專利名稱：：一種基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種電力系統(tǒng)的電力授時裝置，尤其涉及一種基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置。
背景技術：
：目前電力行業(yè)普遍采用的是GPS的定位與授時系統(tǒng)，由于GPS系統(tǒng)送出的時間信息是固定不變的，它必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換后才能滿足系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)使用或?qū)⒁褂玫母鞣N裝置對同步時間源的要求；GPS系統(tǒng)本身不具備通信能力，需要和其他通訊系統(tǒng)結(jié)合才能實現(xiàn)移動目標的遠程定位與監(jiān)控功能；GPS系統(tǒng)是全球性導航系統(tǒng)，并由美國軍方控制等等原因。因此存著比較大的安全隱患，導致電力行業(yè)經(jīng)常發(fā)生一些安全事故。目前電力行業(yè)應用的衛(wèi)星同步時鐘，主要以GPS為主，每一臺設備都是一個自主系統(tǒng)，獨立運行，沒有實現(xiàn)不同設備之間的精確時間比對和校準。因此，存在不同設備系統(tǒng)之間的時間誤差?，F(xiàn)有一種新型、全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，例如"北斗一號"系統(tǒng)。它由三顆地球同步衛(wèi)星(其中一顆為備份星)、位于北京的地面中心站、分布全國的二十余個標校站和大量用戶機組成；各部分之間由出站鏈路(地面控制中心一衛(wèi)星一用戶機)和入站鏈路(用戶機一衛(wèi)星一地面控制中心)相連接，如圖2所示。兩顆導航工作衛(wèi)星和一顆備份衛(wèi)星位于36000km赤道上空，分別定點于東經(jīng)80°、140°和110.5°，衛(wèi)星上帶有轉(zhuǎn)發(fā)器，用于轉(zhuǎn)發(fā)地面控制中心的出站信號和標校站、用戶機的入站信號。地面控制中心接收入站信號，完成定位、通信和定時信號的處理，發(fā)送導航電文，監(jiān)視和控制整個系統(tǒng)的工作情況。標校站為衛(wèi)星精密定軌、定位差分處理提供基準測量數(shù)據(jù)。用戶機同時具有收發(fā)功能，用于接收中心站通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的信號和向中心站發(fā)送定位、通信或定時申請信號，不含定位解算處理器，設備比較簡單。"北斗一號"系統(tǒng)服務區(qū)由東經(jīng)70度至東經(jīng)145度，北緯5度到北緯55度，覆蓋我國和周邊地區(qū)，包括戰(zhàn)略敏感區(qū)域，諸如臺海、南沙等區(qū)域。系統(tǒng)在服務區(qū)內(nèi)提供三項服務(1)定位(導航)快速確定用戶所在點的地理位置，向用戶及主管部門提供導航信息。在標校站覆蓋區(qū)定位精度可達到20米，無標校站覆蓋區(qū)定位精度優(yōu)于100米。(2)通信用戶與用戶、用戶與中心控制系統(tǒng)之間均可實現(xiàn)最多120個漢字的雙向簡短數(shù)字報文通信，并可通過信關站與互聯(lián)網(wǎng)、移動通信系統(tǒng)互通。(3)授時中心控制系統(tǒng)定時播發(fā)授時信息，為定時用戶提供時延修正值。定時精度可達100ns(單向授時)和20ns(雙向授時)。定時是指接收機通過某種方式獲得本地時間與衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準時間的鐘差，然后調(diào)整本地時鐘使時差控制在一定的精度范圍內(nèi)。精密定時在以通信、電力、控制等工業(yè)領域和國防領域都有著廣泛和重要的應用。"北斗一號"衛(wèi)星導航系統(tǒng)為用戶機提供了兩種定時方式單向定時和雙向定時。單向定時的精度為100ns，雙向定時的精度為20ns。在單向定時模式下，用戶機不需要與地面中心站進行交互，只需接收導航電文信號，自主獲得本地時間與北斗標準時間的鐘差，實現(xiàn)時間同步；雙向定時模式下，用戶機與中心站進行交互，向中心站發(fā)射定時申請信號，由中心站來計算用戶機的時差，再通過出站信號經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶按此時間調(diào)整本地時鐘與標準時間信號對齊。