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基本信息
- 項目名稱：
- 基于北斗衛(wèi)星和ZigBee通信技術(shù)的廣播電視授時系統(tǒng)研究
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 標(biāo)準(zhǔn)時間是廣播電視安全播出的前提條件，在廣播電視系統(tǒng)中具有重要的地位。目前，我國的廣播電視中心常利用 GPS 授時來獲取標(biāo)準(zhǔn)時間，但是GPS授時存在手段單一和沒有自主控制權(quán)兩方面問題，不僅短期穩(wěn)定性差，而且安全性不強。 基于我國自主研發(fā)的北斗授時系統(tǒng)不僅能獲取標(biāo)準(zhǔn)時間,同時以CCTV及廣播電臺為輔助授時源并與系統(tǒng)本地時間進(jìn)行校準(zhǔn)，可以徹底擺脫對GPS授時的依賴。ZigBee通信技術(shù)是近年來剛剛興起的一種適用于自動化系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制的無線通訊技術(shù)，同時ZigBee通信技術(shù)具有雙向傳輸?shù)奶匦?，具有低成本、低功耗的特點，具有很好的發(fā)展前景。 目前北斗授時技術(shù)和ZigBee通信技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用還是空白。本作品將兩種前沿技術(shù)緊密結(jié)合，通過北斗衛(wèi)星授時和ZigBee無線組網(wǎng)，實現(xiàn)廣播電視系統(tǒng)全臺時間同步。此項研究對改變國外的衛(wèi)星授時系統(tǒng)對我國市場的壟斷，保證我國的信息安全，具有重要的意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 標(biāo)準(zhǔn)時間是廣播電視安全播出的前提條件，在廣播電視系統(tǒng)中具有重要的地位。目前，我國的廣播電視中心常利用 GPS 授時來獲取標(biāo)準(zhǔn)時間，但是GPS授時存在手段單一和沒有自主控制權(quán)兩方面問題，不僅短期穩(wěn)定性差，而且安全性不強。 基于我國自主研發(fā)的北斗授時系統(tǒng)不僅能獲取標(biāo)準(zhǔn)時間,同時以CCTV及廣播電臺為輔助授時源并與系統(tǒng)本地時間進(jìn)行校準(zhǔn)，可以徹底擺脫對GPS授時的依賴。ZigBee通信技術(shù)是近年來剛剛興起的一種適用于自動化系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制的無線通訊技術(shù)，同時ZigBee通信技術(shù)具有雙向傳輸?shù)奶匦?，具有低成本、低功耗的特點，具有很好的發(fā)展前景。 目前北斗授時技術(shù)和ZigBee通信技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中的應(yīng)用還是空白。本作品將兩種前沿技術(shù)緊密結(jié)合，通過北斗衛(wèi)星授時和ZigBee無線組網(wǎng)，實現(xiàn)廣播電視系統(tǒng)全臺時間同步。此項研究對改變國外的衛(wèi)星授時系統(tǒng)對我國市場的壟斷，保證我國的信息安全，具有重要的意義。 【創(chuàng)新點】 （1）以我國自主開發(fā)的北斗授時系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以CCTV及廣播電臺為輔助授時源為我國廣播電視系統(tǒng)提供精確時間源，提高了廣播電視授時的安全性； （2）ZigBee無線通信技術(shù)應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)中，將衛(wèi)星系統(tǒng)的精確時間發(fā)送到各個時鐘接收點，實現(xiàn)了無線傳輸時延的同步自動補償，實現(xiàn)了廣播電視系統(tǒng)全臺時間同步，無線連網(wǎng)、無須布線，提高了授時系統(tǒng)的抗干擾性、可移動性和可靠性； （3）基于溫度補償時鐘芯片基礎(chǔ)上二次數(shù)據(jù)補償?shù)姆椒?，解決了溫度影響晶體頻率偏差的問題。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：標(biāo)準(zhǔn)時間是廣播電視安全播出的前提條件，在廣播電視系統(tǒng)中具有重要的地位。通過北斗授時系統(tǒng)獲取標(biāo)準(zhǔn)時間，ZigBee無線組網(wǎng)，實現(xiàn)全臺時間同步，替代目前廣播電視中心普遍使用的GPS授時來獲取標(biāo)準(zhǔn)時間的方法，同時利用ZigBee無線組網(wǎng)很好解決了廣播電視系統(tǒng)中需要標(biāo)準(zhǔn)時間裝置數(shù)量眾多且分布散亂等問題。 基本思路：在深入探討和研究北斗授時原理的基礎(chǔ)上，采用基于北斗授時模塊設(shè)計主節(jié)點硬件平臺實時獲取標(biāo)準(zhǔn)時間，通過ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，實現(xiàn)廣播電視中心時間同步。同時各從節(jié)點，通過基于單片機和無線射頻芯片CC2240的模塊硬件及相配套的底層軟件，接收主節(jié)點發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時間。 