技术摘要：
本发明属于时统设备技术领域，公开一种自主可控多模抗干扰时统设备，包括时频信号接收机模块，多模信息融合模块，时间和频率处理模块，时间信号接口协议模块，接口转换模块，频率控制模块，人机交互模块，自检模块及电源模块；所述多模信息融合模块包括UTC处理子模块，  全部
背景技术：
时间频率作为一个重要的基本物理量在国民经济、国防建设和基础科学研究中起 着重要作用。时间统一设备（简称时统设备）是提供统一标准时间信号和标准频率信号的设 备。时间基准已经成为整个国家信息化建设的重要基础信息，高精度的时间服务在通信、网 络、金融证券、广电、电力、国防、航空航天、基础研究等领域有着广泛的应用需求。频率信号 是所有通信、网络和电子设备的必备信号；频率信号的准确性和稳定性对于这些系统和设 备性能起着至关重要的作用（2018年中国时间频率行业发展现状及发展前景分析;中国产 业信息网(http://www.chyxx.com/industry/201801/604269.html) ,2018年01月16日.）。 2019年7月14日，欧洲的伽利略卫星导航定位系统技术故障导致部分导航服务中断，就是因 为系统的时统出现了故障，导致整个系统的崩溃。 现阶段主要的授时方法主要包括短波授时、长波授时、星基授时方式、网络授时等 多种方式。其中采用卫星导航定位系统的星基授时模式，如北斗、GPS、Glonass来进行授时， 其授时精度高，可以达到50ns，授时响应时间短，一般小于2分钟，但其易受遮挡、干扰和欺 骗（张政治,贺振华,郑鹏宇;基于北斗系统的网络时间同步系统建设研究;第九届中国卫星 导航学术年会论文集;2018-05-23;哈尔滨.）。短波授时廉价而方便，年阻断率低，一般小于 0.13‰，精度只有±lms左右。长波授时覆盖能力比短波强，授时精度达到微秒量级，但是每 天只发播8小时，年阻断率较高。网络授时是基于国际互联网或者局域网的授时方式，局域 网授时精度可达1ms，国际互联网精度可达10ms，其特点是兼容互联网协议，终端无须其他 辅助设备。现阶段，市场上的时统设备绝大部分都是基于星基授时方式，网络授时的时间源 也大都基于星基授时方式。但卫星导航定位系统的连续性、可用性和抗干扰性对于某些重 要场合仍显得比较薄弱，具体表现在：卫星导航定位系统的信号容易被遮挡，需要将天线置 于开阔的室外，才能接收到卫星的信号，室内难以应用；卫星导航定位系统的信号的开放 性，使得其容易受到外部的干扰和欺骗，现在导航战已经成为电子战的一个热点方向，干扰 和欺骗变得越来越容易；国产化程度低；虽然我国的北斗一代、二代、三代导航定位系统已 经成熟，但是大多数接收机的芯片都是国外的芯片，国产自主化程度不高，存在一定的隐 患。从以上的四种授时方式的特点可以看出，各有优缺点，如果能够充分融合这几种授时模 式，互补克服缺点，互助发挥优势，能够使得时统设备的性能和可靠性的产生倍增效应。这 种多模结合方式的时统设备就能在提高系统性能的同时，提高系统的鲁棒性和可靠性。 现阶段主要的频率源包括石英晶体振荡器和原子钟，石英晶体振荡器是指内含石 英晶体与振荡电路的模组，可直接产生振荡讯号输出。主要包括以下类型： XO  : 一般型(Crystal  oscillator)； TCXO  : 温度补偿型晶振(Temperature  compensated  crystal  oscillator)； OCXO  :  恒温晶振(Oven-controlled  crystal  oscillator)；恒温晶振又分为单槽恒 4 CN 111596541 A 说　明　书 2/10 页 温晶振和双槽恒温晶振； VCXO  : 电压控制型晶振(Voltage-controlled  crystal  oscillator)；压控振荡器是 可以通过控制电压来调整输出频率，XO、TCXO、OCXO一般也都有压控功能。 