單向定時的時序關系如圖l所示，北斗時間為中心控制站精確保持的標準北斗時間，用戶鐘時間為用戶鐘的鐘面時間，若兩者不同步存在鐘差"u，則北斗時間和用戶鐘時間雖然讀數(shù)相同均為^。，其出現(xiàn)時刻卻是不同的。單向定時就是用戶機通過接收導航電文及相關信息，由用戶機自主計算出鐘差A,u并修正本地時間，使本地時間和北斗時間同步。地面中心站在出站廣播信號的每一超幀周期內(nèi)的第一幀數(shù)據(jù)段發(fā)送標準北斗時間(天、時、分信號與時間修正數(shù)據(jù))和衛(wèi)星的位置信息，同時把時標"M言息通過一種特殊的方式調(diào)制在出站信號中，經(jīng)過中心站到衛(wèi)星的傳輸延遲、、衛(wèi)星到用戶機的延遲^自以及其它各種延遲7。^(如對流層、電離層、sagnac效應等)之后傳送到用戶機，也就是說用戶機在本地鐘面時間為^+~—觀測到衛(wèi)星時間為"〃，由圖1的關系可知或=—(+^麵+r。,;^)(J)式(1)中，由用戶機測量接收信號和本地信號的時標之間的時延獲得，、、和、'^則根據(jù)導航電文中的衛(wèi)星位置信息、延遲修正信息以及接收機事先獲取的自身位置信息計算。這樣式(l)等式右邊的所有量均已知，從而可以計算出本地時間與系統(tǒng)標準時間的鐘差。一般來說，對己知精密坐標的固定用戶，觀測1顆衛(wèi)星，就可以實現(xiàn)精密的時間測量或者同步。若觀測2顆衛(wèi)星或者更多衛(wèi)星，則提供了更多的觀測量，提高了定時的穩(wěn)健性。而雙向定時的所有信息處理都在中心控制站進行，用戶機只需把接收的時標信號返回即可。為了說明方便，我們給出了雙向定時的簡化模型，如圖2所示。中心站系統(tǒng)10在To時刻發(fā)送時標信號STQ，該時標信號經(jīng)過延遲r'后到達衛(wèi)星12，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)后經(jīng)^到達定時用戶機14，用戶機14對接收到的信號進行的處理也可看作信號轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)巧的傳播時延到達衛(wèi)星12，衛(wèi)星12把接收的信號轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)^的傳播時延傳送回中心站系統(tǒng)10。也即表示時間To的時標信號STo，最終在To+5+^+^+^時刻重新回到中心站系統(tǒng)10。中心站系統(tǒng)IO把接收時標信號的時間與發(fā)射時刻相差，得到雙向傳播時延r'+^+^+r4，除以2得到從中心站到用戶機的單向傳播時延。中心站系統(tǒng)IO把這個單向傳播時延發(fā)送給用戶機14，定時用戶機14接收到的時標信號及單向傳播時延計算出本地鐘與中心控制系統(tǒng)時間的差值Ae，修正本地鐘，使之與中心控制系統(tǒng)的時間同步。此外，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供雙向數(shù)據(jù)通訊的功能，北斗用戶終端按照事先分配的服務等級，采用CDMA碼分多址的數(shù)據(jù)通訊技術，實現(xiàn)實時的雙向數(shù)據(jù)通訊。每次數(shù)據(jù)通訊最多可以發(fā)送220Byte的數(shù)據(jù)包，可以滿足電力全網(wǎng)時間同步系統(tǒng)終端設備的數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測和控制的功能。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供了一種基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，實現(xiàn)電力行業(yè)的高精度的時間輸出，解決提高電力行業(yè)全網(wǎng)分布在全國的衛(wèi)星同步時鐘的準確度，實現(xiàn)了電力行業(yè)各個廠站的衛(wèi)星同步時鐘的監(jiān)測和控制功能，6實現(xiàn)了目前電力行業(yè)時間同步系統(tǒng)的遠程集中管理功能。