專利名稱：自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法，屬于電力系統(tǒng)對時(shí)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大容量、超高壓、遠(yuǎn)距離輸電日益增多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 也日趨復(fù)雜，從而電力系統(tǒng)的時(shí)鐘同步就顯得越來越重要。由此，時(shí)鐘同步技術(shù)在電力系統(tǒng) 中得到廣泛應(yīng)用。目前，時(shí)鐘同步已應(yīng)用于電力調(diào)度系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置、EMS能量管理系 統(tǒng)、故障錄波器、分布式RTU(遠(yuǎn)動終端)、變電站綜合自動化系統(tǒng)及遙測、遙信的數(shù)據(jù)處理以 及高壓輸電線路故障測距等。時(shí)間同步包括絕對時(shí)間同步和相對時(shí)間同步。前者是指與國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC (Universal Time Coordinated)同步，后者是指一個系統(tǒng)內(nèi)的各部分時(shí)鐘同步。對于廣域 時(shí)間同步系統(tǒng)來說，主要用到的是相對時(shí)間同步，但是如果能夠保證時(shí)鐘達(dá)到絕對時(shí)間同 步，那么自然就能滿足相對時(shí)間同步了，這樣要建立統(tǒng)一的廣域同步時(shí)間系統(tǒng)就必須依賴 于一個公共時(shí)間基準(zhǔn)。全球定位系統(tǒng)GPS作為世界上傳播范圍最廣精度最高的授時(shí)系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)時(shí) 間同步系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。對時(shí)服務(wù)器的主要原理是利用GPS信號接收機(jī)從GPS衛(wèi)星系統(tǒng) 獲取GPS時(shí)鐘秒脈沖和該脈沖跳變時(shí)刻對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(UTC)，并由GPS信號預(yù)處理模 塊將接收的GPS基準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的時(shí)鐘信號，再由信號發(fā)生模塊將時(shí)鐘信號調(diào)制成所 需的時(shí)鐘信號，如IRIG-B碼、秒脈沖、分脈沖等。當(dāng)GPS信號正常時(shí)，對時(shí)服務(wù)器輸出的時(shí) 鐘信號與GPS模塊輸出的秒脈沖同步；但GPS接收機(jī)有偶爾失星的不正?，F(xiàn)象，此時(shí)GPS接 收機(jī)輸出的秒脈沖不可靠，不能使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高同步時(shí)鐘的均勻性和守時(shí)性能的自適應(yīng)晶振 頻率守時(shí)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法包括以下步驟 (a)對時(shí)服務(wù)器接收GPS衛(wèi)星信號，并調(diào)制成所需的IRIG-B碼信號；
(b)在GPS鎖星狀態(tài)時(shí)，對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信號以GPS模塊輸出時(shí)鐘信號 為基準(zhǔn)，同時(shí)用計(jì)數(shù)器監(jiān)測晶振在時(shí)間N秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算得到晶振的振蕩頻率f，
(c)在GPS失星狀態(tài)時(shí)，對時(shí)服務(wù)器檢測接收的IRIG-B碼信號，通過IRIG-B碼中 的時(shí)間質(zhì)量信息判別是否為正常同步信號，若為正常同步信號，則對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信 號以IRIG-B碼信號為基準(zhǔn)，同時(shí)用計(jì)數(shù)器監(jiān)測晶振在時(shí)間N秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算得到晶
振的振蕩頻率f,/ =CIN ；若不是正常同步信號，則對時(shí)服務(wù)器根據(jù)同步時(shí)晶振在時(shí)間N 秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C所得到的晶振頻率，設(shè)C除以N的商為A，余數(shù)為B，根據(jù)余數(shù)B與時(shí)間N的關(guān)系自適應(yīng)地輸出時(shí)鐘信號。進(jìn)一步的，所述步驟(C)中根據(jù)余數(shù)B與時(shí)間N的關(guān)系自適應(yīng)地輸出時(shí)鐘信號 ⑴當(dāng)S < 時(shí)，在2B秒內(nèi)，晶振計(jì)數(shù)交替使用輸出秒脈沖；大于2B
