CN104639309A - 一种基于irig-b延时自动补偿的方法及其系统 - Google Patents
一种基于irig-b延时自动补偿的方法及其系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法及其系统，所述方法包括：A.对接收装置回复的IRIG-B进行解码，并且以解码后的IRIG-B码作为参考源；B.以OCXO产生的时钟信号作为基准源；C.将所述参考源与所述基准源进行对比，计算出所述参考源与所述基准源之间的时间差；D.通过预定的延时补偿机制，在发射源处根据所述时间差，对所述解码后的IRIG-B码进行修正，并且将修正后的IRIG-B码发送给接收装置。这样不需要增加复杂的设备，就可以实现时间信号在传输过程中的延时自动补偿。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法及其系统。
背景技术
随着科学技术的进步，电力系统控制精度的要求越来越高，这就对系统中时间的准确性要求也越来越高，这样才能更好地保证信息同步传递。目前，常用的时间传递技术主要有全球定位系统(GPS，Global Positioning System)、网络时间协议(NTP，Network Time Protocol)、设备互联协议组(IRIG，InterRange Instrumention Group)等，它们各有特色，分别用于不同的特定场合。其中，IRIG-B(IRIG时间标准有两大类：一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式广泛；另一类是串行时间码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H；它们的主要差别是时间码的帧速率不同，IRIG-B即为其中的B型码。)作为一种重要的时间同步传输的方式，以其突出的优越性能，成为时统设备首选的标准码型，广泛的应用到电信、电力、军事等重要行业或部门。
IRIG-B码的时帧速率为1个/秒，时帧周期为1秒,如图1所示，为一个标准的IRIG-B码的一个帧，其格式为：将每帧等分为100个比特(索引计数)，在帧参考点处以“0”开始，以后每隔一个比特间隔增加1，对应附图1中比特的依次数字从0至99；并且每个帧中共有3类码字：位置标示比特(P0～P9)、帧参考比特Pr和信息比特(1、0)，且各类码字有不同的脉冲持续时间：“P0～P9”和“Pr”为8ms，信息比特中的“1”为5ms，“0”为2ms，因此在IRIG中是依靠脉冲持续时间以及相对位置来确定码字的。帧速率为1帧/秒，帧起始标志为P0Pr；并且每帧对应的时间信息字段，有BCD和SBS两种时间信息编码，其中BCD编码(起始于P0，终止于P6)是采用2进制分别表示：秒(7比特)、分(7比特)、时(6比特)、天(10比特)，每年一个循环；SBS编码(起始于P8，终止于P0)为可选的附加信息，表示当天的秒时刻，共有17比特，每天一个循环；控制功能字段(开始于P6，终止于P8)：共有27比特，用于扩展用途，标准中未作规范。
发明人在实现本发明的过程中发现，上述IRIG-B通讯方式，如果应用到长距离传输中，时间信息字段以电信号或光信号的形式，从发射源传递至接收装置的过程中，会产生一定的延时。IEEE1588(一种高精度时间协议，Precision TimeProtocol)协议是针对延时问题，而设计的一种协议，能够在一定程度上保证时间准确度；但是这种方式也存在一定缺陷，如在中国专利公开号为CN103457715A的专利的背景技术中所提及，当主时钟、从时钟在网络上存在百兆和千兆链路的转换时，会导致其主、从对时存在固定偏差达3us左右。对于多跳交换机或者路由器路径的情况，由于传统网络的存在，势必会导致这样的现象，从而引入主、从固定偏差。
CN103457715A虽然提及了一种增加自动补偿模块的方式，具体地，基于网络链路状态变化进行自动补偿的方法，但是并没有从根本上解决现有技术中的缺点；因为基于IEEE1588协议的基础，需要同时对硬件和软件进行开发，其存在硬件成本高、开发难度大、开发周期长、网络架设成本高等缺点。