本實用新型的技術方案為本實用新型揭示了一種基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，包括中心控制管理模塊，對裝置中的各個模塊進行控制和管理；時間源模塊，包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、外接B碼輸入和本地晶振的時間源；時間源控制模塊，對該時間源模塊的1PPS秒脈沖信號進行實時檢測、比對，選擇合適的時間源作為系統(tǒng)工作的時間源信息，使用該1PPS秒脈沖信號對本地晶振進行校對，得到高精度的時間輸出；輸出模塊，將該時間源控制模塊輸出的1PPS秒脈沖信號和時間信息進行格式轉(zhuǎn)換后輸出，該輸出格式包括秒脈沖、分脈沖、時脈沖的脈沖格式，光纖、差分、交流、直流的B碼格式和RS232/422/485的串口格式；時間源檢測模塊，對外部輸入的時間源進行誤差比對，輸入外部時間源的1PPS秒信號及時間信息、包括B碼信息的時間信息，通過計算比對得到外部輸入時間源的秒脈沖收斂度和秒差信息，輸出外部時間源的脈沖收斂度和秒差信息；顯控模塊，對系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示和設備配置信息的配置和控制。上述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其中，該中心控制管理模塊進一步包括通信管理單元、擴展模塊管理單元、外接管理程序的接口管理單元。上述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其中，該輸出模塊進一步包括時間脈沖空接點單元，輸入和輸出均為1PPS秒脈沖和時間信息；B碼光纖輸出單元，輸入1PPS秒脈沖和時間信息，輸出光纖B碼；B碼差分輸出單元，輸入1PPS秒脈沖和時間信息，輸出差分B碼；B碼交流輸出單元，輸入1PPS秒脈沖和時間信息，輸出交流B碼。上述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其中，該裝置還包括擴展控制模塊，對外接設備進行管理控制。上述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其中，該中心控制管理模塊接收的系統(tǒng)輸入信息包括模塊ID、模塊類別、模塊狀態(tài)、數(shù)據(jù)、通信應答；該中心控制管理模塊輸出的系統(tǒng)輸出信息包括模塊數(shù)量、模塊信息、通信應答。本實用新型對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果本實用新型通過主要通過接收北斗/GPS衛(wèi)星定時信號，實時的判斷北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的時間和GPS時間源信號的準確度，利用準確的時間源信號，不停的校準本地晶振，從而輸出高精度的時間信息，同時在沒有外接時間源信息的時候利用本地晶振完成時間保持功能。相對于現(xiàn)有技術，本實用新型的裝置具有以下功能(1)輸出滿足電力行業(yè)需求的高精度的時間信息；(2)遠程終端的集中監(jiān)控和管理；(3)遠程終端的時間校準功能。圖1是現(xiàn)有的"北斗一號"衛(wèi)星導航系統(tǒng)的時間單向測量的示意圖。圖2是現(xiàn)有的"北斗一號"衛(wèi)星導航系統(tǒng)的雙向定時的簡化工作原理圖。圖3是本實用新型的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置的較佳實施例的框圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。圖3示出了本實用新型的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置的較佳實施例的原理。請參見圖3，本實施例的裝置包括時間源模塊20、時間源控制模塊21、中心控制管理模塊22、輸出模塊23、顯控模塊24、擴展控制模塊25和時間源檢測模塊26。在圖3中，"一"表示1PPS信號，"^""^"表示控制信號，表示數(shù)據(jù)。中心控制管理模塊22實現(xiàn)對裝置的各個模塊的控制和管理，包括用于衛(wèi)星導航系統(tǒng)通信管理的通信管理單元，以及擴展模塊管理單元和外接管理程序的接口管理單元等。