CN112671491A - 一种直流b码传输延时补偿方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流B码传输延时补偿方法，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于B码周期偏差预设时间t、码元脉宽的偏差小于码元脉宽偏差预设时间t1时，提取直流B码的准时沿；提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值NS；生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿；设定延时补偿值ΔT；将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，将本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，得到补偿脉冲；将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑或，合成补偿后的直流B码；本发明的有益效果为通过调整B码准时沿，就能实现传输延时的补偿，达到被授时设备与授时设备的时间同步。

Description

一种直流B码传输延时补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及时间同步技术领域，尤其涉及一种直流B码传输延时补偿方法及装置。
背景技术
IRIG是美国靶场司令部委员会的下属机构靶场仪器组的简称(Inter-RangeInstrumentation Group)。IRIG串行时间码，共有六种格式，即A、B、D、E、G、H，其中IRIG-B格式时间码(以下简称B码)应用最为广泛。B码的时帧速率为1帧/s，包含100位信息，分别表示BCD时间信息和控制功能信息，同时也可从串行时间码中提取1Hz、10Hz和100Hz脉冲信号。
随着工业自动化的飞速发展，自动化设备对时间同步的要求也越来越高，应用也越来越广泛，尤其在电力系统各变电站、发电厂配置的时间同步装置普遍采用直流B码与被授时设备对时。
电力系统是电能生产、传输、使用的跨区域的大型的能源网络系统，电能在电网上以光速传播，生产的电能与传输损耗的电能以及使用的电能时刻保持守恒。因此，电力系统的监控和高级应用(如：潮流计算、负荷预测、系统仿真等)都是基于不同时刻的时间断面数据进行分析计算。另外，电力系统厂站的一些设备，如：同步相量测量装置(PMU)、双端行波测距装置、雷电监测装置以及智能变电站的合并单元，都要求对时精度优于1μs。
在实际应用中，厂站被授时设备分布在不同的小室和间隔，与时间同步装置的距离长短不一，而且差距很大，300m的距离就可以产生1μs以上的传输延时。因此，不能满足发电厂和变电站对二次设备的时间同步要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流B码传输延时补偿方法及装置，通过调整B码准时沿，无需重新生成B码时间信号，就能实现传输延时的补偿，达到被授时设备与授时设备的时间同。
本发明通过下述技术方案实现：一种直流B码传输延时补偿方法，所述方法步骤包括：
步骤A：获取直流B码信号，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于B码周期偏差预设时间t、码元脉宽的偏差小于码元脉宽偏差预设时间t1时，提取直流B码的准时沿并进入步骤B，否则闭锁补偿脉冲生成，将补偿信号置0；
步骤B：提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值NS；
步骤C：生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿；
步骤D：设定延时补偿值ΔT；
步骤E：将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地时间信号上升沿延时ΔN1对应的时间，得到补偿脉冲；
步骤F：将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑“或”，合成补偿后的直流B码。
传统的电力系统在厂站中应用时，厂站被授时设备分布在不同的小室和间隔，且与时间同步装置距离长短不一，因此容易在两者之间的差距的距离过大的时候，会造成传输延时，不能满足发电厂和变电站对二次设备的时间同步要求。本发明提供了一种直流B码传输延时补偿的方法及装置，通过码元替换技术实现直流B码时间信号的延时补偿，确保末端设备时间同步。对于不同的介质采用不同的失电切换电路，保证在失电的情况下时间信号仍能正常地传递，以确保对时的可靠性。
优选地，所述B码周期偏差预设时间t为10μs，所述码元脉宽偏差预设时间为t1为200μs，所述超前直流B码准时沿的预设时间t2为200μs。
优选地，所述步骤B中具体方法包括：
识别连续的“P0”码元与“Pr”码元，“Pr”码元的上升沿为准时沿，并测量准时沿的时间间隔对应的计数值NS，并通过算术平均的方法来消除因信号抖动带来的测量误差，得到算术平均值
Figure BDA0002829498450000021
且将
Figure BDA0002829498450000022
作为1s时长的计数值，作为本地时间信号的周期。
优选地，所述
Figure BDA0002829498450000023
的计算表达式为：
Figure BDA0002829498450000024
a为计数值的个数。
优选地，所述步骤C中具体的方法包括：
计算本地时间信号上升沿的修正量ΔN，若修正量为正，则将本地时间信号上升沿延后该计数值，若修正量为负，则将本地时间信号上升沿提前ΔN的计数值；
所述修正量ΔN的计算表达式为：
