本發(fā)明涉及時鐘同步技術領域，具體涉及一種衛(wèi)星導航授時守時在時鐘同步系統(tǒng)中的解決方法。

背景技術：

軍工系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)在運行時都需要對時間、頻率進行同步，時間頻率標準的發(fā)展對于國家的經(jīng)濟、科學技術以及社會和國防安全有十分重要的意義。目前，時間頻率標準的授時同步途徑正在由短波、長波、電視等技術手段向?qū)Ш叫l(wèi)星發(fā)展。利用導航衛(wèi)星進行授時同步的主要原理是，通過導航衛(wèi)星信號接收模塊接收衛(wèi)星信號，根據(jù)接收到的導航衛(wèi)星信號中的1pps(秒脈沖)信號實現(xiàn)系統(tǒng)授時及網(wǎng)絡時鐘同步。

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的命脈，它擔負著傳送電能的重任。隨著區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)建設等，高壓輸電線路不斷增多，而由于輸電走廊途徑地區(qū)的氣候和地形條件等因素的影響，輸電線路是電力系統(tǒng)中易于發(fā)生故障的環(huán)節(jié)，及時找出故障位置、排除故障能有效提高系統(tǒng)的供電可靠性，同時對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行有重要作用?，F(xiàn)有的故障測距方法由于時間精度不夠，導致測量誤差較大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種衛(wèi)星導航授時守時在時鐘同步系統(tǒng)中的解決方法，采用衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)作為標準時間信號來進行精確的故障測距。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于衛(wèi)星導航高精度授時的故障測距系統(tǒng)，包括衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)、時間同步子系統(tǒng)、至少一個行波測距裝置、分析處理模塊；

所述衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)用于向時間同步子系統(tǒng)提供高精度的pps基準信號；

所述時間同步子系統(tǒng)用于通過接收高精度的pps基準信號使所有變電站中的行波測距裝置與衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的時間保持同步；

所述行波測距裝置用于產(chǎn)生以所在變電站為初始位置向故障點發(fā)送的行波，并記錄行波的發(fā)送時刻t1，接收經(jīng)過故障點反射回到初始位置的行波，并記錄行波的接收時刻t2，計算出故障點與初始位置的距離x，x＝1/2×νt，其中ν為光速，t＝t2-t1；

所述分析處理模塊用于根據(jù)所有變電站行波測距裝置的結(jié)果以及變電站之間的線纜距離經(jīng)過分析處理得到最終的故障位置。

進一步地，所述衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)包括：

衛(wèi)星信號接收模塊，用于跟蹤接收多顆導航衛(wèi)星發(fā)出的衛(wèi)星pps信號；

工作狀態(tài)判斷模塊，用于實時監(jiān)控衛(wèi)星信號接收模塊跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量，進而判斷授時子系統(tǒng)的工作狀態(tài)為授時狀態(tài)或守時狀態(tài)；

晶振控制模塊，用于通過一控制參數(shù)，控制恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率；

恒溫晶振，用于在晶振控制模塊的控制下輸出本地時鐘信號；

采樣模塊，用于對本地時鐘信號進行采樣，反饋給晶振控制模塊和基準信號輸出模塊；

基準信號輸出模塊，用于向外部輸出pps基準信號；

恒溫模塊，用于監(jiān)控恒溫晶振、晶振控制模塊和采樣模塊的溫度變化，并將其控制在恒定溫度；

其中，當授時子系統(tǒng)工作于授時狀態(tài)下時，晶振控制模塊根據(jù)衛(wèi)星pps信號對恒溫晶振進行馴服，使恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率調(diào)整為衛(wèi)星pps信號的標稱頻率，同時，記錄控制參數(shù)的變化情況；基準信號輸出模塊對調(diào)整后的本地時鐘信號進行分頻處理，得到pps基準信號進行輸出；

當授時子系統(tǒng)工作于守時狀態(tài)下時，晶振控制模塊根據(jù)控制參數(shù)在授時狀態(tài)下的變化情況，對本地時鐘信號的頻率進行補償調(diào)整；基準信號輸出模塊對補償調(diào)整后的本地時鐘信號進行分頻處理，得到pps基準信號進行輸出。

進一步地，所述恒溫模塊、恒溫晶振、晶振控制模塊和采樣模塊通過一外殼密封在一個密閉空間內(nèi)，所述恒溫模塊包括環(huán)境溫度傳感器、恒溫控制模塊和加熱模塊；

所述環(huán)境溫度傳感器用于檢測密閉空間的溫度；

所述加熱模塊用于工作使密閉空間溫度上升；

所述恒溫控制模塊包括一比較器，用于比較環(huán)境傳感器溫度與比較器自身設定溫度值；若環(huán)境傳感器檢測溫度低于比較器設定溫度值，恒溫控制模塊控制加熱模塊工作，使密閉空間溫度穩(wěn)定；若環(huán)境傳感器檢測溫度高于比較器設定溫度值時，停止加熱模塊的工作。

