自適應晶振頻率守時方法

2023-04-25 16:25:41 3

專利名稱：自適應晶振頻率守時方法
技術領域：
本發明涉及自適應晶振頻率守時方法，屬於電力系統對時技術領域。
背景技術：
隨著電力系統規模的不斷擴大，大容量、超高壓、遠距離輸電日益增多，系統結構 也日趨複雜，從而電力系統的時鐘同步就顯得越來越重要。由此，時鐘同步技術在電力系統 中得到廣泛應用。目前，時鐘同步已應用於電力調度系統、繼電保護裝置、EMS能量管理系 統、故障錄波器、分布式RTU(遠動終端)、變電站綜合自動化系統及遙測、遙信的數據處理以 及高壓輸電線路故障測距等。時間同步包括絕對時間同步和相對時間同步。前者是指與國際標準時間UTC (Universal Time Coordinated)同步，後者是指一個系統內的各部分時鐘同步。對於廣域 時間同步系統來說，主要用到的是相對時間同步，但是如果能夠保證時鐘達到絕對時間同 步，那麼自然就能滿足相對時間同步了，這樣要建立統一的廣域同步時間系統就必須依賴 於一個公共時間基準。全球定位系統GPS作為世界上傳播範圍最廣精度最高的授時系統，在電力系統時 間同步系統得到廣泛應用。對時伺服器的主要原理是利用GPS信號接收機從GPS衛星系統 獲取GPS時鐘秒脈衝和該脈衝跳變時刻對應的國際標準時間(UTC)，並由GPS信號預處理模 塊將接收的GPS基準信號轉化為內部的時鐘信號，再由信號發生模塊將時鐘信號調製成所 需的時鐘信號，如IRIG-B碼、秒脈衝、分脈衝等。當GPS信號正常時，對時伺服器輸出的時 鍾信號與GPS模塊輸出的秒脈衝同步；但GPS接收機有偶爾失星的不正常現象，此時GPS接 收機輸出的秒脈衝不可靠，不能使用。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠提高同步時鐘的均勻性和守時性能的自適應晶振 頻率守時方法。為實現上述目的，本發明的自適應晶振頻率守時方法包括以下步驟 (a)對時伺服器接收GPS衛星信號，並調製成所需的IRIG-B碼信號；
(b)在GPS鎖星狀態時，對時伺服器輸出時鐘信號以GPS模塊輸出時鐘信號 為基準，同時用計數器監測晶振在時間N秒內的計數值C，計算得到晶振的振蕩頻率f，
(c)在GPS失星狀態時，對時伺服器檢測接收的IRIG-B碼信號，通過IRIG-B碼中 的時間質量信息判別是否為正常同步信號，若為正常同步信號，則對時伺服器輸出時鐘信 號以IRIG-B碼信號為基準，同時用計數器監測晶振在時間N秒內的計數值C，計算得到晶
振的振蕩頻率f,/ =CIN ；若不是正常同步信號，則對時伺服器根據同步時晶振在時間N 秒內的計數值C所得到的晶振頻率，設C除以N的商為A，餘數為B，根據餘數B與時間N的關係自適應地輸出時鐘信號。進一步的，所述步驟(C)中根據餘數B與時間N的關係自適應地輸出時鐘信號 ⑴當S < 時，在2B秒內，晶振計數交替使用輸出秒脈衝；大於2B
秒，秒脈衝晶振計數Js;
( )當β > jf/2時,在2 χ I)秒內，晶振計數^交替使用輸出秒脈衝 λ j--2x(iV- B)秒，晶振計數^輸出秒脈衝。進一步的，所述晶振為恆溫晶振0CX0。本發明的守時方法對恆溫晶振計數的餘數採用了智能均勻分攤策略，提供了同步 時鐘的均勻性和守時性能，在晶振頻率溫度穩定為IO^級別時，能保證秒脈衝時間偏差小 於IOus/小時。