Figure BDA0002829498450000025
Figure BDA0002829498450000026
Figure BDA0002829498450000027
NPBi为第i个本地1PPS准时沿与直流B码准时沿的时差计数值，t>＝i>＝1，b为本地时间信号准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的总数；Nt2为t2对应的计数值，
Figure BDA0002829498450000028
为本地时间信号准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的算术平均值。
优选地，所述本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，ΔN1的计算表达式为：
ΔN1＝Nt2-NΔT
Figure BDA0002829498450000031
优选地，所述所述时间信号为IRIG-B(DC)或1PPS或1PPM或1PPH或DCF77。
本发明还公开了一种直流B码传输延时补偿装置，所述补偿装置包括：信号识别模块、准时沿提取模块、本地时间信号生成模块、补偿脉冲生成模块、延时设置模块以及准时沿替换模块：
所述信号识别模块用于获取直流B码信号，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于预设时间t、码元脉宽的偏差小于预设时间t1时，提取直流B码的准时沿并进入步骤B，否则闭锁补偿脉冲生成，将补偿信号置0；
所述准时沿提取模块用于提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值NS；
所述本地时间信号生成模块用于生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿；
所述延时设置模块用于设定延时补偿值ΔT，并将补偿值输入到所述补偿脉冲生成模块；
所述补偿脉冲生成模块用于将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，得到补偿脉冲；
所述准时沿替换模块用于将将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑“或”，合成补偿后的直流B码。
优选地，所述补偿装置还包括失电切换模块，所述失电切换模块用于保证在失电情况下直流B码能够正常传递。所述补偿装置在传输介质上，且当传输介质为双绞线时，所述失电切换模块为双刀双掷开关；当传输介质为光纤时，所述失电切换模块为光通道切换器件。
优选地，所述延时设置模块包括计数器，所述计数器的频率为40MHz。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的一种直流B码传输延时的补偿方法及装置，通过调整B码准时沿，无需重新生成B码时间信号，就能实现传输延时的补偿，达到被授时设备与授时设备的时间同步；
2、本发明提供的一种直流B码传输延时的补偿方法及装置，在补偿装置中加入失电切换模块，对不同的介质采用不同的失电切换电路，保证在失电的情况下时间信号仍能正常的传递，确保对时间的可靠性；
3、本发明提供的一种直流B码传输延时的补偿方法及装置，将补偿装置集成在FPGA上，通过码元替换技术实现直流B码时间信号的延时补偿，确保末端设备的时间同步。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明直流B码传输延时补偿装置示意图
图2为本发明补偿方法示意图
图3为直流B码准时沿提取时序示意图
图4为补偿前后直流B码时间信号示意图
图5为配置延时补偿装置前后示意图
图6为直流B码传输延时补偿流程框图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例公开了一种直流B码传输延时补偿方法，如图2与图5所示，方法步骤包括：
步骤A：获取直流B码信号，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于预设时间t、码元脉宽的偏差小于预设时间t1时，提取直流B码的准时沿并进入步骤B，否则闭锁补偿脉冲生成，将补偿信号置0；B码周期偏差预设时间t为10μs，码元脉宽偏差预设时间为t1为200μs，超前B码准时沿的预设时间t2为200μs。
一个周期100个码元，10个码元一组，共10组。每组第一个码元为“P”码元，最后一组的最后一个码元也是“P”码元，“P”码元的编号为：Pr、P1、P2、…、P9、P0，因此，一个周期的直流B码应包括11个“P”码元、若干个“0”码元、若干个“1”码元。
码元为P码元、0码元以及1码元，且P码元的脉宽为8ms，1码元的脉宽为5ms，0码元的脉宽为2ms；
“P”码元脉宽8ms，“0”码元脉宽2ms，“1”码元脉宽5ms，2个相邻的Pr码元的上升沿间距1s，NS为直流B码周期时长的计数值，对应时间长度为1s，则有：
10ms码元宽度的计数值应为
Figure BDA0002829498450000041
8ms“P”码元脉宽的计数值应为
Figure BDA0002829498450000042
5ms“1”码元脉宽的计数值应为
Figure BDA0002829498450000051
2ms“0”码元脉宽的计数值应为
Figure BDA0002829498450000052
步骤B：提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值NS；
识别直流B码中连续的P0码元与Pr码元，“Pr”码元的上升沿为准时沿，并测量准时沿的的时间间隔对应的计数值NS，并通过算术平均的方法来消除因信号抖动带来的测量误差，得到算术平均值
Figure BDA0002829498450000053
且将
