CN208847840U - 一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端 - Google Patents

一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端 Download PDF

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王新刚
朱彬若
张垠
朱铮
江剑峰
顾臻
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East China Power Test and Research Institute Co Ltd
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State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
East China Power Test and Research Institute Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,包括控制中心、电源、主控芯片、双卫星模块和天线,所述电源分别连接主控芯片和双卫星模块,所述主控芯片连接控制中心,其中,双卫星模块包括互相连接的双模基带处理器和双模射频接收器,所述双模基带处理器连接主控芯片,所述双模射频接收器连接天线。与现有技术相比,本实用新型采用双卫星系统进行自动定位和时钟同步,结合GPS卫星和北斗一代、北斗二代卫星,充分融合和发挥多卫星系统的优势,提升采集系统的时钟管理水平和计量水平,有效降低采集终端参数异常对采集业务的影响,为实现高效,稳定的数据采集提供了保障。

Description

一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端
技术领域
本实用新型涉及一种电力配电自动化领域,尤其是涉及一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端。
背景技术
通过卫星系统实现定位和时钟同步在采集系统中具有广阔的应用前景,通过卫星能够实现终端精准的定位和实时的对时。在智能变电站采集终端的定位和时钟同步技术方面,目前主流方式是利用GPS系统,但是GPS系统是由国外卫星运行的,因国际关系变化等各类原因,很可能使GPS接收系统性能大幅度降低或失灵,这对GPS信号设备的系统的安全性、可靠性留下了非常大的隐患。
随着我国北斗卫星系统的不断完善,北斗卫星近年来已经开始向中国及周边地区提供连续无源的导航、定位和时钟同步等运行服务,其功能和GPS几乎没有差别,利用北斗卫星作为智能变电站采集终端的定位和时钟同步的应用也越来越多,但是,两者的技术特点有很大的不同,其主要不同点在于:北斗卫星是基于中心控制系统和卫星的工作,对中心控制系统的依赖性明显要大很多,因为定位解算在一固定中心而不是由用户设备完成的,具有易损性,但是,北斗卫星采用地球同步卫星做测量,在移动静态应用中,可以确保永远接受到同一颗卫星,从而保证正规时钟同步应用的稳定性和可靠性;GPS是被动式伪码单向测距三维导航,由用户设备独立解算自位解算在哪里,一旦地面控制中心遭受破环,仍然可以工作,但是,GPS采用低轨运动卫星,容易发生卫星切换和卫星定位精度突跳。
而一些利用GPS和北斗卫星两者结合的装置大都是基于国外厂商成熟的GPS模块与北斗卫星单向模块进行组合,两个模块独立解算,通过应用选择一个系统的时钟同步信息和定位信息,在这种模式下,不同卫星的观测数据不能共用,不能充分融合和发挥两个导航系统的优势。因此,如何结合两者所长,克服缺点,进一步实现智能变电站采集终端在定位和时钟同步技术方面的突破是十分必要的。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,包括控制中心、电源、主控芯片、双卫星模块和天线,所述电源分别连接主控芯片和双卫星模块,所述主控芯片连接控制中心,其中,双卫星模块包括互相连接的双模基带处理器和双模射频接收器,所述双模基带处理器连接主控芯片,所述双模射频接收器连接天线。
进一步地,所述双模射频接收器包括第一射频前端和第二射频前端,所述天线包括第一接收天线和第二接收天线,所述双模基带处理器包括第一数字基带和第二数字基带,所述第一接收天线、第一射频前端、第一数字基带和主控芯片依次连接形成第一接收通道,所述第二接收天线、第二射频前端、第二数字基带和主控芯片依次连接形成第二接收通道,第一射频前端和第二射频前端互相连接,第一数字基带和第二数字基带之间还设有OSC振荡器,OSC振荡器的一端连接第一射频前端和第二射频前端。
进一步地,所述的第一接收天线、第一射频前端和第一数字基带依次分别为北斗一代接收天线、北斗一代射频前端和北斗一代数字基带。
