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航空导航与控制

精确授时确保准确的飞行导航和高效的空中交通 控制,提升航空业安全。

精确性定时的重要性
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空中交通的时间复杂性

空中交通管理需要精确的时间把控,才能确保众多飞机在共享空域内安全协调飞行。

实时数据交换

飞机与地面系统之间的实时通信对于避免延误与错误至关重要。

导航系统的同步

先进的航空电子设备和卫星导航需要强大的同步功能来维持全球航线的完整性。

航空挑战​
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全球导航卫星系统 (GNSS) 信号脆弱性

GNSS 信号易受干扰和欺骗攻击,从而影响授时和导航精度。

关键系统风险

GNSS 信号受损可能导致需要可靠授时的关键航空和国防行动出现故障。

缓解策略

为应对 GNSS 信号脆弱性,必须采用替代授时源和强大的安全措施来维持运行的连续性。

全球导航卫星系统漏洞
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GNSS独立解决方案

安全授时技术与GNSS无关的方法减少漏洞和增强可靠性。

冗余的定时架构

冗余定时架构通过提供备份和故障转移来确保持续准确性。

加密协议

加密协议保护数据完整性和定间安全性信息免受网络​威胁。

安全定时技术
我们严重依赖全球导航卫星系统(GNSS)——这非常脆弱
全球导航卫星系统定时信号退化的原因
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美国国土安全部(DHS) : GPS是单点故障风险源,对于定位、导航和授时(PNT)服务而言不可靠。
GNSS干扰/欺骗事件确实令人担忧
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全球GNSS干扰/哄骗事件呈上升趋势
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GNSS是免费服务,但它真的免费吗?
干扰/欺骗活动增多——对航空业构成威胁
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空中交通管制依赖于精确可靠的计时。 为了

• ADS-B(<1 µs), MLAT (<50–100 ns),雷达(<1–10 微秒)

• 语音/数据系统:毫秒准确性

• 自动化与FDPS:确定性时间戳

• 法定记录时间: UTC可追溯

总结:高精度、冗余性强、完整性

ADS-B (自动相关监视广播)是一种利用GPS的监视技术,它允许飞机自动向空中交通管制(ATC)广播其位置、高度和其他数据。

多点定位(MLAT )是一种空中交通管制技术 (空中交通管制)技术,通过计算飞机应答器信号到达多个地面站的时间差(TDOA)来确定飞机的位置。

ATC时间同步要求
时间同步丢失会严重影响空中交通管制运行,并危及飞行安全。

其后果包括:

• 飞机视线受阻

• 雷达/航迹信息错误

• 通信故障

• 法律记录不完整

• 无法保持间隔

• 空域可能关闭

如果空中交通管制失去精确时间,飞机位置将变得不可靠,自动化工具将失效,通信质量下降,调查也将无法进行。因此,弹性授时(铯原子钟+全球导航卫星系统+PTP+监控)至关重要。

空中交通管制中的时间同步丢失概括
同步丢失的影响及空中交通管制的推荐架构
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需要进行GNSS干扰和欺骗检测
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空中交通管制需要实时保护:

• 检测时间跳跃、漂移、 干涉

• 自动切换到 备份

• 防止传播已损坏的时间

益处:完整、安全、不间断操作
原子钟保护的空中交通管制系统能做什么

配备以下设备的空中交通管制中心:增强型主参考时钟( ePRTC )、铯原子钟、独立于全球导航卫星系统 (GNSS) 的时间源

即使GNSS受到干扰,雷达、 ADS-B、 VCS、 ATC自动化等设备的PTP授时仍能保持完全运行。 或者遭到地面哄骗。

这确保:

• 空中交通管制雷达航迹保持一致

• ADS-B地面接收器保持时间戳精确

• 空中交通管制语音和数据网络仍然同步

• 安全关键型空中交通管制功能未发生劣化

• 管制员仍然可以看到有效的监视信息,并且可以管理飞机安全

这在GNSS中断期间尤为重要。

受原子钟保护的空中交通管制系统不能做什么

即使地面原子钟计时完美无瑕 :