進一步地，所述衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)還包括一恒溫補償模塊，所述恒溫補償模塊包括一數(shù)字溫度傳感器，所述數(shù)字溫度傳感器緊貼恒溫晶振的金屬表面，用于檢測恒溫晶振的溫度，數(shù)字溫度傳感器連接晶振控制模塊，晶振控制模塊通過讀取數(shù)字傳感器溫度變化監(jiān)控恒溫晶振內(nèi)部的電壓變化，其對應監(jiān)控公式為：

f(y)＝cy³²+ey+f0

式中，f(y)為對應溫度下的恒溫晶振的頻率，a，b，c分別為固定參數(shù)，y為數(shù)字溫度傳感器檢測到的溫度值。

進一步地，所述晶振控制模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊、補償控制模塊、dac控制模塊和dac；

dac控制模塊用于向dac輸出控制參數(shù)；

dac用于將dac控制模塊提供的控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為對應的壓控電壓，輸出給恒溫晶振，以控制恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率；

數(shù)據(jù)處理模塊用于在授時狀態(tài)下提取衛(wèi)星pps信號的標稱頻率，提供給dac控制模塊；

補償控制模塊用于在授時狀態(tài)下記錄dac控制模塊輸出的控制參數(shù)的變化情況；還用于在守時狀態(tài)下，根據(jù)控制參數(shù)在授時狀態(tài)下的變化情況，向dac控制模塊發(fā)出補償指令；

dac控制模塊還用于在授時狀態(tài)下，根據(jù)標稱頻率和本地時鐘信號頻率之間的差異，對輸出的控制參數(shù)進行調(diào)整，使本地時鐘信號的頻率趨向于標稱頻率；還用于在守時狀態(tài)下，根據(jù)補償控制模塊的補償指令，對輸出的控制參數(shù)進行補償調(diào)整。

進一步地，所述衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)在授時狀態(tài)下，所述補償控制模塊每間隔一段固定時間，對dac控制模塊輸出的控制參數(shù)進行一次存儲；

在守時狀態(tài)下，補償控制模塊根據(jù)授時狀態(tài)下存儲的控制參數(shù)，計算出控制參數(shù)每改變1的時間周期；每經(jīng)過一個所述時間周期，補償控制模塊向dac控制模塊發(fā)送一個補償指令，使dac控制模塊輸出的控制參數(shù)對應加1或減1。

進一步地，所述時間同步子系統(tǒng)包括主時間服務器、子站時間服務器、多e1/ptp時間通道適配器和單e1/ptp時間通道適配器，所述主時間服務器與所述多e1/ptp時間通道適配器連接，所述子站時間服務器與所述單e1/ptp時間通道適配器連接，所述多e1/ptp時間通道適配器通過傳輸網(wǎng)絡與所述單e1/ptp時間通道適配器連接；

所述主時間服務器用于接收高精度的pps基準信號；

所述多e1/ptp時間通道適配器設置有以太ptp接口和多個e1接口，所述多e1/ptp時間通道適配器用于建立所述多個e1接口與子站時間服務器硬件地址的對應關系、實現(xiàn)以太ptp接口信號和e1接口信號的映射和解映射、根據(jù)ptp協(xié)議對ptp報文進行處理；

所述單e1/ptp時間通道適配器設置有單個以太ptp接口和單個e1接口，所述單e1/ptp時間通道適配器用于實現(xiàn)以太ptp接口信號和e1接口信號的映射和解映射、計算所述ptp接口信號和所述e1接口信號的映射和解映射的延時、根據(jù)所述ptp協(xié)議對ptp報文進行處理；

其中，所述多e1/ptp時間通道適配器包括：

第一同步報文處理單元，用于以廣播方式發(fā)送同步報文到所述e1接口，將所述同步報文映射到所述e1接口信號，計算所述同步報文從所述以太ptp接口到所述e1接口的處理延時，填入所述同步報文修正域字段；

第一跟隨報文處理單元，用于以廣播方式發(fā)送跟隨報文到所述e1接口，將所述跟隨報文映射到所述e1接口信號；

第一延遲計算請求報文處理單元，用于計算延遲計算請求報文從所述e1接口到所述以太ptp接口的處理延時，填入所述延遲計算請求報文的修正域，同時記錄e1接口號和所述延遲計算請求報文攜帶的所述子站時間服務器硬件地址；

第一延遲計算請求響應報文處理單元，用于根據(jù)e1接口號和所述子站時間服務器硬件地址的對應關系，將所述延遲計算請求響應報文通過和所述子站時間服務器對應的e1接口發(fā)出。

進一步地，所述單e1/ptp時間通道適配器包括：

第二同步報文處理單元，用于發(fā)送同步報文到所述e1接口和所述ptp接口，將所述同步報文分別解映射到e1接口信號和ptp接口信號，計算所述同步報文在e1接口到所述ptp接口的解映射延時，填入同步報文修正域字段；