另一种解决现有IRIG-B技术中精确度问题的技术方案，如中国公开专利号为CN1710908A的专利所描述，在主、从两个时间服务器中增加反向IRIG端口和处理模块，进行双向通讯。该技术方案实现了IRIG在帧格式中携带传输时间延迟信息，并且以该传输时延补偿和消除与主时间服务器之间由于长距离传输引入的时间偏差。但是该技术方案会增加控制过程的复杂程度，开发过程中的硬件成本高的技术问题仍然不能得到很好地解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种硬件成本低、开发周期短的基于IRIG-B延时自动补偿的方法及其系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，包括：A.对接收装置回复的IRIG-B进行解码，并且以解码后的IRIG-B码作为参考源；B.以OCXO产生的时钟信号作为基准源；C.将所述参考源与所述基准源进行对比，计算出所述参考源与所述基准源之间的时间差；D.通过预定的延时补偿机制，在发射源处根据所述时间差，对所述解码后的IRIG-B码进行修正，并且发送修正后的IRIG-B码发送给接收装置。通过利用系统中固有的OCOX作为时间基准源与解析后的IRIG-B进行对比，并根据二者的时间差进行补偿，不需要增加复杂的设备，就可以实现时间信号在传输过程中的延时自动补偿。
优选地，所述步骤A中对IRIG-B解码的方法是首先进入正反向识别模块，经过正反向识别后，输出正向的IRIG-B码。
优选地，所述正向的IRIG-B码还与一个准时延提取模块连接，通过所述准时延模块提取出所述正向的IRIG-B码的准时沿，准时沿进入秒脉冲生成模块，然后才将信号输出至参考源。
优选地，所述正向的IRIG-B码还与一个IRIG-B码识别模块连接，所述IRIG-B码识别模块能够识别正向的IRIG-B码中时间码和功能码；并且所述IRIG-B码识别模块与所述准时延提取模块并联。
采用正反向识别的方式，可以使得更好地兼容不同的信号传递方式。而且通过秒脉冲可以提高时间信息的准确度。
优选地，所述步骤B中的OCXO产生的时钟信号与倍频模块连接，并且输出高速时钟信号。
优选地，所述高速时钟信号会输入至一个滤波模块。
采用上述优选的方式中，可以得到基准秒脉冲信号和时间信息，并且是高精度的时间信号；而且滤波模块可以使得时间信号准确度更高。
优选地，所述发射源中有一个内部RTC，所述内部RTC通过OCXO进行维护，并且所述OCXO的时钟会经过过滤修正，然后进入秒脉冲模块，生成秒脉冲之后，再进入时间计数器中，生成时间信息。
优选地，所述步骤C中，所述参考源与所述基准源之间的时间差的计算方法包括：1).从所述解码后的IRIG-B码中提取准时沿，然后将准时沿信息输入至参考源；2).从发送装置OCXO产生的时钟信号，所述时钟信号生成内部RTC的秒脉冲，然后将所述秒脉冲输入至基准源；3).将所述准时沿信息和所述秒脉冲信息输入至相位比较器进行比较，计算出二者的相位差。
采用OCXO作为基准源，先经过滤波模块，可以为发射源提供稳定的时间信号。
优选地，所述步骤D中预定的延时补偿机制包括：1).计算出当前是一年中的第多少天，然后计算出IRIG-B所需要的控制信息；2)将秒脉冲信号转换成BCD码表示的时间信息，并且步骤1)和步骤2)同时进行；3)将步骤1)和步骤2)中的信息输入至IRIG-B码发生器，最后进入IRIG-B码发送器中，生成IRIG-B码。通过预定的补偿机制，可以自动将延时的时间信号及时补偿，保证信息传递的稳定性。
另一方面，本发明还提供一种基于IRIG-B延时自动补偿的系统，包括：接收装置和发送装置，所述发送装置和所述接收装置之间能够进行信息传递；其中，所述发送装置能够接收来自所述接收装置反馈的IRIG-B码；所述发送装置包括修正模块，并且所述修正模块能够按照上述任意一种所述的基于IRIG-B延时自动补偿的方法，将修正后的IRIG-B码发送给接收装置。
优选地，所述系统还设置有解码装置，所述解码装置将所述接收装置反馈的IRIG-B码解码后，发送至所述发送装置，发送装置将所述解码后的IRIG-B码作为参考源。
优选地，所述修正模块包括比较单元和校正单元；所述比较单元将接收来自OCXO的时钟信号作为基准源和将来自所述解码后的IRIG-B作为参考源，并且将二者的差值，反馈至所述校正单元；所述校正单元根据所述差值，自动对所述解码后的IRIG-B码进行修正，并将修正后的IRIG-B码发送给接收装置。
优选地，所述比较单元包括比较器，所述校正单元包括相位超前加法器和相位滞后减法器。
