Спутниковый приёмник

Спутниковый приёмник

Спутниковый приёмник (также GNSS-приёмник) — радиоприёмное устройство для определения географических координат текущего местоположения антенны приёмника, на основе данных о временных задержках прихода радиосигналов, излучаемых спутниками навигационных систем. В зависимости от используемой системы навигации разделяются на GPS-приёмники, ГЛОНАСС-приёмники и так далее, однако в настоящее время большинство потребительских и профессиональных спутниковых приёмников умеют работать с несколькими спутниковыми системами навигации.

2016: Принцип работы и особенности TimeVisor

Принцип работы

• Сигналы точного времени передаются либо от Глобальной Системы Позиционирования GPS (Global Positioning System), либо от Глобальной Навигационной Спутниковой Системы (ГЛОНАСС).
• Передача пакетов точного времени от TimeVisor к абонентам осуществляется по сетевому протоколу времени NTP (Network Time Protocol). Для взаимодействия абонентов с TimeVisor на них устанавливаются и настраиваются службы точного времени. Поддерживаемые операционные системы: Windows 2000/XP/Vista/7, Linux, QNX и ряд других.
• Служба точного времени кроме коррекций времени осуществляет подстройку хода системных часов компьютера, что позволяет сохранить точное время в течение продолжительного периода в случае сбоя работы сети.
• Для повышения надежности и отказоустойчивости можно использовать дополнительный (резервный) сервер времени. Резервирование настраивается при конфигурировании служб точного времени на абонентах.

По информации на июль 2016 года TimeVisor в зависимости от настроек обеспечивает работу в следующих режимах:

• «Клиент-сервер». Абоненты периодически отправляют запросы серверу времени на получение точного времени. Получив запрос, сервер времени сразу же отправляет запросившему абоненту ответ, содержащий метку времени. Данный режим позволяет синхронизировать время на абонентах с минимальной погрешностью.
• «Широковещательный». TimeVisor периодически рассылает сигналы точного времени всем абонентам сети. Этого решения вполне достаточно для автоматической синхронизации времени всех абонентов сети при относительно невысоких требованиях к погрешности синхронизации.

Существует ряд информационных систем, в которых необходимо наличие точного единого времени. К таким системам относятся:

• Автоматизированные системы коммерческого учёта ресурсов (особенно энергоресурсов)
• Распределённые корпоративные информационные системы
• Системы промышленной автоматизации
• Автоматизированные платёжные системы
• Автоматизированные системы управления транспортом и т.д.

Для повышения надёжности и отказоустойчивости предусмотрена возможность использования дополнительного (резервного) сервера времени. Резервирование настраивается при конфигурировании служб точного времени на абонентах. При недоступности основного сервера времени, службы точного времени абонентов будут использовать резервный сервер.

Особенности

• Высокая точность синхронизации системного времени абонентов сети, полностью удовлетворяющая требованиям РД 153-34.1-35.127-2002
• Малые габариты
• Возможность применения в промышленных условиях эксплуатации
• Возможность резервирования серверов
• Простота настройки и эксплуатации
• Отсутствие влияния на синхронизацию времени переходов «зима/лето» (опция).

Основные технические характеристики

• Пределы абсолютной погрешности — От ± 1 до ± 5 мс
• Режимы работы — клиент-сервер / широковещательный
• Поддерживаемые сетевые протоколы — NTP v.1-4 / NTP «широковещательный» режим / SNTP (Simple Network Time Protocol)
• Операционная система – Linux
• Интерфейсы:
• 1 порт Ethernet 100 Base-T с пром. защитой от статических разрядов (ESD-защитой)
• 1 порт RS232
• 4 порта RS-485 / 2 порта RS-422
• Сторожевой таймер WatchDog — есть
• Напряжение питания — 18…72 В /

Наличие точного единого времени обеспечивает четкую синхронизацию различных транзакций в сети, целостность распределенных хранилищ данных, увеличивает защищенность от незаконного проникновения и т.д. Использование Сервера единого времени TimeVisor позволяет избежать многих проблем, связанных с неточным временем.