第二跟隨報文處理單元，用于發(fā)送跟隨報文到所述e1接口和所述ptp接口，將所述跟隨報文分別解映射到所述e1接口信號和所述ptp接口信號；

第二延遲計算請求報文處理單元，用于實現(xiàn)子站ptp接口信號到e1接口信號上映射，計算所述子站ptp接口信號到所述e1接口信號的映射延時，填入所述延遲計算請求報文的修正域；

第二延遲計算請求響應報文處理單元，用于發(fā)送延遲計算請求響應報文到所述e1接口和所述ptp接口，將所述延遲計算請求響應報文分別解映射到所述e1接口信號和所述ptp接口信號。

進一步地，所述多e1/ptp時間通道適配器和所述單e1/ptp時間通道適配器均通過fpga設計實現(xiàn)；

所述傳輸網(wǎng)絡為同步數(shù)字傳輸體系；

所述子站時間服務器包括ptp從鐘接口，所述子站時間服務器處理ieee1588v2協(xié)議；

所述以太ptp接口物理接口為百兆/千兆以太網(wǎng)光電口；

所述單e1/ptp時間通道適配器的個數(shù)在2到32之間；

所述單e1/ptp時間通道適配器和所述子站時間服務器的個數(shù)相等。

一種基于衛(wèi)星導航高精度授時的故障測距方法，包括：

衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)向時間同步子系統(tǒng)提供高精度的pps基準信號；

時間同步子系統(tǒng)通過接收高精度的pps基準信號使所有變電站中的行波測距裝置與衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的時間保持同步；

行波測距裝置產(chǎn)生以所在變電站為初始位置向故障點發(fā)送的行波，并記錄行波的發(fā)送時刻t1，接收經(jīng)過故障點反射回到初始位置的行波，并記錄行波的接收時刻t2，計算出故障點與初始位置的距離x，x＝1/2×vt，其中v為光速，t＝t2-t1；

分析處理模塊用于根據(jù)所有變電站行波測距裝置的結(jié)果以及變電站之間的線纜距離經(jīng)過分析處理得到最終的故障位置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明采用衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)作為標準時間信號，由于行波的速度是光速，t(時間)的精度將決定距離的精度，而衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的時鐘實時精度1e-10，理想情況它的測距精度可達30米以內(nèi)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明基于衛(wèi)星導航高精度授時的故障測距系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；

圖2是本發(fā)明故障測距的原理示意圖；

圖3是本發(fā)明衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；

圖4是本發(fā)明恒溫模塊調(diào)整過程中溫度隨時間變化的曲線圖；

圖5是本發(fā)明恒溫控制模塊的實現(xiàn)原理圖；

圖6是本發(fā)明恒溫晶振的頻率隨環(huán)境溫度變化的曲線圖；

圖7是本發(fā)明晶振控制模塊的結(jié)構示意圖；

圖8是本發(fā)明衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)授時方法的流程示意圖；

圖9是本發(fā)明的恒溫晶振的控制結(jié)構示意圖；

圖10是本發(fā)明時間同步子系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；

圖11是本發(fā)明基于衛(wèi)星導航高精度授時的故障測距方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。需要指出的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星導航高精度授時的故障測距系統(tǒng)，包括衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)、時間同步子系統(tǒng)、至少一個行波測距裝置、分析處理模塊；

所述衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)用于向時間同步子系統(tǒng)提供高精度的pps基準信號；

所述時間同步子系統(tǒng)用于通過接收高精度的pps基準信號使所有變電站中的行波測距裝置與衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的時間保持同步；

所述行波測距裝置用于產(chǎn)生以所在變電站為初始位置向故障點發(fā)送的行波，并記錄行波的發(fā)送時刻t1，接收經(jīng)過故障點反射回到初始位置的行波，并記錄行波的接收時刻t2，計算出故障點與初始位置的距離x，x＝1/2×νt，其中ν為光速，t＝t2-t1；

所述分析處理模塊用于根據(jù)所有變電站行波測距裝置的結(jié)果以及變電站之間的線纜距離經(jīng)過分析處理得到最終的故障位置。

如圖2所示，首先a變電站的行波測距裝置產(chǎn)生以a變電站為初始位置向故障點發(fā)送的行波，并記錄行波的發(fā)送時刻t1，接收經(jīng)過故障點反射回到初始位置的行波，并記錄行波的接收時刻t2，計算出故障點與初始位置的距離x，x＝1/2×vt，其中ν為光速，t＝t2-t1；

然后b變電站的行波測距裝置產(chǎn)生以b變電站為初始位置向故障點發(fā)送的行波，并記錄行波的發(fā)送時刻t3，接收經(jīng)過故障點反射回到初始位置的行波，并記錄行波的接收時刻t4，計算出故障點與初始位置的距離x，x＝1/2×vt，其中v為光速，t＝t4-t3；

