CN110726901A - 一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，包括如下步骤：过零点触发采样，采集时间差；通过时间差计算时间间隔；获取过零电路响应时的时间误差；通过时间间隔和时间误差计算距离长度；进行距离校验。本发明所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法具有时间差小、能够对时间差的合法性进行判断、进一步的增强了测得的距离长度的准确性和可靠性的优点。

Description

一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法
技术领域
本发明涉及用于数据采样的高速载波领域，特别涉及一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法。
背景技术
当前国家电网有限公司用于数据采样的高速载波通信单元无测距功能，电能表在停电或线路故障后维修检查耗费时间长。故障点定位和电能表位置查找耗费大量时间，通过内置在电能表内的高速载波通信模块可以快速的定位故障或异常表计位置。同一个网络中一般存在大量高速载波通信单元，互相之间可以通信，但距离未知。
发明内容
本发明的目的提供一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，解决上述的用于数据采样的高速载波通信单元无测距功能的问题。
本发明提出一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，包括如下步骤：
采集时间差，过零点触发采样，记录两个不同高速载波通信单元对应的时间差t1和tn；
计算时间间隔，利用时间差计算两个不同高速载波通信单元的时间间隔︱t1-tn︱；
获取过零电路响应时的时间误差t0；
计算距离长度，根据两个不同高速载波通信单元的时间间隔t1-tn和时间误差t0进行距离的测试值计算S＝Ct＝C*(︱t1-tn︱-t0)，其中S指代距离长度，C指代的是电场传播速度；
进行距离校验，采集高速载波通信单元的信号的信噪比，利用信噪比过滤不合理的测距数据。
在某些实施方案中，所述过零点触发采样时由其中一个高速载波通信单元发送过零同步信号，通过发送过零信息帧，通知另一个的高速载波通信单元同步时间，并采集第二个过零点的计时值。
在某些实施方案中，每个所述高速载波通信单元中均设有一个计时器，过零同步信号用于约定两个高速载波通信单元之间过零点同步，并控制对应的高速载波通信单元内部的计时器归零，计时器采集的第二个过零点的计时值即为对应的高速载波通信单元的时间差。
在某些实施方案中，所述时间误差t0为过零电路出厂是校准测试的误差值，在出厂时写入到高速载波通信单元的存储单元中，作为校准参数使用。
在某些实施方案中，计算时间误差之前将过零电路元件安装到测试用的通信模块中，然后利用过零电路元件进行过零点触发采样，记录z个测试用的通信模块对应的时间差d1、d2、d3......d(z-1)、dz，根据时间差利用均方根公式进行计算，具体涉及的均方根公式如下：
t0＝sqrt{[d1^2+d2^2......+d(z-1)^2+dz^2]/z}。
在某些实施方案中，所述S具体指的是两个不同高速载波通信单元之间的电线长度。
在某些实施方案中，所述高速载波通信单元的信号通过AD采集。
在某些实施方案中，进行距离校验的具体步骤如下：
计算发出过零同步信号的高速载波通信单元与其他不同的过零载波通信单元之间的距离长度，根据距离长度排序；
采集不同高速载波通信单元的信号的信噪比，通过信噪比的大小对高速载波通信单元进行排序；
如果距离长度排序与通过信噪比的大小对高速载波通信单元进行排序不符合，则距离的测试值计算错误，距离的测试值舍弃，重新进行时差采集，获取新的距离长度。
本发明所述的一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法的优点为：
1、精准过零同步触发采样，时间差小；