Figure BDA0002829498450000054
作为1s时长的计数值，作为本地1PPS的周期；
Figure BDA0002829498450000055
的计算表达式为：
Figure BDA0002829498450000056
a为计数值的个数，a>＝i>＝1。
步骤C：生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿；
生成超前直流B码准时沿t2为200μs的本地1PPS上升沿，计算本地1PPS秒沿的修正量
Figure BDA0002829498450000057
若该差值为正，则将本地1PPS信号上升沿延后该计数值，若该差值为负，则本地1PPS上升沿提前
Figure BDA0002829498450000058
的计数值，Nt2为200μs对应的计数值，
Figure BDA0002829498450000059
为本地1PPS准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的算术平均值；
Figure BDA00028294984500000510
的计算表达式为：
Figure BDA00028294984500000511
Figure BDA00028294984500000512
Figure BDA00028294984500000513
NPBi为第i个本地1PPS准时沿与直流B码准时沿的时差计数值，b>＝i>＝1，b为本地时间信号准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的总数；Nt2为t2对应的计数值，
Figure BDA00028294984500000514
为本地时间信号准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的算术平均值。
步骤D：设定延时补偿值ΔT；
步骤E：将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，得到补偿脉冲；
将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地1PPS延时ΔN1＝Nt2-NΔT计数值对应的时间，得到补偿脉冲，
Figure BDA00028294984500000515
步骤F：将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑“或”，合成补偿后的直流B码。
且本方法同样也适用于IRIG-B(DC)/1PPS/1PPM/1PPH、DCF77等时间信号的传输延时的补偿。
实施例二
本实施例基于实施例一的基础上，举例说明具体能运用实施例一的补偿方法，本实施例公开了一种直流B码传输延时补偿装置，如图1所示，补偿装置用于实现实施例一中一种直流B码传输延时补偿方法，补偿装置包括：信号识别模块、准时沿提取模块、本地1PPS生成模块、补偿脉冲生成模块、延时设置模块以及准时沿替换模块：
信号识别模块用于获取直流B码信号，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于预设时间t、码元脉宽的偏差小于预设时间t1时，提取直流B码的准时沿并进入步骤B，否则闭锁补偿脉冲生成，将补偿信号置0；依据B码的特征：码元宽度10ms、“P”码元脉宽8ms、“1”码元脉宽5ms、“0”码元脉宽2ms、起始“P”码元间隔100ms、B码周期1s；
准时沿提取模块用于提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值
Figure BDA0002829498450000061
本地时间信号生成模块用于生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿，如图3所示，识别出2个连续的“P”码元(P0、Pr)，其中“Pr”码元的上升沿为准时沿。2个“Pr”码元上升沿的间隔为B码周期，时长1s。
延时设置模块用于设定延时补偿值ΔT，并将补偿值输入到补偿脉冲生成模块，延时设置模块用于设置延时补偿值，并将补偿值输入到补偿脉冲生成模块，延时设置模块是通过网口设置延时补偿值，且范围0～100μs，分辨率25ns。100μs的延时范围可以满足近30km的传输介质所产生的延时补偿。延时补偿范围的大小主要是考虑不影响码元识别。
补偿脉冲生成模块用于将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，得到补偿脉冲；准时沿替换模块用于将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑“或”，合成补偿后的直流B码，如图4所示。
补偿装置还包括失电切换模块，失电切换模块用于保证在失电情况下直流B码能够正常传递。补偿装置在传输介质上，且当传输介质为双绞线时，失电切换模块为双刀双掷开关；当传输介质为光纤时，失电切换模块为光通道切换器件。失电切换模块用于在补偿装置处于不同状态时，进行连接切换，当补偿装置处于上电状态时，与补偿通道连接，当补偿装置处于失电状态时，与直通通道连接；如图5所示，补偿装置安装在传输介质的首端或末端。
失电切换的2个公共端分别接直流B码的输入和输出，2个失电闭合端直连，保证在失电情况下B码时间信号仍能正常传递。输入的上电闭合端分别接入信号识别模块的输入和准时沿替换模块的输入，准时沿替换模块的输出接至输出的上电闭合端，延时设置模块包括计数器，计数器的频率为40MHz，且模块结构集成在FPGA上。