Все сообщения приемников с ГНСС данными содержат информацию с меткой времени. Эта метка времени состоит из номера недели GPS (отсчет номера недели ведется с 5 января 1980 года) и номер секунд в неделе (время недели (TOW)), которое отображает количество секунд от предыдущей полночи (с ноля часов суббота/воскресенье). TOW выводится с дискретностью 1 мс.

Журнал времени содержит несколько фрагментов информации (эпохи), связанных временными событиями (интервалы). Также, в журнале формируются оценки времени UTC, для обеспечения которых, передаваемое спутником GPS навигационное сообщение включает временные разности между GPST (время GPS) и UTC по модулю одна секунда и скорость их изменения.

Для дальнейшей работы с данными журнала времени, данные могут быть преобразованы в общепринятые отраслевые форматы. Это необходимо для хранения и передачи промежуточных измерений, произведенных приёмником, а также выполнения постобработки полученных данных приложениями различных производителей приемников и программ. Например, формат RINEX или GGTTS.

Возможные способы защиты

События в энергосетях нередко происходят гораздо быстрее, чем на графике, приведенном на рис. 2, тем не менее может возникнуть ситуация, когда даже медленные изменения, подобные тем, что были вызваны в ходе эксперимента, могут создать проблемы. PMU можно настроить так, чтобы принимались защитные меры при регистрации расхождения фаз в разных точках линии электропередач. Фальсификация GPS, подобная описанной, может вызвать срабатывание такой защиты. Одиночное событие, возможно, не приведет к катастрофе, но их серия может иметь серьезные последствия.

Имеются технологии, позволяющие улучшить надежность источников точного времени, — в частности, таймеру GPS с меньшей погрешностью требуются менее частые обновления. Наличие внутреннего рубидиевого источника времени позволит дольше сохранить точность хода часов в случае потери сигнала GPS. Кроме того, можно наряду с GPS пользоваться другими глобальными навигационными системами, такими как ГЛОНАСС, BeiDou (Compass) или Galileo, — чем больше доступно спутников, тем выше надежность.

Исследователи предлагают применять аутентификацию и шифрование для защиты от фальсификации при гражданском применении GPS, однако для этого понадобится реализовать поддержку аутентификации в гражданском сигнале GPS и модифицировать либо заменить все существующие приемники GPS.

Еще одна возможность защиты состоит в трансляции времени из какого-либо одного доверенного источника. Стандарт IEEE 1588 — протокол точного времени (Precision Time Protocol, PTP) для компьютерных сетей — предусматривает средства компенсации задержки передачи на синхронизируемых точках. PTP не заменяет GPS — обе системы обеспечивают точность на уровне меньше микросекунды, но GPS предназначена для выдачи и распространения синхросигнала по большой территории, тогда как PTP рассчитан только на то, чтобы распространять (но не генерировать) сигнал в пределах небольшой сети. PTP можно использовать для выбора наилучшего источника времени и синхронизации с ним всех часов в подсети, иначе говоря, протокол можно применять для трансляции времени от одного доверенного источника.

В данный момент рабочая группа IEEE 1588 перерабатывает стандарт, предусмотрев в нем меры безопасности, — было бы неуместно использовать PTP для защиты энергосистем от нарушений работы GPS, в то время как сам протокол имел уязвимости. С другой стороны, компьютерную сеть можно дополнительно защитить физическим периметром безопасности.

Нынешняя доступность средств синхронизации точного времени на большой географической территории вызвала революционные изменения в принципах мониторинга и взаимодействия управляющих систем. Например, синхронное измерение комплексных параметров тока и напряжения в разных точках энергосистемы позволяет следить за ее работоспособностью и наглядно отображать ее состояние в целом, что раньше не было возможным. Однако одновременно с ростом использования синхронизированного точного времени появились способы вмешательства в работу систем, поддерживающих коммуникационные инфраструктуры, например GPS. Решать проблемы с GPS необходимо с участием организаций по стандартизации, производителей приемников GPS и энергетической отрасли в целом.