創(chuàng)新點：（1）以我國自主開發(fā)的北斗授時系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為我國廣播電視系統(tǒng)提供精確時間源，提高廣播電視授時的安全性；（2）ZigBee無線通信技術(shù)應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)中，將衛(wèi)星系統(tǒng)的精確時間發(fā)送到各個時鐘接收點，實現(xiàn)了廣播電視系統(tǒng)全臺時間同步，無線連網(wǎng)、無須布線，提高了衛(wèi)星授時系統(tǒng)的可移動性；（3）基于溫度補償時鐘芯片基礎(chǔ)上的二次數(shù)據(jù)補償?shù)姆椒ǎ鉀Q了溫度影響晶體頻率偏差的問題。 技術(shù)關(guān)鍵：⑴對北斗授時系統(tǒng)工作模式、秒脈沖和本地鐘的協(xié)同處理等進(jìn)行了深入的探討，提出了精確授時的方案；⑵對從節(jié)點的無線射頻芯片CC2240的模塊的設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行研究，解決廣播電視系統(tǒng)中無線傳輸?shù)臅r延問題；⑶晶體頻率偏差的多樣性與溫度特性補償?shù)难芯俊? 主要技術(shù)指標(biāo)：授時精度優(yōu)于20ms；傳輸距離≤600M；無校時源時授時精度優(yōu)于1秒/月。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前的衛(wèi)星授時同步技術(shù)主要有美國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GLONASS、中國的北斗一號導(dǎo)航定位系統(tǒng)。目前，北斗系統(tǒng)的應(yīng)用水平與國外衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相比還存在相當(dāng)?shù)牟罹?。將北斗衛(wèi)星授時系統(tǒng)應(yīng)用于廣播電視中心獲取精密時間，可消除長久以來使用GPS作為唯一同步時鐘源而存在的風(fēng)險，解決時鐘源可靠性問題。通過北斗授時系統(tǒng)獲取標(biāo)準(zhǔn)時間，同時與CCTV和電臺的時間源互備授時，增強了廣播電視中心獲取精密時間靈活性和可擴充性。 在廣播電視系統(tǒng)中需要標(biāo)準(zhǔn)時間設(shè)備很多，分散在廣播電視中心大樓內(nèi), 而全臺的時間都要同步、準(zhǔn)確，因此需要組網(wǎng)管理。ZigBee無線通信技術(shù)無線組網(wǎng)、無需布線，具有低功耗、低成本、通訊距離遠(yuǎn)、組網(wǎng)簡單靈活等優(yōu)點，運用此技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全臺時間精確同步，加快了無線組網(wǎng)方式取代有線組網(wǎng)的步伐。 目前北斗授時系統(tǒng)與ZigBee無線通信技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中應(yīng)用研究方面還是空白。此項研究將改變國外的衛(wèi)星授時系統(tǒng)我國市場的壟斷狀況，對保證我國的信息安全具有重大的意義。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、作品獲得第三屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛集團安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎。（附件9） 2、鑒于前期研究成果，已與安徽天虹數(shù)碼技術(shù)有限公司簽訂技術(shù)開發(fā)合同。（附件6） 3、作品已于2009年3月在安徽省巢湖市電視臺得到試用。（附件7） 4、申報者以第一作者發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文數(shù)篇。（附件12）
作品所處階段
- 中試階段 作品已于2009年3月在安徽省巢湖市電視臺得到試用。（附件7）
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托開發(fā) 擁有自主知識產(chǎn)權(quán)
作品可展示的形式
- 實物、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、PPT
