CN101957593B - 一种卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法，设定可控时标信号源(1)的脉冲信号输出端(4)的输出开放时间T，并置为到时触发方式，配合可控时标信号源(1)在指定T时刻(27)输出与卫星同步的脉冲起始1pps，触发示波器(2)捕捉卫星同步授时装置(3)的输出信号，完成卫星同步授时装置串行报文时间信息检测和卫星同步授时装置B码时间信息正确性的检测。该方法是一种可以更全面地测试电网子站卫星同步授时装置技术性能的检测方法，从而能够更完善地保障二次设备的时间同步准确性。

Description

一种卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法

本发明涉及电力设备测试方法，具体说是一种采用卫星信号用于电力设备时间同步的卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法。 

技术领域

电网对子站(含变电站、发电厂)自动化系统及其他相关电气二次智能电子设备(IED)时间同步性能，要求达到毫秒及以上的精度。二次设备时间同步性能，直接关系到电网子站内(本地)、子站间(异地)运行操作的正确性，以及对事故及时的准确分析和判断处理。 

背景技术

卫星异地时间同步方式技术先进成熟、不受气候影响、不占用电力信道，在电网子站应用广泛。变电站多以卫星授时装置作为主选时钟源，对站内二次设备进行授时，保障各设备的时间同步。目前卫星授时装置，大都采用GPS卫星信号为授时装置本身的时间同步源，现场称其为GPS授时装置。 

变电站常用的卫星信号同步授时装置输出信号有三种类型： 

校时脉冲输出：原理上与卫星时间基准脉冲信号同步，按每秒、每分或每小时节拍输出对时脉冲信号(PPS、PPM、PPH)。该信号为对时基准信号，不携带时间信息，通常与串行报文输出信号共同对设备授时。本类型包括静态空接点输出方式，授时装置按照校时脉冲的动作节拍控制接点的动作，两端施加外部电压作为校时脉冲的现场扩展应用。 

串行报文输出：通常采用物理层遵循RS232、485、422标准的异步传输方式，或者采用以太网的物理层标准，传输的时间信息数据格式无统一要求。该类信号的时间基准精度较难保障。 

串行报文输出：通常采用物理层遵循RS232、485、422标准的异步传输方式，或者采用以太网的物理层标准，传输的时间信息数据格式无统一要求。该类信号的时间基准精度较难保障。 

B码输出：即遵循IRIG系列的B标准所规定的时间编码信息传输方式。通常由专用的调制解调部件实现，有直流脉宽调制和交流调幅等两种信息传递物理方式，每秒传递一帧信息(包含100个码元)、每帧信息占用一秒、每帧信息的起始对准卫星对时脉冲1pps上升沿、时间信息指向帧起始时刻。即，B码既有对时基准，也携带了对时基准的时间信息。 

卫星同步授时装置输出信号是被授时设备的时钟源，传统测试方式不易对其发送和携带的时间信息进行定时的有效捕获，无法完全达到时间正确性认定的目的。传统测试方法实际是对授时装置输出信号进行时间频率的偏差测试。卫星同步标准钟端口输出的脉冲信号是一个已经与卫星时间脉冲同步、不带有时间信息的节拍信号(或者，为一对时基准信号)。该方式由于不易确定所捕获时间信息的绝对时刻，因而不易确认秒脉冲信号对应的B码时间信息正确性，也不易检测串行报文的时间信息。 

由于可控时标信号源装置(另案申请)的出现，使得标准时钟源的输出冲脉可以控制在指定时间输出，输出的时钟脉冲信号成为已知某个确定时刻的输出脉冲，同时可控时标信号源带有由确定精度高于毫秒级的时间控制的开关，从而能够确定卫星同步授时装置的输出信息。 

发明内容

本发明的目的是提供一种可以更全面地检测时钟源设备技术性能，从而保障子站二次设备时间同步准确性的一种卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法。 

所述卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法中，卫星同步授时装置串行报文时间信息检测方法，用到以下设备：卫星同步授时装置、多通道存储示波器、可控时标信号源、通信转换器、计算机。 

可控时标信号源的脉冲信号输出端，接入示波器的检测通道A；卫星同步授时装置的串行报文输出端，接入示波器的检测通道B；卫星天线一和卫星天线二，分别连接至卫星同步授时装置的接收端和可 控时标信号源的接收端；卫星同步授时装置的串行报文输出端X1，连接至可控时标信号源上控制开关S的无源接点S1端；卫星同步授时装置的串行报文输出端X2，连接至通信转换器输入端C2；可控时标信号源上控制开关S的无源接点S2端，连接至通信转换器输入端C1；通信转换器的输出端连接至计算机的通信接口。 

