTP指示燈亮，代表此時設(shè)備NTP服務(wù)具備授時功能;ALM指示燈作為告警提示，當(dāng)設(shè)備衛(wèi)星失鎖或NTP授時異常時就會亮燈提醒。面板上的VGA接口用于連接顯示器，方面后期調(diào)試配置NTP授時系統(tǒng);1PPS接口和TOD接口作為高精度時間同步接口;USB接口可以用來對NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器進行數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)和系統(tǒng)升級等;RJ45網(wǎng)絡(luò)接口用于連接直通網(wǎng)線，同時還配備有可擴展網(wǎng)口。為方便對整個系統(tǒng)進行管理，要在高性能計算機上配置一套網(wǎng)管軟件，該軟件可以在windows系統(tǒng)下運行。這套網(wǎng)管軟件能實時監(jiān)測整個時鐘系統(tǒng)的運行狀態(tài)，在發(fā)生故障時能通過發(fā)出報警信息引起管理人員注意，保證故障及時解決。同時在時鐘監(jiān)控主機上可以查看任一子鐘的運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對子鐘的實時監(jiān)控，能夠及時處理故障信息，方便后期對母鐘和各子鐘的維護。

3.2 在教室內(nèi)配置網(wǎng)絡(luò)子鐘

網(wǎng)絡(luò)子鐘統(tǒng)一采用圓形單面指針式樣式，款式簡單大方。通過環(huán)境改造，布設(shè)低煙低鹵阻燃的六類屏蔽雙絞線和電源線，要求走線美觀、安全，滿足安裝網(wǎng)絡(luò)子鐘的必備環(huán)境條件。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)子鐘安裝位置，給每一臺網(wǎng)絡(luò)子鐘分配IP地址，使子鐘通過RJ45以太網(wǎng)口接入校園網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)子鐘作為一個獨立的終端，既可以脫離NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器自主獨立運行，又能主動發(fā)送時間同步信號請求給NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器接收到子鐘的請求后自動響應(yīng)，實現(xiàn)時間同步工作并對其進行實時校對。

3.3 在其他教學(xué)辦公場所如機關(guān)樓會議室、圖書館、體育館、禮堂、報告廳、值班室等安裝網(wǎng)絡(luò)子鐘

網(wǎng)絡(luò)子鐘采取單面數(shù)字萬年歷的樣式，醒目簡潔，可顯示年月日星期時分秒。其中體育館作為校內(nèi)承擔(dān)各類文體比賽的場所，必須要為參賽人員提供倒計時時間，這就要求子鐘有倒計時信號，在倒計時子鐘顯示端利用紅外遙控器的方式調(diào)節(jié)倒計時設(shè)置。通過網(wǎng)管軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)計算機點對點控制，可以對系統(tǒng)內(nèi)任意一臺網(wǎng)絡(luò)子鐘進行時間校對、時間停止、時間復(fù)位、追時、時間設(shè)置等必要的操作。NTP網(wǎng)絡(luò)時鐘服務(wù)器和分布在各個場所的網(wǎng)絡(luò)子鐘相互之間通過六類屏蔽雙絞線相連接，整個系統(tǒng)是分布式的結(jié)構(gòu)，這樣系統(tǒng)中如果有任意一臺子鐘發(fā)生故障都不會影響其他子鐘的正常運行。

4 結(jié)語

通過部署北斗授時系統(tǒng)，能夠為校園提供可靠精準(zhǔn)的時間，不僅大大提升師生工作學(xué)習(xí)效率，也為建設(shè)貼近實戰(zhàn)化的教學(xué)訓(xùn)練環(huán)境、提升校園數(shù)字化智能化、開展“十四五”規(guī)劃項目提供了有力保障。

參考文獻：

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