原子钟是利用原子或分子的能级跃迁的辐射频率来锁定外接振荡器频率的频率 测量标准装置的俗称，通称为量子频率标准或原子频标。根据采用的材料不同主要包括铷 原子钟、铯原子钟和氢原子钟等。原子钟具有准确性高，稳定性好的特点，但是技术难度和 成本也很高。现阶段对于国内的频率源的现状主要有： 温补晶振TCXO已经接近国际同类产品的水平； 恒温晶振OCXO的性能还难以达到国际先进水平，体积也较国外的大； 铷原子钟、铯原子钟的国产化能力较弱，性能指标和体积差距较大，价格也比国外的贵 一倍以上。 从以上授时和频率源的现状可以看出，现在很多国产的时统设备能够满足现阶段 基本的应用需求；但是这些设备过分依赖卫星导航定位系统，抗干扰能力弱，国产化程度 低；难以应对高对抗时期、战时等复杂环境下的应用需求，特别是对于一些关系到国计民生 和国防信息安全的关键系统和节点，现阶段的时频设备是比较脆弱的。 国内外有较多的基于卫星导航定位系统的授时模块和系统。国内研制的时统设备 的性能基本上已经和国外的设备相当。如中国科学院长春光学精密机械与物理研究所基于 U-blox的LEA-M8T设计和实现了快速高精度授时系统，正常接收卫星信号的情况下，授时精 度可达到30ns。可在恶劣天气只见一颗星情况下输出时间信号，实测同步信号精度为 600ns。随着北斗系统的发展，我国一些单位和公司开始研发基于GPS和北斗系统的授时设 备，如中国航天科工集团第二研究院706所研究并设计了一种授时定位设备，该设备不仅具 备北斗、GPS卫星导航系统移动终端的各种功能特性，而且结合了B码、外校时等辅助授时功 能，除此之外，还实现了高精度自守时功能，守时精度约为24小时1ms的误差。成都天奥电子 股份有限公司研制一系列北斗二代/GPS授时模块和板卡，还研制了时频信号性能测试仪， 该公司能够自主设计和制作铷原子钟，在基本性能方面达到了国际先进水平。西安同步电 子科技有限公司研制了种类齐全的北斗二代/GPS授时的时统类板卡和设备，其基于铷原子 钟的时钟同步设备的授时精度能够达到10ns。北京泰福特电子科技有限公司研发的 HJ5435-BD  GPS同步时钟，输出的频率稳定度5*10-12/s；正常接收的情况下1PPS（每秒一个 脉冲）的误差小于30ns。 这些现有的设备的主要特点如下： （1）基于卫星导航定位系统的授时为主，在授时源上没有备份，当卫星导航定位系统不 可用的时候，大多采用频率源守时的方法，累计误差会越来越大。 （2）抗干扰能力差，基本上都不具备抗压制干扰能力，更不具备抗欺骗干扰的能 力。 （3）国产化程度低，虽然整机性能能够达到国外同类产品的性能，但是主要处理 器、频率源等都是采用的国外芯片和器件，自主化程度不高，存在一定的隐患和风险。 （4）在信号处理上，采用多种卫星导航定位系统进行授时的时候，只是对多种模式 的1PPS进行了优选和补充，没有进行真正的数据融合处理，对整个系统的性能提高不明显。 对频率的控制精度不够，一般只能达到处理器的最高时钟速率，大多数的设备采用的ARM处 5 CN 111596541 A 说　明　书 3/10 页 理器；所以，时间和频率精度都不高，同时也导致其守时精度不高。 信息安全已经是任何国家、政府、部门、行业都必须十分重视的问题，是一个不容 忽视的国家安全战略。