所测试的报文时间信息为“T时间报文”信息，其特征是：“T时间报文”信息经过以下步骤从计算机采集到： 

(1)、可控时标信号源的控制开关S闭合，计算机处于正常接收卫星同步授时装置的串行报文输出端X所输出的报文信息状态； 

②、设定可控时标信号源的脉冲信号输出端的输出开放时间T，并置为到时触发方式，设定可控时标信号源的控制开关S断开时刻为指定T时刻+控制开关S的动作起始延迟时间ΔT时刻； 

③、可控时标信号源在指定T时刻输出T时刻卫星同步脉冲起始的1pps； 

④、在指定T时刻+控制开关S的动作起始延迟时间ΔT时刻，断开可控时标信号源的控制开关S，计算机最终接收到指定T时刻后的第一个串行报文数据帧即“T时间报文”信息，以及指定T时刻前的最后数据帧即“T-lsec时间报文”信息。 

所述示波器与可控时标信号源的测试准备状态为：示波器的通道A设为脉冲输入信号上升沿触发显示方式，可控时标信号源和卫星同步授时装置均与卫星同步，可控时标信号源的控制开关S的无源接点两端闭合。 

可控时标信号源在指定T时刻输出T时刻的卫星同步脉冲起始的1pps，示波器的通道A、B捕获到“T时间报文”信息波形，并由此测得T时刻到“T时间报文”信息起始时刻的时间Δt1，以及“T时间报文”信息起、止所需时间Δt。 

所述控制开关S的动作起始延迟时间ΔT为T时刻到“T时间报文”信息起始时刻的时间Δt1+T时间报文信息起、止所需时间Δt由示波器根据通道A接收的指定T时刻信号的上升沿随机测出，在采集 “T时间报文”信息之前预先得到。 

所述延迟时间ΔT在如下时间范围内：T时刻到“T时间报文”信息起始时刻的时间Δt1+“T时间报文”信息起、止所需时间Δt＜ΔT＜1秒。 

所述可控时标信号源在指定T时刻发出的脉冲信号可以是单脉冲，也可以是频率脉冲信号。 

卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法中，卫星同步授时装置B码时间信息正确性的检测方法，用到以下设备：卫星同步授时装置、多通道存储示波器、可控时标信号源。 

可控时标信号源的脉冲信号输出端，接入示波器的检测通道A；卫星同步授时装置的B码信号输出端，接入示波器的检测通道C；卫星天线一和卫星天线二，分别连接至卫星同步授时装置的接收端和可控时标信号源的接收端。 

所测试的B码时间信息为“T时间IRIG-B编码波形”时间信息，其特征是：“T时间IRIG-B编码波形”时间信息由以下步骤检验： 

①、关闭可控时标信号源的脉冲信号输出端的输出，示波器设置通道A为脉冲输入信号上升沿触发显示方式； 

②、设定可控时标信号源的脉冲信号输出端输出开放时间T并置为到时触发方式； 

③、可控时标信号源的脉冲信号输出端输出指定T时刻的卫星同步脉冲起始的1pps，通过示波器的通道A、C捕获到“T时间的IRIG-B编码波形”； 

④、根据“T时间IRIG-B编码波形”读出时间信息，比较其与可控时标信号源所设定时间T的一致性。 

可控时标信号源在指定T时刻发出的脉冲信号可以是单脉冲信号，也可以是频率脉冲信号。 

本发明涵盖了传统的测试内容，能够可控的获取卫星同步授时装置输出的信号和信息，在指定的测试时刻检测卫星同步授时装置输出端口发送信号的准确性和信息正确性，可以全面的检测时钟源设备的 技术性能，从而保障子站二次设备时间同步的准确性，可以为子站自动化系统和二次设备的验收、改造、改进等提供技术依据，有利于电网安全生产和稳定运行。 