圖1是本發明對時方法的流程圖2是晶振計數餘數小於0. 5N時對時伺服器秒脈衝輸出示意圖； 圖3是晶振計數餘數大於0. 5N時對時伺服器秒脈衝輸出示意圖。
具體實施例方式本發明的自適應晶振頻率守時方法的特點在於，既可利用GPS衛星信號守時，也 可利用接收的IRIG-B碼信號守時，且根據情況不同自適應地輸出秒脈衝，改善了對時服務 器的守時精度和時鐘信號的均勻性。本發明的自適應晶振頻率守時方法實施例流程圖如圖1所示，步驟如下 (1)對時伺服器接收GPS衛星信號，並調製成所需的IRIG-B碼信號；
(2)判斷對時伺服器的GPS信號接收機是否能及時從GPS衛星系統獲取GPS時 鍾信號，即是否在GPS鎖星狀態，若是，則對時伺服器輸出時鐘信號以GPS模塊輸出的信 號為基準來輸出時鐘信號，同時用計數器監測恆溫晶振OCXO (Ovr Controlled Crystals
Oscillator)在時間N秒內的計數值C，計算得到恆溫晶振OCXO的振蕩頻率f，f =CfN;
hi
若不是，則進入下一步；
(3)對時伺服器檢測接收的IRIG-B碼信號，判斷是否為正常同步信號，若是正常 同步信號，則對時伺服器輸出時鐘信號以IRIG-B碼信號為基準來輸出時鐘信號，同時用計 數器監測恆溫晶振OCXO在時間N秒內的計數值C，計算得到恆溫晶振OCXO的振蕩頻率f，
f 若不是正常同步信號，則進入下一步；
(4)對時伺服器根據得到的恆溫晶振OCXO頻率，由於N不一定能夠被C整除，設商 為A，餘數為B，根據餘數與時間N的關係，按照如下方式自適應地輸出秒脈衝
(a)、|'|醜；時，在2B秒內，秒脈衝晶振計數^4+ 1，^4交替使用；大於2B秒，秒脈 衝晶振計數
(b)當NIJM-,{\··2 y (N- 5)秒內，秒脈衝晶振計數』+ 1, 4交替使用；大於2 χ (ΛΓ- I)秒，秒脈衝晶振計數yj。判斷對時伺服器守時，即利用鎖星狀態的GPS衛星信號或IRIG-B碼同步信號，測 量恆溫晶振OCXO的頻率，當外部基準信號失步時，以測量的恆溫晶振OCXO頻率為基準輸出 秒脈衝等時鐘信號。由於恆溫晶振OCXO具有相當高的穩定度，其隨機誤差遠小於GPS秒時 鐘的隨機誤差，因此晶振秒時鐘的隨機誤差可以忽略。GPS接收機輸出的秒時鐘與國際標準 時間(UTC)存在一定的誤差屬於隨機誤差且服從正態分布，取樣本數為η,則有
ε^ηφ,σ2)⑴
不同的GPS接收機，U數值大小不同。由於隨機誤差的存在，每個GPS秒時鐘與實際時間存在誤差，設η個秒時鐘實際
時間長度序列為4!2,〖3廣"-4,每個秒時鐘對應的隨機誤差為%^, %,■"*"，^n ，標準秒時鐘為irv則有
由式(2)得隨機誤差平均值為
權利要求
1.一種自適應晶振頻率守時方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(a)對時伺服器接收GPS衛星信號，並調製成所需的IRIG-B碼信號；(b)在GPS鎖星狀態時，對時伺服器輸出時鐘信號以GPS模塊輸出時鐘信號 為基準，同時用計數器監測晶振在時間N秒內的計數值C，計算得到晶振的振蕩頻率f， f=C/N；(c)在GPS失星狀態時，對時伺服器檢測接收的IRIG-B碼信號，通過IRIG-B碼中 的時間質量信息判別是否為正常同步信號，若為正常同步信號，則對時伺服器輸出時鐘信 號以IRIG-B碼信號為基準，同時用計數器監測晶振在時間N秒內的計數值C，計算得到晶振 的振蕩頻率f，/= C/JV ；若不是正常同步信號，則對時伺服器根據同步時晶振在時間N秒 內的計數值C所得到的晶振頻率，設C除以N的商為A，餘數為B，根據餘數B與時間N的關 系自適應地輸出時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的自適應晶振頻率守時方法，其特徵在於所述步驟(c)中根 據餘數B與時間N的關係自適應地輸出時鐘信號(i)當SJV/2時,在2 χ(I- 5)秒內，晶振計數乂 + 1，j交替使用輸出秒脈衝；大於 2 χ (N- S)秒，晶振計數j輸出秒脈衝。
3.根據權利要求1或2所述的自適應晶振頻率守時方法，其特徵在於所述晶振為恆 溫晶振OCXO。
全文摘要
本發明涉及自適應晶振頻率守時方法，本方法既可利用本時鐘的GPS衛星信號守時，也可利用接收的備用時鐘或上一級時鐘發送的IRIG-B碼信號守時，在鎖星狀態時，對時伺服器輸出時鐘信號以GPS模塊輸出時鐘信號為基準，同時測量晶振的頻率；在失星狀態時，檢測接收的IRIG-B碼信號，如為正常同步信號，對時伺服器輸出時鐘信號以IRIG-B碼信號為基準，同時測量晶振的頻率；在基準信號失步時，對時伺服器根據同步時測量的晶振頻率，採用自適應晶振頻率守時方式輸出時鐘信號；守時方法對晶振計數的餘數採用了智能均勻分攤策略，根據情況自適應地輸出秒脈衝，提高了對時伺服器的守時精度和時鐘信號的均勻性，在晶振頻率溫度穩定為10-8級別時，能保證秒脈衝時間偏差小於10μs/小時。
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 優先權日2010年12月15日
發明者周水斌, 姬希軍, 李富生, 田志國, 趙應兵, 閆志輝 申請人:許昌許繼軟體技術有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許繼集團有限公司