每一個插入系統(tǒng)的模塊，向中心控制管理模塊22發(fā)送以下信息<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>而中心控制管理模塊22向外輸出的信息是:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>時間源模塊20包括各類的外部時間源，比如衛(wèi)星導航系統(tǒng)(例如北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng))、GPS系統(tǒng)、外接B碼輸入和本地晶振等。時間源模塊20的輸入信息為1PPS秒脈沖信號、時間信息、時間源檢測模塊26的信息，輸出信息為1PPS秒脈沖信號和時間信息。時間源控制模塊21對時間源模塊20的1PPS秒脈沖信號進行實時檢測、比對，選擇合適的時間源作為系統(tǒng)工作的時間源信息，使用這一1PPS秒脈沖信號對本地晶振進行校對，得到高精度的時間輸出。時間源控制模塊21的輸入為1PPS秒脈沖信號和時間信息，輸出為1PPS秒脈沖信號和時間信息。輸出模塊23將時間源控制模塊21輸出的高精度1PPS秒脈沖信號按照需要進行格式轉(zhuǎn)換后輸出，輸出格式包括秒脈沖、分脈沖、時脈沖的脈沖格式，光纖、差分、交流、直流的B碼格式以及RS232/422/485的串口格式。輸出模塊23主要包括以下類別的單元時間脈沖空接點單元，其輸入和輸出均為1PPS秒脈沖和時間信息；B碼光纖輸出單元，其輸入為1PPS秒脈沖和時間信息，輸出為光纖B碼；B碼差分輸出單元，其輸入為1PPS秒脈沖和時間信息，輸出為差分B碼；B碼交流輸出單元，其輸入為1PPS秒脈沖和時間信息，輸出為交流B碼。時間源檢測模塊26主要實現(xiàn)對外部輸入的時間源進行誤差比對，輸入為外部時間源的1PPS秒脈沖信號、時間信息和包括B碼信息的時間信息，輸出為外部時間源的脈沖收斂度和秒差信息。顯控模塊24是裝置的顯示控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示和設備配置信息的配置和控制，其輸入信息為<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>顯控模塊24的輸出信息為屏幕顯示。擴展控制模塊25是中心控制管理模塊22的功能延伸，主要是實現(xiàn)對外接設備的管理控制，輸入輸出信號格式與中心控制管理模塊22相同。結(jié)合以上的結(jié)構(gòu)，本實施例的衛(wèi)星同步遠程控制裝置的工作原理以及功能詳述如下。一、時間源檢測裝置內(nèi)置一高精度晶振，對GPS系統(tǒng)和衛(wèi)星導航系統(tǒng)時間源(例如北斗時間源)進行逐秒檢測。衛(wèi)星時間源的特點在于存在由于誤差引起的抖動而無時間積累誤差。晶振時間源的特點在于存在由材料老化引起的頻率漂移和頻率誤差的時間積累，但抖動誤差卻很小。兩者相互結(jié)合互為補充，可濾去GPS接收器超過士100ns的抖動，保證設備輸出的穩(wěn)定秒脈沖信號，同時保證時間信息的發(fā)送不會出現(xiàn)中斷和缺秒現(xiàn)象。二、雙時間源對比裝置內(nèi)置兩套完全獨立的衛(wèi)星系統(tǒng)的接收器，即GPS接收和北斗接收，并隨時比較兩個系統(tǒng)的時間接收誤差。因GPS和北斗系統(tǒng)的完全獨立性，因此一旦一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，必然引起超差告警。三、遠程時鐘狀態(tài)監(jiān)測本地終端監(jiān)測衛(wèi)星完好性、設備各模塊綜合狀態(tài)信息，并通過北斗短消息形式發(fā)回控制中心處理；主要有監(jiān)測以下幾個方面的信息(1)接收各地時鐘的雙時間源超差告警信號；(2)接收各地時鐘的GPS和北斗的衛(wèi)星接收狀態(tài)；(3)接收各地時鐘的GPS和北斗的時間接收狀態(tài)；(4)裝置各模塊的狀態(tài)。四、遠程時間控制控制中心通過北斗共視獲得各終端時間精度信息，一旦超出告警范圍，通過北斗短消息形式向終端發(fā)送時間調(diào)制指令，終端接收到該指令后通過移相器調(diào)整本地時間系統(tǒng)；控制中心也可發(fā)送北斗、GPS或其他時間源切換指令，終端根據(jù)該指令完成相應動作?？刂浦噶畎?1)GPS與北斗時間源的切換；(2)GPS與北斗時間源的精度補償；(3)匯報中心站信息頻度控制。