对于时统设备来说，其安全性会直接影响其应用领域的信息安全和 系统安全，时统如果出现问题，电网的控制系统，证卷系统就会崩溃；银行系统、互联网系 统、军事指挥系统都会受到很大的影响。所以，提高时统设备的抗干扰能力对于很多系统的 信息安全具有重要的意义。 综上所述，突破基于卫星导航定位系统、长波、短波等授时技术的多模时统技术， 时统设备抗压制和抗欺骗干扰技术，自主可控技术等；研究并实现国产化程度高，鲁棒性 强、抗干扰能力强的时统设备具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明针对现有时统设备对于卫星导航定位系统依赖程度过高、抗干扰能力较 弱、自主可控程度低等一系列问题，提出一种自主可控多模抗干扰时统设备。 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种自主可控多模抗干扰时统设备，包括时频信号接收机模块，多模信息融合模块，时 间和频率处理模块，时间信号接口协议模块，接口转换模块，频率控制模块，人机交互模块， 自检模块及电源模块； 所述时频信号接收机模块用于接收短波、长波和导航卫星的时间信息，所述时间信息 包括1PPS、UTC和状态信息，并将时间信息输入到多模信息融合模块； 所述多模信息融合模块用于将所述时间信息进行融合，包括UTC时间信号的比对，1PPS 时间信号的融合和优化； 所述时间和频率处理模块用于利用优化后的1PPS对频率进行修正； 所述时间信号接口协议模块用于根据需求进行UTC及1PPS时间信号接口协议的转换； 所述接口转换模块用于实现电平转换及网络接口功能； 所述频率控制模块用于对时间和频率处理模块输出的频率信息进行控制； 所述人机交互模块包括显控模块和触控屏，用于进行人机交互； 所述自检模块用于实现开机和工作过程中的各个模块的检测和错误码的形成，检测的 结果通过显控模块显示出来； 所述电源模块用于将输入的220VAC信号转换为24VDC信号，供整个设备使用。 进一步地，所述时频信号接收机模块包括短波接收机子模块，长波接收机子模块 和授时型接收机子模块，所述短波接收机子模块包括短波接收机，所述长波接收机子模块 包括长波接收机，所述授时型接收机子模块包括授时型接收机、抗干扰天线及抗欺骗干扰 处理单元，所述抗欺骗干扰处理单元用于通过对授时型接收机的输出信息的后处理进行欺 骗干扰的检测，并向外部输出告警信息。 进一步地，所述多模信息融合模块包括UTC处理子模块，短波1PPS处理子模块，长 波1PPS处理子模块，1PPS守时子模块，合成1PPS子模块； 所述UTC处理子模块用于对三种接收机获得的世界协调时进行校验和比对，选出正确 的UTC，并将三种接收机的UTC时间是否一致的状态输出到外部； 所述短波1PPS处理子模块用于在授时型接收机的1PPS有效时，用授时型接收机的1PPS 6 CN 111596541 A 说　明　书 4/10 页 修正短波接收机的1PPS的误差；通过平滑滤波，获得短波接收机的1PPS的累积平均误差值， 在修正该误差之后，输出短波接收机的1PPS，并根据误差的稳定度给出短波接收机的置信 度参数供后续合成1PPS子模块使用； 所述长波1PPS处理子模块用于授时型接收机的1PPS有效时，用授时型接收机的1PPS修 正长波接收机的1PPS的误差；通过平滑滤波，获得长波接收机的1PPS的累积平均误差值，在 修正该误差之后，输出长波接收机的1PPS，并根据误差的稳定度给出长波接收机的置信度 参数供后续合成1PPS子模块使用； 所述1PPS守时子模块用于对授时型接收机获得的1PPS进行守时，当其无效时，采用已 经驯服的准确时钟对其进行计数保持； 所述合成1PPS子模块用于对三种接收机输入的1PPS进行选择，第一选择是授时型接收 机输出的1PPS，第二选择和第三选择分别是根据长波接收机和短波接收机的置信度参数， 选择误差修正后的长波接收机输出的1PPS及误差修正后的短波接收机输出的1PPS，第四选 择是1PPS守时子模块输出的1PPS；合成1PPS子模块还用于利用已经驯服的准确时钟对选择 后的1PPS进行平滑滤波。 