通过利用系统中固有的OCOX作为时间基准源与解析后的IRIG-B进行对比，并根据二者的时间差进行补偿，不需要增加复杂的设备，就可以实现时间信号在传输过程中的延时自动补偿。而且，使用OCXO作为基准源，先经过滤波模块，可以为发射源提供稳定的时间信号。进一步地，上述优选的解码方式中，可以得到基准秒脉冲信号和时间信息，并且是高精度的时间信号。更进一步地，所述比较器的输入端都是经过高精度解析后的脉冲，所以修正后的精度也非常高。
附图说明
图1为现有技术中IRIG-B规定的格式中各个信息比特的格式示意图。
图2为本发明实施例一提供的一种基于IRIG-B延时自动补偿方法的流程图。
图3为本发明实施例一提供的一种基于IRIG-B延时自动补偿的系统框图。
图4为本发明实施例二提供的一种基于IRIG-B延时自动补偿方法的流程图。
图5为图4中的参考源模块的流程图。
图6为图4中的基准源模块的流程图。
图7为图4中的内部RTC的流程图。
图8为图4中的延时补偿机制的流程图。
图9为图4中发送源的流程图。
图10为本发明实施例三涉及的一种基于IRIG-B延时自动补偿方法的流程图。
图11为图10中发送源的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。
实施例一
如图2所示为实施例一提供的一种基于IRIG-B延时自动补偿方法，该方法包括：
S0，选择参考源，具体地，对接收装置回复的IRIG-B进行解码，并且以解码后的IRIG-B码作为参考源；
S1，选择基准源，具体地，以OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator，恒温晶体振荡器，是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器)产生的时钟信号作为基准源；
S2，比较基准源和参考源之间的时间差，具体地，将参考源与基准源输入至一个比较器，进行对比，计算出参考源与基准源之间的时间差；
S3，修正IRIG-B码，并发送，具体地，通过预定的延时补偿机制，在发射源处根据所述时间差，对所述解码后的IRIG-B码进行修正，并且发送修正后的IRIG-B码发送给接收装置。
其中，需要说明的是上述步骤中，S0和S1是不分先后顺序的，目的都是将接收装置回复的IRIG-B进行解码后，与一个可以作为参照的时钟信号进行比较，然后对误差进行修正。
如图3所示，实施例一提供的一种基于IRIG-B延时自动补偿的系统包括：接收装置1和发送装置2，发送装置2和接收装置1之间能够进行信息传递；其中，发送装置2能够接收来自接收装置1反馈的IRIG-B码；发送装置1包括OCXO模块3和修正模块4，并且修正模块4能够按照上述延时自动补偿的方法，将修正后的IRIG-B码发送给接收装置1。
优选地，实施例一提供的系统还设置有解码装置，该解码装置能够将接收装置1反馈的IRIG-B码解码后，发送至发送装置2，发送装置2将解码后的IRIG-B码作为参考源。
优选地，修正模块4包括比较单元5和校正单元6；比较单元5中设置有比较器，能够接收来自OCXO模块3的时钟信号，并以此信号作为基准源，以及来自解码后的IRIG-B，作为参考源；并且将二者的差值，反馈至校正单元6；校正单元根据该差值，自动对解码后的IRIG-B码进行修正，并将修正后的IRIG-B码发送给接收装置1。
通过利用系统中固有的OCOX作为时间基准源与解析后的IRIG-B进行对比，并根据二者的时间差进行补偿，不需要增加复杂的设备，就可以实现时间信号在传输过程中的延时自动补偿。
实施例二
图4为实施例二提供一种基于IRIG-B延时补偿的方法，和实施例一相同地，首先，以接收装置回复的IRIG-B进行解码，以解码后的IRIG-B码作为参考源20；并且选择OCXO产生的时钟信号作为基准源10。然后，通过延时补偿机制模块40修正IRIG-B码，并通过发送源50发送出去。
如图5，优选地，OCXO模块11产生的时钟信号与倍频模块12连接，并且输出高速时钟信号，高速时钟信号为发送装置的高速运行和纳秒级的时间分辨率提供了保证。并且经过倍频模块12产生的时间阀值16、RTC时钟17，还会经过脉冲相位比较器18，其中，RTC时钟可以作为内部RTC的时钟信号。高速时钟信号还会输入至一个滤波模块，为发送装置提供稳定的接收装置的信息在滤波模块主要是通过分频的方式得到分频系数13，并将分频后的系数存储；最后得到秒脉冲19a信号，分频器19b和计数器19c存储的系数也分别可以为参考源20提供参照。