直流B码的各码元上升沿时读取计数器的计数值，下降沿时读取计数器的计数值，1个周期的直流B码有100个码元，即100个上升沿和100个下降沿。建立400个计数值的缓冲区，滚动记录最近2个周期的上升沿和下降沿的计数值，偶地址存放上升沿的计数值，奇地址存放下降沿的计数值。下降沿的计数值减前一个上升沿的计数值为高电平的计数值NH，上升沿的计数值减前一个上升沿的计数值为码元(“0”码元、“1”码元、“P”码元)宽度的计数值NC。“Pr”码元上升沿的计数值减前一个“Pr”码元上升沿的计数值为直流B码周期的计数值NS，即1s。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
步骤A：获取直流B码信号，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于B码周期偏差预设时间t、码元脉宽的偏差小于码元脉宽偏差预设时间t1时，提取直流B码的准时沿并进入步骤B，否则闭锁补偿脉冲生成，将补偿信号置0；
步骤B：提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值NS；
步骤C：生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿；
步骤D：设定延时补偿值ΔT；
步骤E：将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，得到补偿脉冲；
步骤F：将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑“或”，合成补偿后的直流B码。
2.根据权利要求1所述的一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述B码周期偏差预设时间t为10μs，所述码元脉宽偏差预设时间为t1为200μs，所述超前直流B码准时沿的预设时间t2为200μs。
3.根据权利要求1所述的一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述步骤B中具体方法包括：
识别连续的“P0”码元与“Pr”码元，“Pr”码元的上升沿为准时沿，并测量准时沿的时间间隔对应的计数值NS，并通过算术平均的方法来消除因信号抖动带来的测量误差，得到算术平均值
Figure FDA0002829498440000011
且将
Figure FDA0002829498440000012
作为1s时长的计数值，作为本地时间信号的周期。
4.根据权利要求3所述的一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述
Figure FDA0002829498440000013
的计算表达式为：
Figure FDA0002829498440000014
a为计数值的个数。
5.根据权利要求1所述的一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述步骤C中具体的方法包括：
计算本地时间信号上升沿的修正量ΔN，若修正量为正，则将本地时间信号上升沿延后该计数值，若修正量为负，则将本地时间信号上升沿提前ΔN的计数值；
所述修正量ΔN的计算表达式为：
Figure FDA0002829498440000015
Figure FDA0002829498440000016
Figure FDA0002829498440000021
NPBi为第i个本地1PPS准时沿与直流B码准时沿的时差计数值，b>＝i>＝1，b为本地时间信号准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的总数；Nt2为t2对应的计数值，
Figure FDA0002829498440000022
为本地时间信号准时沿与直流B码准时沿的时差计数值的算术平均值。
6.根据权利要求1所述的一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间中ΔN1的计算表达式为：
ΔN1＝Nt2-NΔT
Figure FDA0002829498440000023
7.根据权利要求1-6任一所述的一种直流B码传输延时补偿方法，其特征在于，所述时间信号为IRIG-B(DC)或1PPS或1PPM或1PPH或DCF77。
8.一种直流B码传输延时补偿装置，其特征在于，所述补偿装置包括：信号识别模块、准时沿提取模块、本地时间信号生成模块、补偿脉冲生成模块、延时设置模块以及准时沿替换模块；
所述信号识别模块用于获取直流B码信号，并识别直流B码的周期与码元，当B码周期的偏差小于预设时间t、码元脉宽的偏差小于预设时间t1时，提取直流B码的准时沿并进入步骤B，否则闭锁补偿脉冲生成，将补偿信号置0；
所述准时沿提取模块用于提取直流B码的准时沿，并计算准时沿的时间间隔对应的计数值
Figure FDA0002829498440000024
所述本地时间信号生成模块用于生成超前直流B码准时沿预设时间t2的本地时间信号上升沿；
所述延时设置模块用于设定延时补偿值ΔT，并将补偿值输入到所述补偿脉冲生成模块；
所述补偿脉冲生成模块用于将设定的延时补偿值ΔT转换成计数值NΔT，再将本地时间信号上升沿延时ΔN1计数值对应的时间，得到补偿脉冲；
所述准时沿替换模块用于将生成的补偿脉冲与输入的直流B码做逻辑“或”，合成补偿后的直流B码。
9.根据权利要求8所述的一种直流B码传输延时补偿装置，其特征在于，所述补偿装置还包括失电切换模块，所述失电切换模块用于保证在失电情况下直流B码能够正常传递；所述补偿装置在传输介质上，且当传输介质为双绞线时，所述失电切换模块为双刀双掷开关；当传输介质为光纤时，所述失电切换模块为光通道切换器件。
10.根据权利要求9所述的一种直流B码传输延时补偿装置，其特征在于，所述延时设置模块包括计数器，所述计数器的频率为40MHz。
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