一种基于北斗的卫星共视授时系统及方法与流程

本发明涉及北斗卫星授时，特别涉及了一种基于北斗的卫星共视授时系统及方法。

背景技术：

1、随着电力系统规模的日益扩大和电网自动化水平的不断提高，时间的精确和统一在电力系统运行中显得尤其重要，因为时间的统一是不同设备完成测控任务的基础。目前电厂的测控设备数量和种类都很多，且分布放置，传统的授时方式有很大的局限性。

2、基于天基授时（如北斗、gps 等）的时间同步系统采用的是卫星导航的单向授时技术，虽然保证了同一站点内设备的时间同步，但各级管理部门和技术部门也经常在管理、监督、评价和调试试验工作中发现单一时间同步系统内部存在诸多问题，如：卫星失步、告警缺失、时标超差、输出异常和切换异常等故障，影响时间同步装置对电力系统二次设备的授时功能。

3、且随着智能电网的建设与发展，电力系统的时间同步应用不再局限于单一的设备和地域，而是向着实现跨区域的设备、系统和应用之间的时间同步和闭环管理等方向发展，并需要以可追溯、可监测等方式提供时间传递各个环节相应的信息和数据，但是，在厂站内部各系统之间、各厂站之间、厂网之间以及各调度主站之间等跨区域的时间同步系统存在导航系统不一致、时标误差大、设备水平差异大等情况，无法实现时间同步系统的时源追溯、状态监测和闭环管理等功能，影响电力系统的潮流断面、状态估计、广域向量同步、行波测距、故障重现和分析等应用；还将影响电力系统在大数据、人工智能等方面的数据采集、管理和分析工作。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中时间同步系统存在的时标超差、输出异常，故障频发，影响时间同步装置对电力系统二次设备的授时功能，且无法实现时源追溯的问题，提供了一种基于北斗的卫星共视授时方法及系统，引入卫星共视技术以多种类型的网络通信进行信息和数据的交互，完成共视数据传递，实现了各分散布置的时间同步系统的跨区域可追溯的高精度时间同步，保证了区域间时标的精确度和提供时标溯源功能。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于北斗的卫星共视授时系统，包括：

4、卫星共视授时模块，获取标准时间，计算变电站当前时间与标准时间的时间偏差，并根据时间偏差修正本地时钟，输出时间同步信号和时间信息到从时钟；

5、从时钟，接收卫星共视授时模块发送的至少两路时间同步信号，输出时间同步信号和时间信息到被授时设备；

6、验证装置，计算变电站时钟输出时间与标准时间差值，验证卫星共视授时系统的时间同步性。

7、本发明授时系统的建设方案采用天基与地基相结合的分布式同步方式，采用卫星共视的方法，使得全国范围内各节点的高精度时间同步精度优于 5ns，频率同步精度达到-12量级，从而较大程度上提高了国家电网的时间频率同步精度和可靠性，满足未来智能电网的扩展需要。

8、作为优选，所述共视模块包括具有共视功能的共视主时钟，所述共视主时钟通过通信网络连接有时频同步授时服务平台，所述时频同步授时服务平台连接有共视基准设备，所述共视基准设备连接有卫星共视观测设备以及标准时间模块，所述卫星共视观测设备还与共视主时钟连接。

9、具有共视功能的共视主时钟，能够通过卫星共视的方式，接入时频同步授时服务平台，实时与标准时间模块内的国家电网基准时间进行比对，并通过通信链路交换比对数据，精确测量变电站当前时间与国家电网基准时间的时间偏差，并依据该偏差实时修正本地时钟，从而实现变电站主时钟与国家电网基准时间的同步。

10、作为优选，所述共视模块包括主时钟以及与主时钟连接的共视接入设备，所述共视接入设备连接有时频同步授时服务平台，所述时频同步授时服务平台连接有共视基准设备，所述共视基准设备连接有卫星共视观测设备以及标准时间模块，所述卫星共视观测设备还与主时钟连接。

11、共视接入设备的主要功能，就是采用卫星共视的方法，通过时频同步授时服务平台，同步至国家电网基准时间，并输出 1pps+tod、10mhz 信号。这些信号以有线时间基准的方式，提供给目前变电站主时钟，使主时钟优先有线时间基准信号，从而实现国家电网基准时间的接入。

12、作为优选，所述验证装置包括与北斗卫星导航系统连接的共视型地基增强接收机，所述地基增强接收机连接有多通道时间间隔计数器，所述多通道时间间隔计数器与变电站主时钟、三级时钟连接，所述多通道时间间隔计数器还连接有时差监测计算装置。