附图说明

图1是传统测试方法设备连接示意图， 

图2是传统测试方法波形示意图， 

图3是传统测试流程图， 

图4是本发明设备连接示意图， 

图5是本发明测试方法信号时序图， 

图6是本发明B码测试流程图， 

图7是本发明串行报文测试流程图。 

图中：1-可控时标信号源，2-示波器，3-卫星同步授时装置，4-脉冲信号输出端，5-可控时标信号源的控制开关S，6-通信转换器，7-通信转换器的输出端，8-计算机的通信接口，9-计算机，10-卫星同步授时装置的校时脉冲输出端Z，11-卫星同步授时装置的B码输出端Y，12-卫星同步授时装置的串行报文输出端X1，13-卫星同步授时装置的串行报文输出端X2，14-控制开关S的无源接点S1端，15-控制开关S的无源接点S2端，16-通信转换器输入端C1，17-通信转换器输入端C2，18-卫星天线一，19-卫星天线二，20-可控时标信号源控制开关动作波形，21-可控时标信号源脉冲输出端波形，22-卫星同步授时装置报文输出端X波形，23-卫星同步授时装置B码输出端Y波形，24-卫星同步授时装置较时脉冲输出端Z波形，25-控制开关S的动作起始延迟时间ΔT，26-计算机报文接收中断时刻，27-指定T时刻，28-T时刻到“T时间报文”信息起始时刻的时间Δt1，29-T时间报文信息起、止所需时间Δt，30-T时刻到T时间B码输出起始时刻的时间Δt2，31-T时刻到T时间较时脉冲输出起始时刻的时间Δt3，32-“T时间报文”信息波形，33-T时间IRIG-B编码波形，34-第一步，35-第二步，36-第三步，37-第四步，38-第五步，39-B码测试第一步，40-B码测试第二步，41-B 码测试第三步，42-B码测试第四步，43-串行报文测试第一步，44-串行报文测试第二步，45-串行报文测试第三步，46-串行报文测试第四步，47-串行报文测试第五步，48-串行报文测试第六步，49-卫星同步标准钟，50-“T-1sec时间报文”信息波形。 

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步说明： 

作为对比，以下简要介绍一下传统的卫星同步授时装置测试方法，如图1中所示为传统的卫星同步授时装置测试装置及连接图。 

在图1中，卫星同步标准钟49输出的脉冲信号P_1pps，既可以与卫星时间同步也可以由内部标准源提供；卫星同步标准钟49和示波器2组成测试设备；卫星同步授时装置3为被测试设备。图2为传统测试方法下的示波器波形示意图。 

图1中，卫星同步标准钟49的脉冲信号输出端4输出的脉冲信号接入示波器2的检测通道A；卫星同步授时装置3的串行报文输出端12、13，接入示波器的检测通道B；每秒一帧的IRIG-B标准信号B码输出端11、校时脉冲输出端10，分别接入示波器的检测通道C、D；图1中的卫星天线一18和卫星天线二19，分别连接至卫星同步授时装置接收端和卫星同步标准钟接收端。 

图3为传统测试方法的测试流程框图，以卫星同步授时装置3和卫星同步标准钟49均每秒发送一次信号为例，图1、图2和图3所表示测试方法的步骤如下： 

如图3所示，第一步34：在图1中，保证卫星同步授时装置3与卫星同步正常、卫星同步标准钟49输出P_1pps与卫星脉冲信号同步； 

第二步35：以卫星同步标准钟49的脉冲信号输出端4发送的秒脉冲节拍信号P_1pps作为对时基准，可随机测出示波器2的通道A分别与示波器2的通道B、C、D之间的差值，即图2的Δt1、Δt2、Δt3； 

第三步36：如需测试图1中卫星同步授时装置3内部守时状态的输出信号X、Y、Z稳定性，则进行第四步37，否则测试结束； 

第四步37：在图1中，断开卫星同步授时装置3的卫星天线一18， 卫星同步授时装置3将依靠内部时钟的守时，保证输出端(X、Y、Z)12、13、11、10信号的持续；在图1中，断开卫星同步标准钟49的卫星天线二19，脉冲信号输出端4输出信号P_1pps脉冲的节拍将由卫星同步标准钟49的内部标准时钟源维持； 

第五步38：仍以图1的卫星同步标准钟49信号输出端4的脉冲信号P_1pps为基准，每间隔一段时间按照第二步35的方法，重复测试图2的Δt1、Δt2、Δt3，得出卫星同步授时装置3内部守时状态下输出信号的稳定性； 

测试结束。 

传统测试方法实际是对卫星同步授时装置3输出信号进行时间频率的偏差测试。卫星同步标准钟49的脉冲信号输出端4输出的脉冲信号是一个已经与卫星时间脉冲同步、不带有时间信息的节拍信号(或者，为一对时基准信号)。该方式不易确认秒脉冲信号对应的B码时间信息正确性，也不易检测串行报文的时间信息。其原因是无法确定所捕获时间信息的绝对时间。 