最后分析處理模塊根據(jù)a、b變電站行波測距裝置的結(jié)果以及a、b變電站之間的線纜距離經(jīng)過分析處理得到最終的故障位置。

如圖3所示，所述衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)包括：

衛(wèi)星信號接收模塊，用于跟蹤接收多顆導航衛(wèi)星發(fā)出的衛(wèi)星pps信號；

工作狀態(tài)判斷模塊，用于實時監(jiān)控衛(wèi)星信號接收模塊跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量，進而判斷授時子系統(tǒng)的工作狀態(tài)為授時狀態(tài)或守時狀態(tài)；

晶振控制模塊，用于通過一控制參數(shù)，控制恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率；

恒溫晶振，用于在晶振控制模塊的控制下輸出本地時鐘信號；

采樣模塊，用于對本地時鐘信號進行采樣，反饋給晶振控制模塊和基準信號輸出模塊；

基準信號輸出模塊，用于向外部輸出pps基準信號；

恒溫模塊，用于監(jiān)控恒溫晶振、晶振控制模塊和采樣模塊的溫度變化，并將其控制在恒定溫度；

其中，當授時子系統(tǒng)工作于授時狀態(tài)下時，晶振控制模塊根據(jù)衛(wèi)星pps信號對恒溫晶振進行馴服，使恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率調(diào)整為衛(wèi)星pps信號的標稱頻率，同時，記錄控制參數(shù)的變化情況；基準信號輸出模塊對調(diào)整后的本地時鐘信號進行分頻處理，得到pps基準信號進行輸出；

當授時子系統(tǒng)工作于守時狀態(tài)下時，晶振控制模塊根據(jù)控制參數(shù)在授時狀態(tài)下的變化情況，對本地時鐘信號的頻率進行補償調(diào)整；基準信號輸出模塊對補償調(diào)整后的本地時鐘信號進行分頻處理，得到pps基準信號進行輸出。

作為優(yōu)選的，所述恒溫模塊、恒溫晶振、晶振控制模塊和采樣模塊通過一外殼密封在一個密閉空間內(nèi)，在本實施例中采用金屬外殼進行密封；所述恒溫模塊包括環(huán)境溫度傳感器、恒溫控制模塊和加熱模塊；

所述環(huán)境溫度傳感器用于檢測密閉空間的溫度；

所述加熱模塊用于工作使密閉空間溫度上升；

所述恒溫控制模塊包括一比較器，用于比較環(huán)境傳感器溫度與比較器自身設定溫度值；若環(huán)境傳感器檢測溫度低于比較器設定溫度值，恒溫控制模塊控制加熱模塊工作，經(jīng)過反復震蕩，最終穩(wěn)定在一個理想數(shù)據(jù)，使密閉空間溫度穩(wěn)定，溫度的變化規(guī)律如圖4所示；若環(huán)境傳感器檢測溫度溫度高于比較器設定溫度值時，停止加熱模塊的工作。

在本實施例中，恒溫控制模塊的實現(xiàn)原理如圖5所示，溫度傳感器的電阻值隨著溫度的變化，加在運放的4腳電壓(vtemp)發(fā)送變化；而r20與r24產(chǎn)生的電壓v常(r24×(vcc/(r20+r24)))不變；

運放的輸出電壓：

vout＝v常-vtemp；

當外界溫度變小時，溫度傳感器電阻的電阻增大，如下面公式vtemp的電壓增大；

vtemp＝r17×(vcc/(r17+r16))

當溫度降到一定的程度，vout的電壓輸出0v，打開加熱管，相反當溫度升到一定程度時，vout的電壓輸出大于0v，從而控制三極管的功率大小。

在實際使用中，恒溫晶振的頻率與環(huán)境溫度的對應關系如圖6曲線所示，該曲線的變化規(guī)律符合下列5階公式：

f(x)＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f0

式中，x表示環(huán)境溫度值，f(x)為對應的恒溫晶振的頻率，a，b，c，d，e分別為固定參數(shù)，f0為標準頻率。

因此在本實施例中，還包括一恒溫補償模塊，所述恒溫補償模塊包括一數(shù)字溫度傳感器，所述數(shù)字溫度傳感器緊貼恒溫晶振的金屬表面，用于檢測恒溫晶振的溫度，數(shù)字溫度傳感器連接晶振控制模塊，晶振控制模塊通過讀取數(shù)字傳感器溫度變化監(jiān)控恒溫晶振內(nèi)部的電壓變化，其對應監(jiān)控公式為：

f(y)＝cy³+dy²+ey+f0

式中，f(y)為對應溫度下的恒溫晶振的頻率，c，d，e分別為固定參數(shù)(是由頻率，溫度變化，頻率調(diào)整參數(shù)確定)，y為數(shù)字溫度傳感器檢測到的溫度值。