秒，秒脈沖晶振計(jì)數(shù)Js;
( )當(dāng)β > jf/2時(shí),在2 χ I)秒內(nèi)，晶振計(jì)數(shù)^交替使用輸出秒脈沖 λ j--2x(iV- B)秒，晶振計(jì)數(shù)^輸出秒脈沖。進(jìn)一步的，所述晶振為恒溫晶振0CX0。本發(fā)明的守時(shí)方法對恒溫晶振計(jì)數(shù)的余數(shù)采用了智能均勻分?jǐn)偛呗?，提供了同?時(shí)鐘的均勻性和守時(shí)性能，在晶振頻率溫度穩(wěn)定為IO^級別時(shí)，能保證秒脈沖時(shí)間偏差小 于IOus/小時(shí)。


圖1是本發(fā)明對時(shí)方法的流程圖2是晶振計(jì)數(shù)余數(shù)小于0. 5N時(shí)對時(shí)服務(wù)器秒脈沖輸出示意圖； 圖3是晶振計(jì)數(shù)余數(shù)大于0. 5N時(shí)對時(shí)服務(wù)器秒脈沖輸出示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法的特點(diǎn)在于，既可利用GPS衛(wèi)星信號守時(shí)，也 可利用接收的IRIG-B碼信號守時(shí)，且根據(jù)情況不同自適應(yīng)地輸出秒脈沖，改善了對時(shí)服務(wù) 器的守時(shí)精度和時(shí)鐘信號的均勻性。本發(fā)明的自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法實(shí)施例流程圖如圖1所示，步驟如下 (1)對時(shí)服務(wù)器接收GPS衛(wèi)星信號，并調(diào)制成所需的IRIG-B碼信號；
(2)判斷對時(shí)服務(wù)器的GPS信號接收機(jī)是否能及時(shí)從GPS衛(wèi)星系統(tǒng)獲取GPS時(shí) 鐘信號，即是否在GPS鎖星狀態(tài)，若是，則對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信號以GPS模塊輸出的信 號為基準(zhǔn)來輸出時(shí)鐘信號，同時(shí)用計(jì)數(shù)器監(jiān)測恒溫晶振OCXO (Ovr Controlled Crystals
Oscillator)在時(shí)間N秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算得到恒溫晶振OCXO的振蕩頻率f，f =CfN;
hi
若不是，則進(jìn)入下一步；
(3)對時(shí)服務(wù)器檢測接收的IRIG-B碼信號，判斷是否為正常同步信號，若是正常 同步信號，則對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信號以IRIG-B碼信號為基準(zhǔn)來輸出時(shí)鐘信號，同時(shí)用計(jì) 數(shù)器監(jiān)測恒溫晶振OCXO在時(shí)間N秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算得到恒溫晶振OCXO的振蕩頻率f，
f 若不是正常同步信號，則進(jìn)入下一步；
(4)對時(shí)服務(wù)器根據(jù)得到的恒溫晶振OCXO頻率，由于N不一定能夠被C整除，設(shè)商 為A，余數(shù)為B，根據(jù)余數(shù)與時(shí)間N的關(guān)系，按照如下方式自適應(yīng)地輸出秒脈沖
(a)、|'|丑；時(shí)，在2B秒內(nèi)，秒脈沖晶振計(jì)數(shù)^4+ 1，^4交替使用；大于2B秒，秒脈 沖晶振計(jì)數(shù)
(b)當(dāng)NIJM-,{\··2 y (N- 5)秒內(nèi)，秒脈沖晶振計(jì)數(shù)』+ 1, 4交替使用；大于2 χ (ΛΓ- I)秒，秒脈沖晶振計(jì)數(shù)yj。判斷對時(shí)服務(wù)器守時(shí)，即利用鎖星狀態(tài)的GPS衛(wèi)星信號或IRIG-B碼同步信號，測 量恒溫晶振OCXO的頻率，當(dāng)外部基準(zhǔn)信號失步時(shí)，以測量的恒溫晶振OCXO頻率為基準(zhǔn)輸出 秒脈沖等時(shí)鐘信號。由于恒溫晶振OCXO具有相當(dāng)高的穩(wěn)定度，其隨機(jī)誤差遠(yuǎn)小于GPS秒時(shí) 鐘的隨機(jī)誤差，因此晶振秒時(shí)鐘的隨機(jī)誤差可以忽略。GPS接收機(jī)輸出的秒時(shí)鐘與國際標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)間(UTC)存在一定的誤差屬于隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分布，取樣本數(shù)為η,則有