进一步地，所述频率控制模块包括高精度DA、晶振/原子钟、放大器、功分器，所述 高精度DA、晶振/原子钟、放大器及功分器依次相连。 进一步地，所述抗欺骗干扰处理单元包括功率一致性检测子单元，功率正常性检 测子单元，定位模式切换检测子单元，伪距变化率检测子单元，惯导联合检测子单元，最小 二乘冗余检测子单元及欺骗干扰判决子单元。 进一步地，所述时间和频率处理模块包括多相位锁相环子模块，多相位计数器及 环路滤波器。 进一步地，所述时间和频率处理模块及频率控制模块具体按照如下方式进行频率 信号的处理： a、采用低噪声放大器对晶振/原子钟输出的频率信号进行放大，采用功分器对其进行 分路，一路给多相位锁相环子模块，其他路输出到外部； b、输入到多相位锁相环子模块的频率信号进行倍频，多相位锁相环子模块同时输出多 个不同相位的时钟信号； c、多个不同相位的时钟信号输入到多相位计数器中，分别对外部输入的原始1PPS进行 计数； d、对不同相位频率的计数值进行平均，得出计数平均值； e、通过计数平均值及理想计数值计算计数值误差； f、计数值误差值通过环路滤波器进行长期平均，得出频率参数的修正量； g、将频率参数的修正量转换为DA控制量； h、将DA控制量输出到高精度DA； i、高精度DA产生模拟压控信号，压控晶振/原子钟的频率，改变输出的频率，直到计数 值误差趋于0。 与现有技术相比，本发明具有的有益效果： （1）基于卫星导航定位系统、长波、短波三种授时模式融合的授时技术 三种授时模式本身就能够提高整个设备的可靠性和稳定性。在设计的过程中，不是简 7 CN 111596541 A 说　明　书 5/10 页 单的三模选择，而是先用精度最高的卫星导航授时修正短波授时和长波授时，以获得这两 种精度较差的授时方式的误差参数，并根据误差的稳定性给出这两种授时模式的置信度。 使得卫星导航授时不可用的时候，能够选择最佳的第二选择。同时，进行高速、高精度的频 率信号处理，提高输出频率的准确度，也提高了三种授时模式都不可用的时候的守时精度 和内部信号处理的精度。 （2）基于天线、信号处理和数据后处理的一体化抗干扰技术 本发明的时统设备，把抗干扰技术作为一个重点来考虑，系统地设计了抗干扰方案。采 用阵列天线技术从空域上形成波束零点的方式抗强压制干扰，在授时型导航模块的选择 上，选择了能够从频域上抑制窄带干扰的授时型接收机子模块。对于卫星导航定位系统最 为敏感的欺骗干扰，本发明采用功率一致性检测、功率正常性检测、定位模式切换检测、伪 距变化率检测、惯导联合检测、最小二乘冗余检测等六种方式进行欺骗干扰的检测，以防止 授时的第一选择卫星导航授时被欺骗而导致的整个系统被欺骗。 附图说明 图1为本发明实施例一种自主可控多模抗干扰时统设备架构示意图； 图2为本发明实施例一种自主可控多模抗干扰时统设备的多模信息融合结构示意图； 图3为本发明实施例一种自主可控多模抗干扰时统设备的抗欺骗干扰处理单元结构示 意图； 图4为本发明实施例用软件无线电方式产生的有欺骗干扰时接收机收到的卫星功率 图； 图5为本发明实施例一种自主可控多模抗干扰时统设备的频率信号处理流程示意图； 图6为本发明实施例一种自主可控多模抗干扰时统设备硬件架构示意图。