13、共视型地基增强接收机三级时钟、变电站时钟输出的 1pps 信号分别接入多通道时间间隔计数器的不同测量接口，以共视型地基增强接收机输出的 1pps 信号作为测量参考，多通道计数器可以测量三级时钟、变电站时钟输出的1pps 信号与共视型地基增强接收机输出的 1pps 信号的时差。时差监测计算装置通过串口或网口与多通道时间间隔计数器相连，将多通道计数器测量的时差数据采集并显示。

14、一种基于北斗的卫星共视授时方法，包括以下步骤：

15、s1：通过网络或者北斗通信，获得安装在本地两个不同观测站的原子钟与gnss的时间偏差，作为共视数据；

16、s2：对获得的共视数据进行处理，得到精确时间偏差并计算本地两观测站原子钟的时钟差值；

17、s3：利用得到的精确时间偏差，对原子钟输出的时间进行校准。

18、本发明采用卫星共视的方式，将全网的时间同步到国家电网统一的时间基准上，并依托骨干节点进行扩散，形成卫星共视和有线授时相结合的立体、网状的统一授时体系。同时，卫星共视的特点是双向时差测量，因此可以对每个一个主要节点进行精确的同步状态监视，使国网各节点的时间同步状态做到实时掌控，大大提高了时频同步网的可靠性。利用卫星共视技术，消除了星载原子钟误差的影响、消除了卫星位置误差以及消除了对流层和电离层的附加时延误差。

19、作为优选，所述步骤s1进一步包括：

20、s1.1：原子钟输出10mhz频率信号，通过分频产生1pps信号；

21、s1.2：北斗接收机接收卫星信号获取标准时间，并还原出1pps；

22、s1.3：计算原子钟输出信号与北斗接收机还原信号的时间偏差。

23、得到标准时间以及原子钟输出时间，以及两者的时间偏差，便于后面对原子钟输出时间进行修正。

24、作为优选，所述步骤s2还包括：

25、s2.1：对获取的共视数据进行解码，得到所需参数；

26、s2.2：对解码后的数据进行滤波，并对滤波后的共视数据进行数据拟合处理，得到精确的时间偏差；

27、s2.3：利用互联网进行两原子钟的时间偏差交换，进行共视时间对比，得到本地两观测站原子钟的时钟差值。

28、获取的共视数据包括时间偏差，还包括的卫星星历信息及计数器的测量数据等信息。由于卫星秒的不稳定性、环境干扰及测量噪声等不确定因素的存在，导致测量数据出现的一些干扰称为野值，即错误的测量数据。通过滤波有效地剔除野值，使时差数据更接近真实钟差，最终提高了两地钟差的比对精度。

29、作为优选，所述步骤s2.2进一步表示为：

30、s2.2.1：对解码后的共视数据进行卡尔曼滤波；

31、s2.2.2：计算电离层时延以及对流层时延；

32、s2.2.3：将跟踪时间划分为n个t秒，对跟踪时间进行n次二次曲线拟合，再对这n个点做一次线性拟合，得到中间时刻每颗卫星与本地原子钟的时间偏差。

33、进行数据拟合，剔除粗大误差，提高时间偏差精度。

34、作为优选，所述步骤s3包括：

35、获取原子钟分频后的时间与北斗接收机的精确时间偏差，利用精确时间偏差数据修正原子钟输出的时间的相位和频率，构成时间差校正原子钟的输出频率、输出频率改变原子钟输出的秒信号相位的负反馈控制环路。

36、利用精确时间偏差，对原子钟进行频率和相位控制，使原子钟输出相位与北斗接收机相位对齐，频率同步。

37、作为优选，所述方法还包括：所述步骤s3包括：

38、获取原子钟分频后的时间与北斗接收机的精确时间偏差，直接对原子钟输出的秒信号进行移相， 强行将原子钟输出的秒信号和北斗接收机的秒信号相位对齐，使原子钟输出频率与北斗接收机保持一致。

39、通常，通过 24 小时的驯服后，原子钟趋于稳定，频率和相位均与标准时间同步，此时若卫星接收的标准时间中断。则可以由原子钟自行保持信号的输出，确保输出的时间和频率信号连续、稳定、准确、可靠和实时。

40、因此，本发明具有如下有益效果：1、引入卫星共视技术以多种类型的网络通信进行信息和数据的交互，完成共视数据传递，实现了国家电网全网时间频率的统一；2、以时间比对和渐进调节的方法，实现各分散布置的时间同步系统的跨区域可追溯的高精度时间同步，较大提高了国家电网的时间频率同步精度；3、实现了厂站时间同步系统的监测与闭环管理，从而保证时间准确度和可信度，满足电力系统在跨区域应用方面对时间断面和数据断面的需求；4、引入卫星共视技术，编制相应的技术标准来解决各个区域的时间同步问题，保证了区域间时标的精确度和提供时标溯源功能。