• 也无法校正飞机上接收到的 GPS/GNSS 信号

• 无法防止飞机自身的 GNSS 接收器受到干扰。

• 无法阻止欺骗性 GNSS 信号误导飞机

• 无法恢复飞机内部的导航精度

原子钟保护的空中交通管制系统能否保护飞机免受全球导航卫星系统干扰或欺骗?
但空中交通管制的时机选择确实有助于保护整个航空安全系统。

即使飞机GNSS系统失效,地面系统仍然可以:

• 提供雷达间隔;提供程序间隔

• 识别可疑的飞机位置报告

• 更快地检测欺骗行为

• 通过备用模式维持安全运行

原子钟= 独立于全球导航卫星系统 (GNSS) 的精度 =空中交通管制(ATC) 的可靠性=安全的连续性。

因此,许多空中导航服务提供商(FAA、EUROCONTROL、CAAS、JCAB)正在转向:

• 地面备份

• 采用铯原子钟的增强型程序控制中心(ePRTC)

• 多频段GNSS监测

• ADS-B和雷达交叉检查

• 时间分布加固

总结

原子钟空中交通管制保护的是空中交通管制系统,而非飞机导航系统。即使飞机失去GNSS信号,空中交通管制仍然可以继续安全地管理飞机

这可以防止事故发生,保持态势感知,并确保管制员能够使用雷达和语音引导飞行员。

所以,是的,它提高了整体安全性。
欺骗检测——机场、关键基础设施地点

• OSA 5405是一款能够检测干扰/欺骗的智能系统。

• 它配备两个GNSS接收器——一个配置为固定模式,位置信息需要手动输入,另一个GNSS接收器配置为测量模式,可从跟踪的卫星获取位置信息。

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RFID行李系统
• RFID系统提供行李单件级信息的实时视图,并为行李处理系统提供更强大的自动化解决方案,从而可以集成更多增值服务。为指定旅客提供准确的时间信息,对时间的精确性要求日益提高。
• 由于大多数行李处理系统出于安全考虑,通常使用与ATM机独立的专用/隔离的局域网,因此需要一个独立的时钟源来提供系统所需的所有时间信息。
• 网络中的专用NTP服务器将作为一级服务器,为所有行李处理组件提供最高的时间精度。
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监控摄像头系统
• 时间不准确会导致视频缺失或无法作为证据。
• 摄像头和服务器通常使用默认设置,与不同的时间源同步,甚至根本没有同步。在监控网络中设置合适的计时服务器可以预防或减轻潜在的灾难性问题。
• 许多DVR系统基于PC,而PC时钟的漂移问题众所周知。
• 闭路电视录像几乎无法作为证据,因为无法证明录像中的时间是正确的。
• 高安全性的视频监控系统通常不直接连接到互联网,而是位于封闭网络中,因此需要自己的计时服务器,以便将准确的时间分发到网络内的所有网络设备。
• 几乎所有IP闭路电视摄像头和安全传感器都已配备NTP客户端软件,可以从位于网络内的NTP服务器(第一层)接收正确的时间信息。
广域增强系统/星基增强系统/地基增强系统

• 用于增强系统的 GPS 接收器需要来自铯原子钟的稳定且精确的 10MHz 频率参考,以进行 GNSS 误差校正。

• 在 GPS 故障时提供短时保持性能。

• 有助于恢复约 7.6 米的精确位置精度。

WAAS的主要功能包括

• 确定电离层修正

• 确定卫星轨道

• 使用铯原子钟参考确定卫星时钟修正

• 确定卫星完整性

• 独立数据验证

• SBAS 消息广播和测距

• 系统运行与维护

增强系统中对铯原子钟的需求
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