本发明测试方法涵盖传统测试，能够可控地捕获卫星同步授时装置输出信号的时间信息。 

图4即是本发明测试方法的设备构成和连接方式示意图。在图4中，由可控时标信号源1、示波器2、通信转换器6和计算机9组成的测试设备，测试卫星同步授时装置3的输出信号及其携带的时间信息。 

本测试方法反映在图4中，用可控时标信号源1取代了传统测试方法图1中的卫星同步标准钟49；通信转换器6，可为不同标准的通信接口转换器，也可为计算机的通信接口8的外部连接器。 

图4中，可控时标信号源1的特点如下： 

a、可控时标信号源1可在卫星实时同步方式下工作，也可在与卫星同步后，在内部标准时钟源守时的方式下工作； 

b、脉冲信号输出端4输出的脉冲节拍输出信号P_1pps，既可以为卫星同步脉冲，也可以从卫星同步转为内部标准源守时维持脉冲节拍； 

c、可控时标信号源1可以在指定时刻由脉冲信号输出端4送出脉 冲节拍P_1pps信号，也可以随时关闭脉冲信号输出端4的信号输出； 

d、可控时标信号源1指定其控制开关S5的无源接点的通、断时刻。 

图4中，本测试方法的设备连接方式： 

可控时标信号源1的脉冲信号输出端4输出的P_1pps，接入示波器2的检测通道A； 

卫星同步授时装置3的串行报文输出端12、13(X的X1和X2)、B码输出端11(Y的Y1和Y2)、校时脉冲输出端10(Z的Z1和Z2)，分别接入示波器2的检测通道B、C、D； 

卫星天线一18和卫星天线二19，分别连接至卫星同步授时装置3的接收端和可控时标信号源1的接收端。 

卫星同步授时装置3的串行报文输出端X1端12，连接至可控时标信号源1的控制开关无源接点S1端14； 

卫星同步授时装置3的串行报文输出端X2端13，连接至通信转换器6的输入端C2端17； 

可控时标信号源1的控制开关无源接点S2端15，连接至通信转换器6的输入端C1端16； 

通信转换器6的输出端7，连接至计算机9的通信接口8。 

一、本测试方法对于传统测试项目的检测，完全可以参照前述图1、2、3描述的传统测试方法和步序进行。 

仍以卫星同步授时装置3和可控时标信号源1(不操作开关S)的输出均每秒发送一次信号为例，按照图4、2、3表述传统测试的步骤如下： 

按照图3第一步34：在图4中，保证卫星同步授时装置3与卫星同步正常、启动可控时标信号源1输出P_1pps与卫星脉冲信号同步； 

按照图3第二步35：图4中，以可控时标信号源1的脉冲信号输出端4发送的秒脉冲节拍信号P_1pps作为对时基准，可随机测出示波器2的通道A分别与示波器2的通道B、C、D之间的差值，即图2的Δt1、Δt2、Δt3； 

按照图3第三步36：如需测试图4中卫星同步授时装置3内部授时状态的输出信号X、Y、Z稳定性，则进行第四步37，否则测试结束； 

按照图3第四步37：在图4中，断开卫星同步授时装置3的卫星天线一18，卫星同步授时装置3将依靠内部时钟的授时，保证卫星同步授时装置3输出端信号X、Y、Z的持续；在图4中，断开可控时标信号源1的卫星天线二19，脉冲信号输出端4输出信号P_1pps脉冲的节拍跟踪可控时标信号源1的内部标准时钟源； 

按照图3第五步38：仍以图4可控时标信号源1的脉冲信号输出端4脉冲信号P_1pps为基准，每间隔一段时间按照第二步35的方法，重复测试图2的Δt1、Δt2、Δt3，得出卫星同步授时装置3内部授时状态下输出信号的稳定性； 

测试结束。 

由于图4可控时标信号源1具有选择P_1pps输出某个指定时间卫星脉冲的功能，因此可以在某个时刻检测卫星同步授时装置3的信号输出误差，而不限于随机检测。即可以检测图5中指定T时刻27下的Δt1、Δt2、Δt3。 

二、B码时间信息检测 

在图4中，可检测卫星同步授时装置3在指定时间下的“B码输出”信号Y携带的时间信息，图6为检测方法的流程，该项检测步骤如下： 

图6的B码测试第一步39：图4中可控时标信号源1和卫星同步授时装置3均与卫星同步，图4中可控时标信号源1的脉冲信号输出端4输出信号与卫星的1pps脉冲同步、卫星同步授时装置3的“B码输出”端11(即Y的Y1和Y2)每秒发送一次信号，检查图4示波器2通道A、C的信号接收正常； 