如图6，优选地，内部RTC(Real-Time Clock，实时时钟)作为基准源的时间源，RTC通过OCXO模块21进行维护，并且OCXO模块21的时钟会经过过滤校正，然后进入秒脉冲模块，生成秒脉冲之后，再进入时间计数器中，生成时间信息；具体地，OCXO模块21经过分频器22之后，便可以产生的年、月、日、时、分、秒，分别存储在相应的计数器中。
如图7，优选地，IRIG-B解码的方法是：首先进入正反向识别模块，经过正反向识别后，输出正向的IRIG-B码，正向的IRIG-B码还与一个准时延提取模块连接，通过准时延模块36提取出正向的IRIG-B码的准时沿，准时沿进入秒脉冲生成模块38，然后才将信号输出至参考源；正向的IRIG-B码还与一个IRIG-B码识别模块37连接，IRIG-B码识别模块37能够识别正向的IRIG-B码中时间码和功能码，时间码和功能码的具体格式，如图1所示；并且IRIG-B码识别模块与准时延提取模块并联。更具体地，IRIG-B码输入时，启动脉冲宽度识别模块中1ms的定时器和1ms的计数器检测IRIG-B码，在脉冲的上升沿对计数器清零，在脉冲的下降沿读取计数；如大于等于7同时小于等于9，则脉冲为8ms，若大于等于4同时小于等于6，则此脉冲宽为5ms，若大于等于1同时小于等于3，则此脉冲为2ms；并且IRIG-B方向模块在一秒内对8ms脉冲进行计数中，1秒内，如果8ms脉冲的个数小于等于十个，则IRIG-B码为正方向，如果8ms脉冲的个数大于十个，则IRIG-B码为反向；识别IRIG-B码准时延模块通过识别相连的脉冲类型的方法来找到IRIG-B码的准时沿，当发现两个连续相连的脉冲都为8ms脉冲信号，则第二个8ms脉冲的信号的上升沿即为IRIG-B的准时延。
如图8，优选地，Time1作为前述的基准源41信号，Time2作为前述的参考源42信号，同时输入到延时补偿机制模块40，通过比较器模块43比较两者的差值，具体的比较方法包括：1).从解码后的IRIG-B码中提取准时沿，然后将准时沿信息输入至参考源；2).从发送装置OCXO产生的时钟信号，时钟信号生成内部RTC的秒脉冲，然后将所述秒脉冲输入至基准源；3).将准时沿信息和秒脉冲信息输入至相位比较器43进行比较，计算出二者的相位差。其中，比较器43包括相位比较器，秒脉冲比较器和时间比较器，然后进入脉冲计数器模块44，脉冲计数器模块44包括比较单元和校正单元，并且比较单元包括脉冲比较器44a，校正单元包括相位超前加法器44b和相位滞后减法器44c；脉冲比较器44a将基准源41的脉冲信号与参考源42的脉冲信号对比，计算出二者的相位差值，然后计算出需要校正的秒脉冲信号，然后选择性地通过相位超前加法器44b、相位滞后减法器44c；再把二者的相位差值对应的信号，输入至秒脉冲模块45，秒脉冲模块45为发送源50提供秒脉冲基准。
如图9所示，有选地，内部RTC和OXCO作为发射源的一部分，并且前述图5、图6描述的，发射源从内部RTC中提取生产IRIG-B需要的时间所需要的年、月、日、时、分、秒，从OXCO中的秒脉冲中提取IRIG-B所需要的秒脉冲，并且在延时补偿机制模块40中计算出参考源和基准源的差值；然后通过Control(控制)模块51对解码后的IRIG-B根据差值增加或者减少解码后的IRIG-B值，同时将前述解成二进制表示的年、月、日、时、分、秒，转化为BCD码表示的年、月、日、时、分、秒；然后一起进入IRIG-B发生器54，生成IRIG-B码编码所需的所有信息；最后进入IRIG-B码发送器55中，生成IRIG-B码。
采用上述进一步优选的技术方案，使用OCXO作为基准源，先经过滤波模块，可以为发射源提供稳定的时间信号。进一步地，上述优选的解码方式中，可以得到基准秒脉冲信号和时间信息，而且得到的是高精度的时间信号。更进一步地，比较器的输入端都是经过高精度解析后的脉冲，所以修正后的精度也非常高。
实施例三
下面参考图10来说明实施例三，本实施例与实施例二相比，除了在发射源中5增加了Allday(完整的时间)模块52，其他方式与实施例二相同或者大体相同，对于相同或者大体相同的部分，在此不在重复说明。
如图10和如图11，优选地，发送源50中预定的延时补偿机制还包括：1).通过内部RTC模块51的信号，结合AllDay(完整的时间)模块52计算出当前是一年中的第多少天，然后计算出IRIG-B所需要的控制信息；2)结合Control(控制)模块53将秒脉冲信号转换成BCD码表示的时间信息，并且步骤1)和步骤2)同时进行；3)将步骤1)和步骤2)中的信息输入至IRIG-B码发生器54，最后进入IRIG-B码发送器55中，生成IRIG-B码，通过发送装置的发送源发送至接收装置。增加的AllDay模块52，可以让时间根据网络日期，自动更新具体的IRIGB码中的具体日期。