在本實施例中，如圖7所示，所述晶振控制模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊、補償控制模塊、dac控制模塊和dac；

dac控制模塊用于向dac輸出控制參數(shù)；

dac用于將dac控制模塊提供的控制參數(shù)轉(zhuǎn)換為對應的壓控電壓，輸出給恒溫晶振，以控制恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率；

數(shù)據(jù)處理模塊用于在授時狀態(tài)下提取衛(wèi)星pps信號的標稱頻率，提供給dac控制模塊；

補償控制模塊用于在授時狀態(tài)下記錄dac控制模塊輸出的控制參數(shù)的變化情況；

還用于在守時狀態(tài)下，根據(jù)控制參數(shù)在授時狀態(tài)下的變化情況，向dac控制模塊發(fā)出補償指令；

dac控制模塊還用于在授時狀態(tài)下，根據(jù)標稱頻率和本地時鐘信號頻率之間的差異，對輸出的控制參數(shù)進行調(diào)整，使本地時鐘信號的頻率趨向于標稱頻率；還用于在守時狀態(tài)下，根據(jù)補償控制模塊的補償指令，對輸出的控制參數(shù)進行補償調(diào)整。

作為優(yōu)選的，在授時狀態(tài)下，所述補償控制模塊每間隔一段固定時間，對dac控制模塊輸出的控制參數(shù)進行一次存儲；

在守時狀態(tài)下，補償控制模塊根據(jù)授時狀態(tài)下存儲的控制參數(shù)，計算出控制參數(shù)每改變1的時間周期；每經(jīng)過一個所述時間周期，補償控制模塊向dac控制模塊發(fā)送一個補償指令，使dac控制模塊輸出的控制參數(shù)對應加1或減1。

如圖8所示，本發(fā)明提供了衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的授時方法，包括：

s1、確認授時子系統(tǒng)是否定位成功：當授時子系統(tǒng)定位成功時，進入授時狀態(tài)；當授時子系統(tǒng)定位失敗時，進入守時狀態(tài)，恒溫模塊及恒溫補償模塊對系統(tǒng)溫度進行監(jiān)控和調(diào)整，使子系統(tǒng)始終處于恒定溫度；

s2、判斷衛(wèi)星信號接收模塊提供的衛(wèi)星pps信號是否持續(xù)有效：當衛(wèi)星pps信號持續(xù)有效時，授時子系統(tǒng)維持在授時狀態(tài)；當衛(wèi)星pps信號失效時，授時子系統(tǒng)進入守時狀態(tài)；

s3、利用衛(wèi)星pps信號進行授時：當授時子系統(tǒng)處于授時狀態(tài)時，晶振控制模塊根據(jù)衛(wèi)星pps信號對恒溫晶振進行馴服，使恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率調(diào)整為衛(wèi)星pps信號的標稱頻率，然后對調(diào)整后本地時鐘信號進行分頻處理，得到pps基準信號進行輸出；

s4、利用本地時鐘信號進行守時：當授時子系統(tǒng)處于守時狀態(tài)時，斷開衛(wèi)星pps信號，對本地時鐘信號進行分頻處理，得到pps基準信號進行輸出。

在步驟s1中，所述恒溫的監(jiān)控和調(diào)整方法已有描述，因此不再贅述。

其中，s1和s2的目的在于判斷衛(wèi)星信號接收模塊提供的衛(wèi)星pps信號的有效性，進而決定授時子系統(tǒng)目前應當工作于授時狀態(tài)還是守時狀態(tài)。

具體地，在s1中，當衛(wèi)星信號接收模塊跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量大于或等于4顆時，則判定授時子系統(tǒng)定位成功，即衛(wèi)星信號接收模塊提供的衛(wèi)星pps信號有效，授時子系統(tǒng)進入授時狀態(tài)。跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量小于4顆時，則判定授時子系統(tǒng)定位失敗，即衛(wèi)星信號接收模塊提供的衛(wèi)星pps信號無效，授時子系統(tǒng)進入守時狀態(tài)。

在s2中，當衛(wèi)星信號接收模塊跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量持續(xù)大于2或等于2顆時，則認定衛(wèi)星信號接收模塊提供的衛(wèi)星pps信號依然保持有效，該衛(wèi)星pps信號可用于授時，授時子系統(tǒng)維持在授時狀態(tài)；而一旦跟蹤到的衛(wèi)星數(shù)量小于2顆，則認定衛(wèi)星信號接收模塊提供的衛(wèi)星pps信號失效，該衛(wèi)星pps信號不可用于授時，授時子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到守時狀態(tài)。當授時子系統(tǒng)處于守時狀態(tài)時，需要重新按照s1的判斷條件定位成功后才可轉(zhuǎn)換到授時狀態(tài)。

需要說明的是，s3和s4是并列的，分別定義了授時子系統(tǒng)在授時狀態(tài)和守時狀態(tài)下的工作方式，兩者之間并不存在先后關系。通過s1和s2的判斷，使授時子系統(tǒng)在s3的授時狀態(tài)和s4的守時狀態(tài)之間切換。