ε^ηφ,σ2)⑴
不同的GPS接收機(jī)，U數(shù)值大小不同。由于隨機(jī)誤差的存在，每個GPS秒時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)間存在誤差，設(shè)η個秒時(shí)鐘實(shí)際
時(shí)間長度序列為4!2,〖3廣"-4,每個秒時(shí)鐘對應(yīng)的隨機(jī)誤差為%^, %,■"*"，^n ，標(biāo)準(zhǔn)秒時(shí)鐘為irv則有
由式(2)得隨機(jī)誤差平均值為
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(a)對時(shí)服務(wù)器接收GPS衛(wèi)星信號，并調(diào)制成所需的IRIG-B碼信號；(b)在GPS鎖星狀態(tài)時(shí)，對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信號以GPS模塊輸出時(shí)鐘信號 為基準(zhǔn)，同時(shí)用計(jì)數(shù)器監(jiān)測晶振在時(shí)間N秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算得到晶振的振蕩頻率f， f=C/N；(c)在GPS失星狀態(tài)時(shí)，對時(shí)服務(wù)器檢測接收的IRIG-B碼信號，通過IRIG-B碼中 的時(shí)間質(zhì)量信息判別是否為正常同步信號，若為正常同步信號，則對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信 號以IRIG-B碼信號為基準(zhǔn)，同時(shí)用計(jì)數(shù)器監(jiān)測晶振在時(shí)間N秒內(nèi)的計(jì)數(shù)值C，計(jì)算得到晶振 的振蕩頻率f，/= C/JV ；若不是正常同步信號，則對時(shí)服務(wù)器根據(jù)同步時(shí)晶振在時(shí)間N秒 內(nèi)的計(jì)數(shù)值C所得到的晶振頻率，設(shè)C除以N的商為A，余數(shù)為B，根據(jù)余數(shù)B與時(shí)間N的關(guān) 系自適應(yīng)地輸出時(shí)鐘信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法，其特征在于所述步驟(c)中根 據(jù)余數(shù)B與時(shí)間N的關(guān)系自適應(yīng)地輸出時(shí)鐘信號(i)當(dāng)S< JV/2時(shí)，在2B秒內(nèi)，晶振計(jì)數(shù)乂+ 1，乂交替使用輸出秒脈沖；大于2B秒， 秒脈沖晶振計(jì)數(shù)j ；( )當(dāng)S>JV/2時(shí),在2 χ(I- 5)秒內(nèi)，晶振計(jì)數(shù)乂 + 1，j交替使用輸出秒脈沖；大于 2 χ (N- S)秒，晶振計(jì)數(shù)j輸出秒脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法，其特征在于所述晶振為恒 溫晶振OCXO。
全文摘要
本發(fā)明涉及自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方法，本方法既可利用本時(shí)鐘的GPS衛(wèi)星信號守時(shí)，也可利用接收的備用時(shí)鐘或上一級時(shí)鐘發(fā)送的IRIG-B碼信號守時(shí)，在鎖星狀態(tài)時(shí)，對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信號以GPS模塊輸出時(shí)鐘信號為基準(zhǔn)，同時(shí)測量晶振的頻率；在失星狀態(tài)時(shí)，檢測接收的IRIG-B碼信號，如為正常同步信號，對時(shí)服務(wù)器輸出時(shí)鐘信號以IRIG-B碼信號為基準(zhǔn)，同時(shí)測量晶振的頻率；在基準(zhǔn)信號失步時(shí)，對時(shí)服務(wù)器根據(jù)同步時(shí)測量的晶振頻率，采用自適應(yīng)晶振頻率守時(shí)方式輸出時(shí)鐘信號；守時(shí)方法對晶振計(jì)數(shù)的余數(shù)采用了智能均勻分?jǐn)偛呗?，根?jù)情況自適應(yīng)地輸出秒脈沖，提高了對時(shí)服務(wù)器的守時(shí)精度和時(shí)鐘信號的均勻性，在晶振頻率溫度穩(wěn)定為10-8級別時(shí)，能保證秒脈沖時(shí)間偏差小于10μs/小時(shí)。
文檔編號G04G7/00GK102004441SQ201010589598
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者周水斌, 姬希軍, 李富生, 田志國, 趙應(yīng)兵, 閆志輝 申請人:許昌許繼軟件技術(shù)有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司