[发明专利]基于卫星轨道自学习算法的时间同步系统自拟合输出系统及方法

说明书

技术领域

本发明提供基于卫星轨道自学习算法的时间同步系统自拟合输出方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术

在电力系统中，二次设备同步对时应用依赖时间同步系统的秒脉冲相位精度。合并单元、PMU(相量测量单元)等二次设备对于秒脉冲相位精度及稳定性的要求很高，其余二次设备为了提高采样精度和方便事故分析，对相位精度要求也会越来越高。因此高精度对时成为了电力系统二次设备的一个基本功能。

卫星模块输出的秒脉冲相位是通过多普勒测量定位算法配合部分其它插值算法得出的，可视卫星越多，卫星模块输出的秒脉冲相位越精确。当可视卫星小于等于四颗时(即满足基本定位授时的卫星颗数)，受制于算法，卫星模块输出的秒脉冲相位会出现突变。另一方面，受地球大气层和气候影响，卫星信号本身就存在离散抖动，该抖动符合高斯分布，90％置信区间内的抖动均在亚微秒以内，但存在极少数较大抖动。以上这些外部原因均会影响秒脉冲相位。

时间同步系统依赖恒温晶振OCXO提供时钟信号，但是晶振的物理特性决定晶振在使用过程中，频率随着时间的推移总要发生变化，也就是晶振的老化现象。晶振的老化方向没有统一的规律，且老化曲线是对数曲线。由于时间同步系统运行时间大多均在十年以上，加上行业标准要求时间同步系统守时精度需达到1us/H，所以处理晶振老化现象十分重要。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述不可抗拒因素，本发明提供基于卫星轨道自学习算法的时间同步系统自拟合输出方法，解决了由于系统所处环境改变造成的相位突变、外部时钟源离散抖动以及装置内部晶振老化而导致本地时钟的时间信号稳定性降低的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

基于卫星轨道自学习算法的时间同步系统自拟合输出系统，包括卫星报文处理模块，卫星轨道自学习模块，参考秒脉冲接收模块，参考秒脉冲修正模块，自拟合输出模块；

所述卫星报文用以处理模块接收、整理来自卫星的报文数据，并传输给所述卫星轨道自学习模块；所述卫星轨道自学习模块用以统计可视卫星的轨道数据并进行自学习，并将自学习结果传输给所述参考秒脉冲修正模块；所述参考秒脉冲接收模块用以接收来自外部的参考秒脉冲信号，通过滤波处理后传输给所述参考秒脉冲修正模块；所述秒脉冲修正模块用以修正参考秒脉冲信号，传输给所述自拟合输出模块；所述自拟合输出模块用以通过最小二乘法拟合老化曲线，并输出本地秒脉冲信号。

还包括CPU，FPGA，恒温晶振OCXO，卫星接收模块；所述CPU用以实现上述卫星报文处理模块、卫星轨道自学习模块、自拟合输出模块；所述FPGA用以实现上述参考秒脉冲接收模块，参考秒脉冲修正模块；所述OCXO用以为FPGA提供时钟信号；所述卫星接收模块接收卫星报文信号，并通过串口传输给CPU。

所述OCXO频率为20MHz。

所述CPU采用不低于266MHz主频的POWERPC架构或者ARM架构的CPU。

所述FPGA逻辑单元数量不少于24000个。

该基于卫星轨道自学习算法的时间同步系统自拟合输出方法可采用如下技术方案：

包括步骤：

1)卫星报文处理：卫星接收模块接收来自北斗卫星及GPS卫星的报文，并通过串口传输给CPU；CPU通过分析报文里面的可视卫星轨道信息报文，将每个可视卫星的轨道数据传输给卫星轨道自学习模块；

2)卫星轨道自学习：CPU对步骤1)传输过来的轨道数据建立数据库，将所有可视卫星进入可视范围和离开可视范围的时间记录下来；通过多次数据搜集，可以自学习出每颗可视卫星的可见周期，并进行周期覆盖；当计算出未来可见周期的可视卫星覆盖率小于4颗卫星时，将预警信息传输给FPGA的秒脉冲修正模块；

3)接收并过滤外部参考秒脉冲：FPGA接收到外部参考秒脉冲后，经过带通滤波器处理，将相位偏移大于预设阙值的秒脉冲进行过滤，以消除外部时钟源离散抖动。过滤后的参考秒脉冲传输给秒脉冲修正模块；

4)秒脉冲修正：FPGA接收到步骤3)的参考秒脉冲后，依照步骤2)得到的预警信息进行分步处理：将预警状态下的参考秒脉冲相位及非预警状态下的参考秒脉冲相位进行差值比较，并长期记录算术平均值；对预警状态下的参考秒脉冲相位进行修正，修正值为上述算术平均值；对非预警状态下的参考秒脉冲不进行修正；最终结果传输给自拟合输出模块；