為了在衛(wèi)星pps信號失效后，授時子系統(tǒng)的本地時鐘信號頻率仍能保持較高的精度，從而使得在守時狀態(tài)下有本地時鐘信號分頻得到的pps基準信號仍能保持與衛(wèi)星同步，本發(fā)明實施例對s3和s4的具體工作方式進行了改進。

作為改進，在s3中，還包括，記錄晶振控制模塊對恒溫晶振進行馴服時輸出的控制參數(shù)的變化情況；

在s4中，在對本地時鐘信號進行分頻處理之前，還包括，根據(jù)控制參數(shù)在授時狀態(tài)下的變化情況，對本地時鐘信號的頻率進行補償調(diào)整。

從本質(zhì)上來說，本發(fā)明實施例對于s3和s4的改進在于，在授時狀態(tài)下記錄本地時鐘信號的頻率變化情況，并且總結(jié)其變化規(guī)律，以期實現(xiàn)在守時狀態(tài)下對本地時鐘信號的頻率進行自動補償。

實際上，由于在馴服過程中，所述恒溫晶振輸出的本地時鐘信號的頻率是不斷調(diào)整的，即晶振控制模塊每一時刻都在使恒溫晶振的輸出頻率趨向于標稱頻率，這種調(diào)整需要一個時間過程，而不是能夠立即實現(xiàn)的；因此，我們無法直接記錄本地時鐘信號的頻率變化。

現(xiàn)有技術中，晶振控制模塊通常包括一dac(digitaltoanalogconverter，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器)和一dac控制模塊，如圖9所示，dac控制模塊(通常為單片機)向dac發(fā)送20位的dac_data，dac根據(jù)dac_data的大小改變其輸出的壓控電壓vc，壓控電壓vc輸入到恒溫晶振的壓控腳，壓控電壓vc改變，恒溫晶振的輸出頻率也跟著變化。壓控電壓vc的大小與dac_data的大小成正比關系，而恒溫晶振的輸出頻率大小又與壓控電壓vc成正比關系。其中，dac_data即為以上所述的控制參數(shù)。

馴服過程中，為了把恒溫晶振的輸出頻率鎖定在標稱頻率，dac_data是不斷變化的，dac_data值隨時間的變化即對應地反映了恒溫晶振的輸出頻率隨時間的變化；所以，可以通過記錄dac_data的值來代替所述本地時鐘信號的頻率。

具體地，在s3的授時狀態(tài)下記錄控制參數(shù)變化情況的方法為：每隔1個小時，將晶振控制模塊輸出的控制參數(shù)(即以上所述的dac控制模塊輸出的dac_data)進行一次存儲，連續(xù)記錄24小時。

當衛(wèi)星pps信號失效時，授時子系統(tǒng)進入守時狀態(tài)，由授時子系統(tǒng)在授時狀態(tài)下記錄的控制參數(shù)，能夠計算出該控制參數(shù)在24小時內(nèi)的變化值δdac＝dac24-dacl。為了使所述本地時鐘信號的頻率與標稱頻率保持相對恒定，在未來24小時內(nèi)，所述dac控制模塊必須改變等值的dac_data來補償恒溫晶振。當δdac為正時，dac_data在24小時內(nèi)增加|δdac|，當δdac為負時，dac_data在24小時內(nèi)減小|δdac|。

具體地，在s4中，對本地時鐘信號的頻率進行補償調(diào)整的方法為：以秒為單位，計算出授時狀態(tài)下的控制參數(shù)每改變1的時間周期δt＝24*60*60/δdac；在守時狀態(tài)下，每經(jīng)過一個所述時間周期，將晶振控制模塊輸出的控制參數(shù)對應加1或減1；dac輸出的壓控電壓vc也隨著增大或者減小，從而控制恒溫晶振的輸出頻率保持恒定。

如圖10所示，所述時間同步子系統(tǒng)包括主時間服務器、子站時間服務器、多e1/ptp時間通道適配器和單e1/ptp時間通道適配器，所述主時間服務器與所述多e1/ptp時間通道適配器連接，所述子站時間服務器與多個所述單e1/ptp時間通道適配器連接，所述多e1/ptp時間通道適配器通過傳輸網(wǎng)絡與多個所述單e1/ptp時間通道適配器連接；

所述主時間服務器用于接收高精度的pps基準信號；

所述多e1/ptp時間通道適配器設置有以太ptp接口和多個e1接口，所述多e1/ptp時間通道適配器用于建立所述多個e1接口與子站時間服務器硬件地址的對應關系、實現(xiàn)以太ptp接口信號和e1接口信號的映射和解映射、根據(jù)ptp協(xié)議對ptp報文進行處理；

所述單e1/ptp時間通道適配器設置有單個以太ptp接口和單個e1接口，所述單e1/ptp時間通道適配器用于實現(xiàn)以太ptp接口信號和e1接口信號的映射和解映射、計算所述ptp接口信號和所述e1接口信號的映射和解映射的延時、根據(jù)所述ptp協(xié)議對ptp報文進行處理。