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 系統(tǒng)使用說明：見附件4 作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢: 以我國自主開發(fā)的北斗授時系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提高了廣播電視授時的安全性。相比較有線授時系統(tǒng)，本系統(tǒng)控制精度高、移動性強、維護(hù)容易、成本低，在技術(shù)上具有明顯優(yōu)勢，同時對提高播出安全、播出質(zhì)量提供了保證。 作品的適應(yīng)范圍及推廣前景：目前我國正處于數(shù)字電視高速發(fā)展時期,全國有3000多家縣級以上廣播電視臺,還有幾千家企業(yè)電視臺，未來二年,對該設(shè)備將有2000-3000套的需求。同時，該研究關(guān)鍵技術(shù)也可應(yīng)用到通信、電力等領(lǐng)域，還會帶來更大的經(jīng)濟和社會效益。 作品的市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用水平與國外衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相比明顯處于劣勢，特別是民用方面,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化、市場化的水平，必須大力推廣。如按一年生產(chǎn)1000套計算，可創(chuàng)造產(chǎn)值5000萬元。同時帶動了產(chǎn)品配件行業(yè)的同步發(fā)展，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，每年可為上、下游配套行業(yè)新增產(chǎn)值數(shù)千萬元，也可為當(dāng)?shù)貏?chuàng)造就業(yè)機會?？傮w來看，該研究成果符合國家高科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新方向，市場前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 在廣播電視系統(tǒng)中，精密的時間是安全播出的前提條件,是不同節(jié)目之間播出切換的同步基礎(chǔ)。目前國內(nèi)廣播電視中心獲取精密時間主要從三個方面獲取，利用無線電廣播的整點報時信號進(jìn)行校時；利用中央電視臺CCTV-1或CCTV-2電視場逆程第16行中的時間信號進(jìn)行校時；利用GPS衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)中的標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。 GPS授時的連續(xù)性和抗干擾性對于廣播電視系統(tǒng)穩(wěn)定控制而言仍顯得比較薄弱，主要表現(xiàn)在：①GPS接收機輸出的時間信號長期穩(wěn)定性好、短期穩(wěn)定性差；②GPS接收機的抗干擾性能差，可能出現(xiàn)衛(wèi)星失鎖的情況；③衛(wèi)星試驗或調(diào)試可能造成GPS時鐘跳變。除上述GPS授時技術(shù)方面的問題外，更重要的問題是GPS時鐘源在我國的不可依賴性。GPS可用性和授時精度受制于美國的政策。2000年1月美國關(guān)于“局部屏蔽GPS信號”的技術(shù)試驗獲得成功，即在需要的時候可以局部關(guān)閉GPS信號。 2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日，我國成功發(fā)射了三顆定位于赤道上空的同步衛(wèi)星，完成了“北斗一號”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)。該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由我國獨立自主研制開發(fā)，不受他國的控制和限制，其可用性、可依賴性和安全性有保障。自2004年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式向軍、民用戶開放以來，已逐漸在艦船監(jiān)控、水文測報等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。 在廣播電視系統(tǒng)需要標(biāo)準(zhǔn)時間設(shè)備很多，分散在廣播電視中心大樓內(nèi)，全臺的時間都要同步，準(zhǔn)確，因此需要組網(wǎng)管理。現(xiàn)有的播出管理系統(tǒng)主要以有線網(wǎng)絡(luò)為主，需要鋪設(shè)電纜，布線復(fù)雜、干擾原有預(yù)埋的其他管線，日后的維護(hù)保養(yǎng)也十分不便。 現(xiàn)有的無線通訊技術(shù)主要有紅外線技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等。紅外線技術(shù)設(shè)備簡單，價格低廉，很容易推廣，但是，紅外線控制方式的作用距離短，又屬于點對點的通信方式，因此，紅外使用具有局限性。藍(lán)牙技術(shù)是一種低成本、短距離、支持點對點和點對多點通信的無線通信技術(shù)，廣播電視系統(tǒng)需要標(biāo)準(zhǔn)時間設(shè)備節(jié)點的數(shù)量將會越來越多，藍(lán)牙有限的網(wǎng)絡(luò)容量將會限制其在低速控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。 ZigBee是一種新興的低功耗、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點和特性。傳輸范圍一般介于10～100m，在增加RF發(fā)射功率后，可增加到1～3km。因此以授時器為主節(jié)點，其它需要時間的設(shè)備為從節(jié)點組成ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以很好解決廣播電視系統(tǒng)需要標(biāo)準(zhǔn)時間設(shè)備很多、分散性的問題。