进一步地,所述的第二接收天线为北斗二代\GPS双模接收天线,第二射频前端为北斗二代\GPS双模射频前端,第二数字基带为北斗二代\GPS双模数字基带。
进一步地,所述天线为有源天线或无源天线。
进一步地,所述双模基带处理器是SOC芯片。
进一步地,所述电源、主控芯片、双卫星模块和天线均集成在一块PCB板上。
与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
1、本实用新型采用双卫星系统进行自动定位和时钟同步,结合GPS卫星和北斗一代、北斗二代卫星,充分融合和发挥多卫星系统的优势,提升采集系统的时钟管理水平和计量水平,有效降低采集终端参数异常对采集业务的影响,为实现高效,稳定的数据采集提供了保障。
2、本实用新型的第一接收通道采用较为成熟的北斗一代卫星作为主要信号源,第二接收通道同时兼容GPS或北斗二代卫星,将两个通道的信号综合处理,实现了双通道定位、时钟同步技术方案,使得不同源的观测数据能够共用,在城市峡谷地区或部分天空被遮蔽出现卫星数少和几何因子差等情况时,其可用性和可靠性也能不受到影响,而且通过数据共享,能充分发挥两个导航系统的优势来进行完好性监测。此外,在出现外界故意或无意干扰、故意降低服务精度、卫星健康状况等情况时,其可靠性、安全性也得到保障。
3、本实用新型的主控MUC采用差分GNSS的定位技术,差分GNSS是一种并行且又行之有效的降低升值并消除各种测量误差的方法,差分定位精度要明显地高于单点定位精度,从而极大提高了测量终端的定位和定时的精度。
4、本实用新型针对电力系统复杂的应用环境,结合北斗卫星导航系统运行的现状,选择多通道和多模式的高精度时钟同步技术方案,可以保证时钟同步终端即使处于恶劣的野外环境或受遮挡环境下也能稳定输出精确的时钟信号,有效提高时钟同步的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为双卫星模块的结构示意图;
图3为差分GNSS定位的原理示意图。
附图标记:1、电源,2、主控芯片,3、双卫星模块,31、双模基带处理器,311、北斗一代数字基带,312、北斗二代\GPS双模数字基带,32、双模射频接收器,321、北斗一代射频前端,322、北斗二代\GPS双模数字基带,33、OSC振荡器,4、天线,41、北斗一代接收天线,42、北斗二代\GPS双模接收天线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,本实施例提供了一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,包括控制中心5、电源1、主控芯片2、双卫星模块3和天线4。电源1、主控芯片2、双卫星模块3和天线4均集成在一块PCB板上。电源1分别连接主控芯片2和双卫星模块3,主控芯片2连接控制中心5,其中,双卫星模块3包括互相连接的双模基带处理器31和双模射频接收器32,所述双模基带处理器31连接主控芯片2,所述双模射频接收器32连接天线4,天线4为无源天线。
如图2所示,天线4包括北斗一代接收天线4和北斗二代\GPS双模接收天线4,双模射频接收器32包括北斗一代射频前端321和北斗二代\GPS双模射频前端322,双模基带处理器31是一款SOC芯片,兼容北斗二代和GPS卫星导航系统,包括北斗一代数字基带311和北斗二代\GPS双模数字基带312,其中,北斗一代接收天线4、北斗一代射频前端321、北斗一代数字基带311和主控芯片2依次连接形成第一接收通道,北斗二代\GPS双模接收天线4、北斗二代\GPS双模射频前端322、北斗二代\GPS双模数字基带312和主控芯片2依次连接形成第二接收通道,北斗一代射频前端321和北斗二代\GPS双模射频前端322互相连接,北斗一代数字基带311和北斗二代\GPS双模数字基带312之间通过OSC振荡器33互相连接,OSC振荡器33还连接北斗一代射频前端321和北斗二代\GPS双模射频前端322。
本实用新型工作过程为:第一接收通道中,北斗一代接收天线41(2.48GHz)接收到北斗一代卫星信号后,信号经过北斗一代射频前端321进行前端放大、下混频,模数转换后输出包含时间、延时等状态信息的数字信号到北斗一代数字基带311,数字基带电路通过硬件算法恢复出标准时间信息及延时信息等关键信息后,输出位置信息、标准时间、通道时钟同步状态等信息到主控芯片2。第二接收通道中,根据采集终端所处的现场区域选择北斗二代卫星或GPS卫星,北斗二代\GPS双模接收天线42(1.22GHz)接收北斗二代卫星或GPS信号后,信号同样经过北斗二代\GPS双模射频前端322和北斗二代\GPS双模数字基带312之后输出位置信息、标准时间、通道时钟同步状态等信息到主控芯片2。主控芯片2内以北斗一代卫星的时间信息为主,北斗二代或GPS信号的时间信息为辅,完成时钟的同步,同时,主控芯片2通过内部的差分GNSS定位计算确定各个卫星的位置信息,并且以北斗一代卫星的位置信息为主,北斗二代或GPS信号的位置信息为辅,完成采集终端的定位。