本發(fā)明時間同步子系統(tǒng)，包括多e1/ptp時間通道適配器和單e1/ptp時間通道適配器，所述多e1/ptp時間通道適配器通過傳輸網(wǎng)絡與所述單e1/ptp時間通道適配器進行信息交互，實現(xiàn)時間同步，由于在整個時間同步的過程中參與設備數(shù)量少，其數(shù)據(jù)交互僅僅是在主時間服務器、多e1/ptp時間通道適配器、單e1/ptp時間通道適配器和子站時間服務器之間進行交互，所以其延時大大減少、其時間同步精度有了很大的提高，所以本發(fā)明時間同步子系統(tǒng)是一種結(jié)構簡單且具有良好同步精度的時間同步子系統(tǒng)。

所述多e1/ptp時間通道適配器和所述單e1/ptp時間通道適配器均通過fpga設計實現(xiàn)。

所述多e1/ptp時間通道適配器包括：

第一同步報文處理單元，用于以廣播方式發(fā)送同步報文到所述e1接口，將所述同步報文映射到所述e1接口信號，計算所述同步報文從所述以太ptp接口到所述e1接口的處理延時，填入所述同步報文修正域字段；

第一跟隨報文處理單元，用于以廣播方式發(fā)送跟隨報文到所述e1接口，將所述跟隨報文映射到所述e1接口信號；

第一延遲計算請求報文處理單元，用于計算延遲計算請求報文從所述e1接口到所述以太ptp接口的處理延時，填入所述延遲計算請求報文的修正域，同時記錄e1接口號和所述延遲計算請求報文攜帶的所述子站時間服務器硬件地址；

第一延遲計算請求響應報文處理單元，用于根據(jù)e1接口號和所述子站時間服務器硬件地址的對應關系，將所述延遲計算請求響應報文通過和所述子站時間服務器對應的e1接口發(fā)出。

所述單e1/ptp時間通道適配器包括：

第二同步報文處理單元，用于發(fā)送同步報文到所述e1接口和所述ptp接口，將所述同步報文分別解映射到e1接口信號和ptp接口信號，計算所述同步報文在e1接口到所述ptp接口的解映射延時，填入同步報文修正域字段；

第二跟隨報文處理單元，用于發(fā)送跟隨報文到所述e1接口和所述ptp接口，將所述跟隨報文分別解映射到所述e1接口信號和所述ptp接口信號；

第二延遲計算請求報文處理單元，用于實現(xiàn)子站ptp接口信號到e1接口信號上映射，計算所述子站ptp接口信號到所述e1接口信號的映射延時，填入所述延遲計算請求報文的修正域；

第二延遲計算請求響應報文處理單元，用于發(fā)送延遲計算請求響應報文到所述e1接口和所述ptp接口，將所述延遲計算請求響應報文分別解映射到所述e1接口信號和所述ptp接口信號。

下面將詳細說明多e1/ptp時間通道適配器和單e1/ptp時間通道適配器對報文的處理過程。

主站發(fā)往子站的同步報文(ptpsync報文)的處理過程。

主時間服務器發(fā)出ptpsync報文，多e1/ptp時間通道適配器收到ptpsync報文，啟動以太ptp接口到e1接口的映射過程，完成ptpsync報文到所有n個e1接口的映射，相當于ptpsync報文向所有n個e1接口廣播。同時計算以太ptp接口sync報文入到e1接口出的處理延時(各e1接口分別計算)，填入sync報文修正域字段correctfieldsync1。子站時間服務器e1接口處的報文為ptpsync報文+correctfieldsync1。傳輸網(wǎng)絡透傳這個報文，單e1/ptp時間通道適配器設備e1接口入的報文也是ptpsync報文+correctfieldsync1。單e1/ptp時間通道適配器設備收到ptpsync報文+correctfieldsync1報文，啟動，e1接口信號到ptp接口信號解映射，計算e1接口到ptp接口的解映射延時，填入sync報文修正域字段correctfieldsync2。單e1/ptp時間通道適配器設備以太ptp接口出的報文為ptpsync報文+correctfieldsync1+correctfieldsync2到達子站時間服務器設備。

主站發(fā)往子站的跟隨報文(ptpfollowup)報文的處理過程。

主時間服務器設備發(fā)出ptpfollowup報文(ptpfollowup報文)，多e1/ptp時間通道適配器設備收到ptpfollowup報文報文，啟動以太ptp接口到e1接口的映射過程，完成ptpfollowup報文報文到所有n個e1接口的映射，相當于ptpfollowup報文報文向所有n個e1接口廣播。傳輸網(wǎng)絡透傳ptpfollowup報文報文，單e1/ptp時間通道適配器設備進行e1接口信號到ptp接口信號解映射，透傳ptpfollowup報文報文。子站時間服務器設備收ptpfollowup報文報文。