图6的B码测试第二步40：如图4中，关闭可控时标信号源1的脉冲信号输出端4的输出，示波器2设置通道A为脉冲输入信号上升沿触发显示方式； 

图6的B码测试第三步41：如图4中所示，设定可控时标信号源 1的脉冲信号输出端4输出开放时间T并置为到时触发方式，T时刻为图5所示通道A期望捕捉的指定P_1pps信号在指定时刻的卫星同步脉冲上升沿； 

图6的B码测试第四步42：如图4中所示可控时标信号源1的脉冲信号输出端4，输出T时刻卫星同步脉冲起始的1pps，通过图4示波器2的通道A、C捕获到图5的指定T时刻27和图5的T时间“IRIG-B编码”波形33，可根据图5的T时间“IRIG-B编码”波形33读出时间信息，比较其与图4可控时标信号源1设定时间T的一致性； 

测试结束。 

三、串行报文时间信息检测 

在图4中可定时检测授时装置3串行报文输出端12、13(即X的X1和X2)发送的时间信息。图7为检测方法的流程，检测步骤如下： 

图7的串行报文测试第一步43：如图4可控时标信号源1和卫星同步授时装置3均与卫星同步，图4可控时标信号源1的脉冲信号输出端4输出信号与卫星的1pps脉冲同步、可控时标信号源1的可控开关S 5闭合、卫星同步授时装置3的串行报文输出端12、13(即X的X1和X2)每秒发送一次报文信号； 

图7的串行报文测试第二步44：图4中所示，检查示波器2通道A、B的信号接收正常，检查计算机9能够正常接收卫星同步授时装置3的X输出报文信息； 

图7的串行报文测试第三步45：图4示波器2可以根据图5通道A接收信号的上升沿，随机测出图5通道B波形中的T时刻到“T时间报文”信息起始时刻的时间Δt128，以及测出图5“T时间报文”信息起、止所需时间29Δt，得到(Δt1+Δt)；图4中关闭可控时标信号源1的脉冲信号输出端4的脉冲输出信号、示波器2设置通道A为脉冲输入信号上升沿触发显示方式； 

图7的串行报文测试第四步46：设定图4可控时标信号源1的脉冲信号输出端4的脉冲输出开放时间T，并置为到时触发方式(指定T 时刻27为图5所示通道A期望捕捉的指定P_1pps信号在指定时刻的卫星同步脉冲上升沿)，设定图4可控时标信号源1可控开关S 5断开时间为(T+ΔT)，其中ΔT与本检测步骤第三步得到的(Δt1+Δt)相关，(Δt1+Δt)＜ΔT＜lsec； 

图7的串行报文测试第五步47：图4中可控时标信号源1的脉冲信号输出端4，输出T时刻卫星同步脉冲起始的1pps，通过图4示波器2的通道A、B可捕获到图5“T时间报文”信息波形32； 

图7的串行报文测试第六步48：图4可控时标信号源1的可控开关S 5在(T+ΔT)时刻断开、卫星同步授时装置3的串行报文输出端X1端12至通信转换器输入端C1端16的连接被切断、计算机9的串行报文信息接收被停止；图4中计算机9最后接收的串行报文信息，即为本串行报文测试第五步47中“T时间报文”信息波形32的信息帧内容，也即为T时刻后的第一个串行报文数据帧；图4中计算机9接收的倒数第二个串行报文信息，即为T时刻前的最后一个串行报文数据帧“T-lsec时间报文”信息。 

测试结束。 

Claims (2)

1.一种卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法，其特征是：T时间IRIG-B编码波形(33)时间信息由以下步骤检验：

①、关闭可控时标信号源(1)的脉冲信号输出端(4)的输出，设置示波器(2)的通道A为脉冲输入信号上升沿触发显示方式；

②、设定可控时标信号源(1)的脉冲信号输出端(4)输出开放时间T并置为到时触发方式；

③、可控时标信号源(1)的脉冲信号输出端(4)输出指定T时刻(27)的卫星同步脉冲起始的1pps，通过示波器(2)的通道A、C捕获到T时间的IRIG-B编码波形(33)；

④、根据T时间IRIG-B编码波形(33)读出时间信息，比较其与可控时标信号源(1)所设定时间T的一致性。

2.根据权利要求1所述的卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法，其特征是：所述的可控时标信号源(1)在指定T时刻(27)发出的脉冲信号可以是单脉冲信号，也可以是频率脉冲信号。 

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