差分GNSS是一种现有的并行且行之有效的降低升值并消除各种测量误差的方法。如图3所示,GNSS的基本工作原理为:控制中心将接收到的测量误差通过发射电台送给采集终端,那么采集终端就可以利用接收到的控制中心的测量误差来校正采集终端对同一卫星的距离测量值,从而提高采集终端的测量和定位精度。
第二接收通道的工作原理为:
第二接收通道能接收L1、L2频段的GPS信号和B1、B2频段的北斗信号。载波相位观测值可用式(4-2)和式(4-3)表述,G代表GPS卫星,C代表北斗卫星。
式中:为L1频段上的载波观测值;ρG为GPS卫星到测站的距离;C为光速;为接收机时钟差;δTG为卫星钟差;为卫星轨道偏差;为对流层延迟;为电离层延迟;为波长;为整周未知数;为多路径误差;观测噪声值;x1、y1、z1为接收机1的坐标。同理,对于北斗卫星,是B2频段的观测值。考虑GPS与北斗的系统时间差参数为δt=t-ts,t为对于GPS的接收机时钟,ts为GPS系统时间;对北斗观测值,ts为北斗系统时,联合处理时,包含两个接收机时钟差,将北斗的时钟差表达成GPS形式:
代入(4-3)式可以得到:
在以后的历元中,如果控制中心和采集终端能够一直保持M+N颗卫星的同步观测,那么当方程的个数大于或等于未知数个数的时候,就能够求解监测站三维坐标的偏差dx、dy、dz和实际偏差模糊度。
通过上述论证可以发现,北斗卫星与GPS卫星的系统组成、定位原理和编码方式等相同,从信息融合的角度来看二者是完全兼容的。对于通过联立得到的北斗/GPS双模载波相位双差监测系统其数据的处理过程与GPS相似,由此可以实现第二通道的构建,而且由于主控芯片采用了GNSS的方式进行建模分析,其定位精度相较于单一的北斗或GPS定位方式能够得到大大提高。
通过卫星系统实现定位和时钟同步,能够实现终端定位及精确、实时对时,在采集系统中具有广阔的应用前景。目前,电网公司范围内采集终端时钟同步主要通过主站时钟同步实现,且采集终端自身不具备定位功能,对基于双卫星系统进行定位和时钟同步的采集终端的研究与应用,有利于提升采集系统的时钟管理水平和计量水平,提升公司优质服务的水平,能够降低采集终端参数异常对采集业务的影响,为实现高效、稳定的数据采集提供保障。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,包括控制中心、电源、主控芯片、双卫星模块和天线,所述电源分别连接主控芯片和双卫星模块,所述主控芯片连接控制中心,其中,双卫星模块包括互相连接的双模基带处理器和双模射频接收器,所述双模基带处理器连接主控芯片,所述双模射频接收器连接天线。
2.根据权利要求1所述的基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,所述双模射频接收器包括第一射频前端和第二射频前端,所述天线包括第一接收天线和第二接收天线,所述双模基带处理器包括第一数字基带和第二数字基带,所述第一接收天线、第一射频前端、第一数字基带和主控芯片依次连接形成第一接收通道,所述第二接收天线、第二射频前端、第二数字基带和主控芯片依次连接形成第二接收通道,第一射频前端和第二射频前端互相连接,第一数字基带和第二数字基带之间还设有OSC振荡器,OSC振荡器的一端连接第一射频前端和第二射频前端。
3.根据权利要求2所述的基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,所述的第一接收天线、第一射频前端和第一数字基带依次分别为北斗一代接收天线、北斗一代射频前端和北斗一代数字基带。
4.根据权利要求2所述的基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,所述的第二接收天线为北斗二代\GPS双模接收天线,第二射频前端为北斗二代\GPS双模射频前端,第二数字基带为北斗二代\GPS双模数字基带。
5.根据权利要求1所述的基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,所述天线为有源天线或无源天线。
6.根据权利要求1所述的基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,所述双模基带处理器是SOC芯片。
7.根据权利要求1所述的基于双卫星系统进行定位和时钟同步的变电站采集终端,其特征在于,所述电源、主控芯片、双卫星模块和天线均集成在一块PCB板上。
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CN110554417A (zh) * 2019-08-29 2019-12-10 国网天津市电力公司 一种高精度位置回传和危险区域报警方法及装置

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