五、時鐘檢測功能本系統(tǒng)的時間源檢測功能還可以用來對電力系統(tǒng)目前所使用的時鐘進行檢測。鐘的檢測主要分為兩個方面，一是對秒脈沖的收斂程度進行檢測，即測試1PPS的抖動，這能反映出一個衛(wèi)星時鐘的質(zhì)量；另一方面是絕對誤差的測試，即使用本系統(tǒng)為標準時間源與被測時間源進行對比，這主要是用來檢測時鐘的故障。綜合以上描述，中心站控制和雙星系統(tǒng)以及時間源檢測功能，該裝置具備了誤差過濾、精度調(diào)整、故障檢測及維修指導等各項功能，可以有效地提高系統(tǒng)的保障強度，提高時間同步系統(tǒng)的可靠性，達到全網(wǎng)或全國的時間同步。上述實,施例是提供給本領域普通技術人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的，本領10域普通技術人員可在不脫離本實用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。權(quán)利要求1、一種基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其特征在于，包括中心控制管理模塊，對裝置中的各個模塊進行控制和管理；時間源模塊，包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、外接B碼輸入和本地晶振的時間源；時間源控制模塊，對該時間源模塊的1PPS秒脈沖信號進行實時檢測、比對，選擇合適的時間源作為系統(tǒng)工作的時間源信息，使用該1PPS秒脈沖信號對本地晶振進行校對，得到高精度的時間輸出；輸出模塊，將該時間源控制模塊輸出的1PPS秒脈沖信號和時間信息進行格式轉(zhuǎn)換后輸出，該輸出格式包括秒脈沖、分脈沖、時脈沖的脈沖格式，光纖、差分、交流、直流的B碼格式和RS232/422/485的串口格式；時間源檢測模塊，對外部輸入的時間源進行誤差比對，輸入外部時間源的1PPS秒信號及時間信息、包括B碼信息的時間信息，通過計算比對得到外部輸入時間源的秒脈沖收斂度和秒差信息，輸出外部時間源的脈沖收斂度和秒差信息；顯控模塊，對系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示和設備配置信息的配置和控制。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其特征在于，該中心控制管理模塊進一步包括通信管理單元、擴展模塊管理單元、外接管理程序的接口管理單元。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其特征在于，該輸出模塊進一步包括時間脈沖空接點單元，輸入和輸出均為1PPS秒脈沖和時間信息；B碼光纖輸出單元，輸入1PPS秒脈沖和時間信息，輸出光纖B碼；B碼差分輸出單元，輸入1PPS秒脈沖和時間信息，輸出差分B碼；B碼交流輸出單元，輸入1PPS秒脈沖和時間信息，輸出交流B碼。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，其特征在于，該裝置還包括擴展控制模塊，對外接設備進行管理控制。專利摘要本實用新型公開了一種基于雙模設計的衛(wèi)星同步遠程時間控制裝置，實現(xiàn)電力行業(yè)的高精度的時間輸出。其技術方案為裝置包括中心控制管理模塊；時間源模塊，包括衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、外接B碼輸入和本地晶振的時間源；時間源控制模塊，對1PPS秒脈沖信號進行實時檢測、比對，選擇合適的時間源作為系統(tǒng)工作時間源信息，使用1PPS秒脈沖信號校對本地晶振，得到高精度時間輸出；輸出模塊；時間源檢測模塊，對外部輸入的時間源進行誤差比對，輸入外部時間源的1PPS秒信號及時間信息、包括B碼信息的時間信息，通過計算比對得到外部輸入時間源的秒脈沖收斂度和秒差信息，輸出外部時間源的脈沖收斂度和秒差信息；顯控模塊。本實用新型應用于電力行業(yè)。文檔編號H04L7/00GK201303334SQ200820153510公開日2009年9月2日申請日期2008年9月26日優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日發(fā)明者萬炳才,旭劉,鋼姚,勇張,志張,磊張,煒朱,楊國慶,捷黃申請人:華東電網(wǎng)有限公司;上海涌能電力科技發(fā)展有限公司;上海漢鼎電力科技有限公司