2、信噪比过滤不合理的测距数据，排除元器件光电响应时间差异，通过信号的信噪比判读时间差的合法性，去除时间差异常的数值。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式中高速载波通信单元之间的距离示意图；
图2为本发明的一种实施方式中过零电路原理图。
具体实施方式
本实施方案中任意一个节点均可以发起，基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法过程，不局限于哪一个高速载波通信单元。
以高速载波通信单元1为例，如图1所示，高速载波通信单元1的一侧由近至远依次设置有高速载波通信单元2、高速载波通信单元3...高速载波通信单元m、高速载波通信单元m+1...高速载波通信n，将每个高速载波通信单元的CPU内部的计数器作为计时器使用。
如图2所示，过零电路使用光耦隔离的脉冲触发的采样方式，将光耦信号连接到CPU引脚的AD采集芯片端口上。通过采集50Hz周波正半波上升沿的脉冲信号触发内部CPU设置的AD电压阀值。记录触发时间的计数器值，通过计算计数器值得出时间差。
过零电路响应时的时间误差t0为出厂时校准测试的误差值，在出厂时写入到载波通信模块的存储模块内，作为校准参数使用，用于消除过零电路时间响应差异。过零电路响应时的时间误差t0的计算过程如下：
计算时间误差之前在z个测试用的通信模块中安装过零电路元件，其中测试用的通信模块可以直接采用北京智芯微电子科技有限公司生产的国网集中器高速载波通信模块TXHX13-GD51001和国网单相表高速载波模块TXHX13-GD31-1，
将其中一个测试用的通信模块中发出过零同步信号，通过发送过零信息帧，通知对应的测试用的通信模块同步时间，并采集第二个过零点的计时值，
获取z个测试用的通信模块对应的从触发同步计时点到第二个过零点的时间差d1、d2、d3......d(z-1)、dz，根据时间差利用均方根公式进行计算，具体涉及的均方根公式如下：
t0＝sqrt{[d1^2+d2^2......+d(z-1)^2+dz^2]/z}。
由高速载波通信单元1发出过零同步信号，基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，包括如下步骤：
步骤1、采集时间差，由高速载波通信单元1发出过零同步信号，通过发送过零信息帧，通知对应的高速载波通信单元同步时间，并采集第二个过零点的计时值，
其中过零同步信号用于约定高速载波通信单元1、高速载波通信单元2、高速载波通信单元3...高速载波通信单元m、高速载波通信单元m+1...高速载波通信n-1、高速载波通信n过零点同步，
控制高速载波通信单元1、高速载波通信单元2、高速载波通信单元3...高速载波通信单元m、高速载波通信单元m+1...高速载波通信n-1、高速载波通信n内部的计时器归零，
在过零点触发采样，即在发送过零信息帧时，通知对应的高速载波通信单元同步时间，记录高速载波通信单元1、高速载波通信单元2、高速载波通信单元3...高速载波通信单元m、高速载波通信单元m+1...高速载波通信n-1、高速载波通信n在到达第二个过零点时计时器中对应的时间差分别为t1、t2、t3...tm、t(m+1)...t(n-1)、tn；
步骤2、高速载波通信单元1读取其内部计时器对应的时间差t1，
同时读取其他高速载波通信单元内部计时器对应的时间差t2、t3...tm、t(m+1)...t(n-1)、tn；
步骤3、计算时间间隔，利用时间差计算高速载波通信单元1与其他高速载波通信单元之间的时间间隔，分别为
差t2-t1、t3-t1...tm-t1、t(m+1)-t1...t(n-1)-t1、tn-t1；
步骤4、获取过零电路响应时的时间误差t0；
步骤5、计算距离长度，根据时间间隔和时间误差进行距离的测试值计算，
高速载波通信单元1到高速载波通信单元2之间的电线长度:S2＝Ct＝C*(t2-t1-t0)，
高速载波通信单元1到高速载波通信单元3之间的电线长度:S3＝Ct＝C*(t3-t1-t0)，
......
高速载波通信单元1到高速载波通信单元n之间的电线长度:Sm＝Ct＝C*[tm-t1-t0]，
高速载波通信单元1到高速载波通信单元n之间的电线长度:S(m+1)＝Ct＝C*[t(m+1)-t1-t0]，
......
