时间校准方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及时间同步【技术领域】，公开了一种时间校准方法及装置，该方法包括：每隔预设周期，根据获取的BD/GPS信号，生成基准时间；对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波，生成校准电压值；根据所述校准电压值，校准所述本地时间。本发明的装置及方法采用了BD/GPS的双模制式，对标准1PPS和本地1PPS的差值进行了平滑滤波处理，既避免了复杂的运算，又提高了时钟的精度，获得更高精度的时钟输出。
【专利说明】时间校准方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及时间同步【技术领域】，更具体地说，是涉及一种时间校准方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的发展，高精度、安全可靠的时间同步是当代电网乃至未来智能电 网运行的一项基本要求，使得需要提供一种时间校准方法，对智能电网上设备的本地时间 进行校准，实现智能电网内设备的时间同步。当前大部分的同步设备为了得到准确的时间， 使用原子钟或者高精度的恒温晶振，但是这种方案的成本太高、尺寸大，不利于产品设计。 如果使用一般的压控温补晶振或者压控晶振，那么在晶振频率的准确度上又有巨大限制。
[0003] 现有技术提供一种时间校准方法，通过计算出GPS卫星信号中的标准时间和本地 时间之间的时间间隔之后，不做任何处理，直接利用该时间间隔对本地时间进行校准操作。 现有技术还提供一种时间校准方法，通过计算出GPS卫星信号中的标准时间和本地时间之 间的时间间隔之后，利用kalman滤波算法对时间时间间隔进行处理，再直接利用处理后的 时间间隔对本地时间进行校准操作。
[0004] 由于GPS卫星信号在传输过程中存在各种干扰，这些干扰会造成GPS卫星信号中 的标准时间存在一定的抖动，短期稳定性比较差，使得在采用现有技术提供的第一种方法 时，造成时间校准精度的降低；而在采用现有技术提供的第二种方法时，由于kalman滤波 算法较为复杂，在时间校准时运算量大，从而提高了时间校准的成本。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现高精度低复杂度且 可靠的时间校准。
[0006] 为解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种时间校准方法，包括步骤：
[0007] 每隔预设周期，根据获取的BD/GPS信号，生成基准时间；
[0008] 对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波，生成校准电压值；
[0009] 根据所述校准电压值，校准所述本地时间。
[0010] 优选地，所述对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波，生成校 准电压值包括：
[0011] 根据全部时间间隔，由移动窗口得到多个时差平均值；
[0012] 从所述多个时差平均值中选取出至少两个得到频差；
[0013] 根据所述频差生成校准电压值。
[0014] 优选地，所述根据全部时间间隔，由移动窗口得到多个时差平均值包括：
[0015] 记录全部时间间隔，以η为窗口长度移动窗口，由每η个时间间隔得到一个时差平 均值。
[0016] 优选地，所述从所述多个时差平均值中选取出至少两个得到频差包括：
[0017] 从时差平均值的序列中每隔mn个取出一个进行计算，由取出的η个时差平均值得 到频差。
[0018] 优选地，所述方法还包括：
[0019] 由校准后的本地时间反馈再次进行平滑滤波，形成循环的校准环路。
[0020] 另一方面，本发明还同时提供一种时间校准装置，包括：
[0021] 基准时间模块，用于每隔预设周期，根据获取的BD/GPS信号，生成基准时间；
[0022] 平滑滤波模块，用于对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波， 生成校准电压值；
[0023] 校准模块，用于根据所述校准电压值，校准所述本地时间。
[0024] 优选地，所述基准时间模块包括卫星接收机，所述卫星接收机连接天线，用于捕获 并接收卫星信号，解算出当前UTC时间，并输出基准IPPS作为所述基准时间。
[0025] 优选地，所述平滑滤波模块包括时间隔测量模块，所述时间间隔测量模块包括 start和stop端口，分别接收基准时间和本地时间，所述时间间隔测量模块计算基准时间 和本地时间的时间间隔并输出。
[0026] 优选地，所述平滑滤波模块包括还包括算法处理模块，所述算法处理模块包括平 滑窗口模块、频差计算模块和电压计算模块，其中，
[0027] 所述平滑窗口模块用于记录全部时间间隔，以η为窗口长度移动窗口，由每η个时 间间隔得到一个时差平均值；
[0028] 所述频差计算模块用于从时差平均值的序列中每隔η个取出一个进行计算，由取 出的m个时差平均值得到频差；
[0029] 所述电压计算模块用于根据所述频差生成校正电压值。
[0030] 优选地，所述装置中，所述校准模块的输出还反馈给所述平滑滤波模块，由校准后 的本地时间反馈再次进行平滑滤波，形成循环的校准环路。
[0031] 本发明的技术方案采用了 BD/GPS的双模制式，对标准IPPS和本地IPPS的差值 进行了平滑滤波处理，即避免了复杂的运算，又提高了时钟的精度，获得更高精度的时钟输 出。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1是本发明的优选实施例中时间校准装置的结构示意图；