最后需要说明的是，上述说明仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，包括：
A.对接收装置回复的IRIG-B进行解码，并且以解码后的IRIG-B码作为参考源；
B.以OCXO产生的时钟信号作为基准源；
C.将所述参考源与所述基准源进行对比，计算出所述参考源与所述基准源之间的时间差；
D.通过预定的延时补偿机制，在发射源处根据所述时间差，对所述解码后的IRIG-B码进行修正，并且将修正后的IRIG-B码发送给接收装置。
2.如权利要求1所述的一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，所述步骤A中对IRIG-B解码的方法是首先进入正反向识别模块，经过正反向识别后，输出正向的IRIG-B码；并且所述正向的IRIG-B码还与一个准时延提取模块连接，通过所述准时延模块提取出所述正向的IRIG-B码的准时沿，准时沿进入秒脉冲生成模块，然后才将信号输出至所述参考源。
3.如权利要求2所述的一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，所述正向的IRIG-B码还与一个IRIG-B码识别模块连接，所述IRIG-B码识别模块能够识别正向的IRIG-B码中时间码和功能码；并且所述IRIG-B码识别模块与所述准时延提取模块并联。
4.如权利要求1所述的一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，所述步骤B中的OCXO产生的时钟信号与倍频模块连接，并且输出高速时钟信号；并且所述高速时钟信号会输入至一个滤波模块。
5.如权利要求1所述的一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，所述发射源中有一个内部RTC，所述内部RTC通过OCXO进行维护，并且所述OCXO的时钟会经过过滤校正，然后进入秒脉冲模块，生成秒脉冲之后，再进入时间计数器中，生成时间信息。
6.如权利要求1所述的一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，所述步骤C中，所述参考源与所述基准源之间的时间差的计算方法包括：1).从所述解码后的IRIG-B码中提取准时沿，然后将准时沿信息输入至参考源；2).从发送装置OCXO产生的时钟信号，所述时钟信号生成内部RTC的秒脉冲，然后将所述秒脉冲输入至基准源；3).将所述准时沿信息和所述秒脉冲信息输入至相位比较器进行比较，计算出二者的相位差。
7.如权利要求1所述的一种基于IRIG-B延时自动补偿的方法，其特征在于，所述步骤D中预定的延时补偿机制包括：1). 计算出当前是一年中的第多少天，然后计算出IRIG-B所需要的控制信息；2）将秒脉冲信号转换成BCD码表示的时间信息，并且步骤1）和步骤2）同时进行；3）将步骤1）和步骤2）中的信息输入至IRIG-B码发生器，最后进入IRIG-B码发送器中，生成IRIG-B码。
8.一种基于IRIG-B延时自动补偿的系统，其特征在于，包括：接收装置和发送装置，所述发送装置和所述接收装置之间能够进行信息传递；其中，所述发送装置能够接收来自所述接收装置反馈的IRIG-B码；所述发送装置包括修正模块，并且所述修正模块能够按照如权利要求1~7任意一种所述的基于IRIG-B延时自动补偿的方法，将修正后的IRIG-B码发送给接收装置。
9.如权利要求8所述的基于IRIG-B延时自动补偿的系统，其特征在于，所述系统还设置有解码装置，所述解码装置将所述接收装置反馈的IRIG-B码解码后，发送至所述发送装置，所述发送装置将所述解码后的IRIG-B码作为参考源。
10.如权利要求8所述的基于IRIG-B延时自动补偿的系统，其特征在于，所述修正模块包括比较单元和校正单元；所述比较单元将接收来自OCXO的时钟信号作为基准源和将来自所述解码后的IRIG-B作为参考源，并且将二者的差值，反馈至所述校正单元；所述校正单元根据所述差值，自动对所述解码后的IRIG-B码进行修正，并将修正后的IRIG-B码发送给接收装置；其中，所述比较单元包括比较器，所述校正单元包括相位超前加法器和相位滞后减法器。
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