子站發(fā)往主站的延遲計算請求報文(ptpdelay_req報文)的處理過程。

子站時間服務器設備收到ptpsync報文報文和ptpfollowup報文報文后，發(fā)出ptpdelay_req報文(ptpdelay_req報文)。單e1/ptp時間通道適配器設備收到ptpdelay_req報文報文，啟動以太ptp接口到e1接口的映射過程，計算以太ptp接口ptpdelay_req報文報文入到e1接口出的處理延時，填入delay_req報文修正域字段correctfielddelayreq2。單e1/ptp時間通道適配器設備e1接口出的報文為ptpdelay_req報文+correctfielddelayreq2。傳輸網(wǎng)絡透傳這個報文，多e1/ptp時間通道適配器設備e1接口入的報文也是ptpdelay_req報文+correctfielddelayreq2。多e1/ptp時間通道適配器設備收到ptpdelay_req報文+correctfielddelayreq2報文，啟動e1接口信號到ptp接口信號解映射，計算e1接口到ptp接口的解映射延時，填入delay_req報文修正域字段correctfielddelayreq1。多e1/ptp時間通道適配器設備從ptpdelay_req報文報文中提取源mac(子站mac)地址，并記錄子站時間服務器硬件地址和e1接口號之間的對應關系。多e1/ptp時間通道適配器設備以太ptp接口出的報文為ptpdelay_req報文+correctfielddelayreq2+correctfielddelayreq1到達主時間服務器設備。

主站發(fā)往子站的延遲計算請求響應報文(ptpdelay_resp報文)的處理過程。

主時間服務器設備收到ptpdelay_req報文報文后，發(fā)出ptpdelay_resp報文(ptpdelay_resp報文)。多e1/ptp時間通道適配器設備收到ptpdelay_resp報文報文，提取ptpdelay_resp報文報文中的目的mac地址(子站時間服務器硬件地址)，根據(jù)多e1/ptp時間通道適配器設備子站時間服務器硬件地址和e1接口號之間的對應關系，確定需要啟動以太ptp接口到e1接口的映射過程的e1接口號，完成ptpdelay_resp報文報文到確定e1接口的映射。傳輸網(wǎng)絡透傳ptpdelay_resp報文報文，單e1/ptp時間通道適配器設備進行e1接口信號到ptp接口信號解映射，透傳ptpdelay_resp報文報文。子站時間服務器設備收ptpdelay_resp報文報文。

所述傳輸網(wǎng)絡為同步數(shù)字傳輸體系。

同步數(shù)字體系是一種光纖通信系統(tǒng)中的數(shù)字通信體系，光纖通信在電信網(wǎng)中獲得了廣泛的應用，其具有傳輸質(zhì)量高，可靠性高，保密性強；網(wǎng)絡時延小，抗干擾能力強，無噪聲積累、全透明網(wǎng)絡；靈活的連接方式，組網(wǎng)環(huán)境；采用路由迂回和備用方式，使電路安全可靠等特點。

所述子站時間服務器包括ptp從鐘接口，所述子站時間服務器處理ieee1588v2協(xié)議。

所述以太ptp接口物理接口為百兆/千兆以太網(wǎng)光電口。

所述單e1/ptp時間通道適配器的個數(shù)在2到32之間。

選擇合適的單e1/ptp時間通道適配器的個數(shù)能夠在保證實現(xiàn)時間同步功能的同時最大限度的減少系統(tǒng)中的設備，簡化系統(tǒng)結(jié)構。

所述單e1/ptp時間通道適配器和所述子站時間服務器的個數(shù)相等。

每一個子站時間服務器分別連接一個單e1/ptp時間通道適配器可以更高效、更精確實現(xiàn)本發(fā)明時間同步系統(tǒng)的時間同步功能。

實施例2

如圖11所示，本發(fā)明還一種基于衛(wèi)星導航高精度授時的故障測距方法，包括：

衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)向時間同步子系統(tǒng)提供高精度的pps基準信號；

時間同步子系統(tǒng)通過接收高精度的pps基準信號使所有變電站中的行波測距裝置與衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的時間保持同步；

行波測距裝置產(chǎn)生以所在變電站為初始位置向故障點發(fā)送的行波，并記錄行波的發(fā)送時刻t1，接收經(jīng)過故障點反射回到初始位置的行波，并記錄行波的接收時刻t2，計算出故障點與初始位置的距離x，x＝1/2×vt，其中v為光速，t＝t2-t1；

分析處理模塊用于根據(jù)所有變電站行波測距裝置的結(jié)果以及變電站之間的線纜距離經(jīng)過分析處理得到最終的故障位置。

本發(fā)明采用衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)作為標準時間信號，由于行波的速度是光速，t(時間)的精度將決定距離的精度，而衛(wèi)星導航高精度授時子系統(tǒng)的時鐘實時精度1e-10，理想情況它的測距精度可達30米以內(nèi)。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。