[0033] 图2是本发明的优选实施例中时间校准方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明 的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界 定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0035] 现有技术的时间同步主要依赖单一的GPS卫星信号，且缺少有效率的校准手段， 可靠性、精度、效率及成本均很不理想。本发明中通过接收北斗和GPS卫星信号，两时间源 互为备用，解决了单一依赖GPS存在的重大安全隐患，为实现真正意义的全网同步、数字化 电站和未来智能电网打下坚实的基础。本发明提供的"北斗时间"以我国自行研制和建立 的"北斗卫星导航定位系统"为基础，通过精确校准授时实现安全可靠、高精度时钟的时间 同步。
[0036] 在本发明的一个实施例中，时间校准方法包括步骤：
[0037] 每隔预设周期，根据获取的BD/GPS信号，生成基准时间；
[0038] 对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波，生成校准电压值；
[0039] 根据所述校准电压值，校准所述本地时间。
[0040] 进一步结合附图1、2对本发明的优选实施例进一步说明如下。其中，系统首先接 上天线，对BD/GPS模块进行初始化；
[0041] 捕获并接收卫星信号，解算出当前UTC时间，并输出lPPS(lPulse Per Second，秒 脉冲），该IPPS的精度优于100ns，所以作为调节本地时钟的基准时间；
[0042] 将基准IPPS发送至FPGA并滤除杂波，由本地晶振产生的信号经分频器得到本地 IPPSo
[0043] 将基准IPPS和本地IPPS分别连接至TDC_GP21时间间隔测量模块的start和stop 端口，上升沿触发，测量两个IPPS上升沿之间的时间间隔，即两个IPPS之间的时间差。由 于IPPS存在比较大的随机抖动，所以测量出的时间间隔存在随机误差。
[0044] 由于卫星信号在传输过程中存在各种干扰，这些干扰会造成基准IPPS存在一定 的抖动，短期稳定性比较差。为了减小随机抖动，降低系统随机误差。将两个IPPS之间的 时间间隔进行平滑滤波处理。
[0045] 平滑滤波处理的原理是：本地时钟的频率准确度计算见公式（1)所示，其中Λ t2、 Δ h分别为t2和11时刻的到的本地IPPS和基准IPPS之间的时差值（即上述时间间 隔）。取TDC_GP21测量得到的时差数据At1, At2,......, Atn,......，以η为窗口长 度对其中的η个测量值取平均，如公式（2)所示，通过移动窗口得到新的时差数据序列 Δ T1, Λ T2,......, ΔΤη,......。为了使频率准确度测量更准确，取八1'』，八1^，八1'211+』，··· ATnmtj,......作为实际测量序列进行计算，如公式（3)所示。
【权利要求】
1. 一种时间校准方法，其特征在于，所述方法包括步骤： 每隔预设周期，根据获取的抓/GI^信号，生成基准时间； 对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波，生成校准电压值； 根据所述校准电压值，校准所述本地时间。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述基准时间与本地时间之间的 时间间隔进行平滑滤波，生成校准电压值包括： 根据全部时间间隔，由移动窗口得到多个时差平均值； 从所述多个时差平均值中选取出至少两个得到频差； 根据所述频差生成校准电压值。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据全部时间间隔，由移动窗口得到 多个时差平均值包括： 记录全部时间间隔，Wn为窗口长度移动窗口，由每n个时间间隔得到一个时差平均 值。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述多个时差平均值中选取出至 少两个得到频差包括： 从时差平均值的序列中每隔mn个取出一个进行计算，由取出的n个时差平均值得到频 差。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 由校准后的本地时间反馈再次进行平滑滤波，形成循环的校准环路。
6. -种时间校准装置，其特征在于，所述装置包括： 基准时间模块，用于每隔预设周期，根据获取的抓/GI^信号，生成基准时间； 平滑滤波模块，用于对所述基准时间与本地时间之间的时间间隔进行平滑滤波，生成 校准电压值； 校准模块，用于根据所述校准电压值，校准所述本地时间。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基准时间模块包括卫星接收机连接 天线，所述卫星接收机连接天线，用于捕获并接收卫星信号，解算出当前UTC时间，并输出 基准1PPS作为所述基准时间。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平滑滤波模块包括时间间隔测量模 块，所述时间间隔测量模块包括start和stop端口，分别接收基准时间和本地时间，并计算 基准时间和本地时间的时间间隔并输出。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平滑滤波模块包括还包括算法处理 模块，所述算法处理模块包括平滑窗口模块、频差计算模块和电压计算模块，其中， 所述平滑窗口模块用于记录全部时间间隔，W n为窗口长度移动窗口，由每n个时间间 隔得到一个时差平均值； 所述频差计算模块用于从时差平均值的序列中每隔mn个取出一个进行计算，由取出 的n个时差平均值得到频差； 所述电压计算模块用于根据所述频差生成校正电压值。
10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置中，所述校准模块的输出还反 馈给所述平滑滤波模块，由校准后的本地时间反馈再次进行平滑滤波，形成循环的校准环 o路
【文档编号】G04R20/04GK104460311SQ201410840288
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】薛珊珊, 黄磊, 张小倩, 张建国 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司