高速载波通信单元1到高速载波通信单元n-1之间的电线长度:S(n-1)＝Ct＝C*[t(n-1)-t1-t0]，
高速载波通信单元1到高速载波通信单元n之间的电线长度:Sn＝Ct＝C*(tn-t1-t0)，
C指代的是电场传播速度；
步骤6、进行距离校验，
步骤6.1、通过AD采集不同高速载波通信单元的信号的信噪比，
根据距离越近，信号强度越强，距离越远，信号强度越弱的关系得出信噪比与距离呈正比的关系，得出高速载波通信单元1与其他高速载波通信单元之间的距离由近到远的基础排序关系如下：高速载波通信单元2、高速载波通信单元3...高速载波通信单元m、高速载波通信单元m+1...高速载波通信n、高速载波通信n，
步骤6.2、根据步骤5中得到的高速载波通信单元1到其他高速载波通信单元之间的距离的大小，由小到大进行排序得到对比排序的关系；
步骤6.3、将对比排序的关系与基础排序的关系中各个高速载波通信单元的位置关系进行对比，如果位置关系不一致则表示距离计算正确，可以将得到的距离关系显示到高速载波通信单元1上的显示装置中进行显示或存储到高速载波通信单元1的存储模块内，如果位置关系不一致，则将对比排序的关系中与基础排序的关系中位置不一致，则表示距离的测试值计算错误，距离的测试值舍弃，重新进入步骤1，进行新的距离的测试值度的计算。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集时间差，过零点触发采样，记录两个不同高速载波通信单元对应的时间差t1和tn；
计算时间间隔，利用时间差计算两个不同高速载波通信单元的时间间隔︱t1-tn︱；
获取过零电路响应时的时间误差t0；
计算距离长度，根据两个不同高速载波通信单元的时间间隔t1-tn和时间误差t0进行距离的测试值计算S＝Ct＝C*(︱t1-tn︱-t0)，其中S指代距离长度，C指代的是电场传播速度；
进行距离校验，采集高速载波通信单元的信号的信噪比，利用信噪比过滤不合理的测距数据。
2.根据权利要求1所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其中，过零点触发采样时由其中一个高速载波通信单元发送过零同步信号，通过发送过零信息帧，通知另一个高速载波通信单元同步时间，并采集第二个过零点的计时值。
3.根据权利要求2所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其中，每个所述高速载波通信单元中均设有一个计时器，过零同步信号用于约定两个高速载波通信单元之间过零点同步，并控制对应的高速载波通信单元内部的计时器归零，计时器采集的第二个过零点的计时值即为对应的高速载波通信单元的时间差。
4.根据权利要求1所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其中，所述时间误差t0为过零电路出厂是校准测试的误差值，在出厂时写入到高速载波通信单元的存储单元中，作为校准参数使用。
5.根据权利要求4所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其中，计算时间误差之前将过零电路元件安装到测试用的通信模块中，然后利用过零电路元件进行过零点触发采样，记录z个测试用的通信模块对应的时间差d1、d2、d3......d(z-1)、dz，根据时间差利用均方根公式进行计算，具体涉及的均方根公式如下：
t0＝sqrt{[d1^2+d2^2......+d(z-1)^2+dz^2]/z}。
6.根据权利要求1所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其中，所述高速载波通信单元的信号通过AD采集。
7.根据权利要求1所述的基于高速载波过零同步和信噪比的测距方法，其中，进行距离校验的具体步骤如下：
计算发出过零同步信号的高速载波通信单元与其他不同的过零载波通信单元之间的距离长度，根据距离长度排序；
采集不同高速载波通信单元的信号的信噪比，通过信噪比的大小对高速载波通信单元进行排序；
如果距离长度排序与通过信噪比的大小对高速载波通信单元进行排序不符合，则距离的测试值计算错误，距离的测试值舍弃，重新进行时差采集，获取新的距离长度。
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