一种电力北斗时频同步的授时方法、装置及系统与流程

本发明涉及电力通信时频同步，具体涉及一种电力北斗时频同步的授时方法、装置及系统。

背景技术：

1、随着北斗卫星导航系统授时设备的广泛应用，通信、电力等行业的高效运转对时频信息的依赖性越来越强。由于北斗卫星导航系统信号在实际使用环境中，容易受到电磁干扰影响，使得本地时间系统有时无法锁定卫星信号，导致发生较大的时间偏差，会直接影响5g通信的稳定性，这对北斗卫星导航系统时间同步设备的时频同步精度提出了更高要求。

2、如cn104460312a《gps北斗双模授时方法及系统》公开了“一种gps北斗双模授时方法及系统，该方法包括：s1，接收gps和北斗卫星信号；s2，根据接收的所述卫星信号，经处理输出秒脉冲信号；s3，测量输出的秒脉冲信号与本地时钟分频得出的秒脉冲信号之间的差值；s4，将两秒脉冲信号的所述差值经过处理得到频差数字信号；s5，将所述频差数字信号转化为模拟电压输出，并通过输出的电压来控制校正本地时钟。本发明将逻辑处理、软件算法处理、以及分频处理都集成在控制处理装置(fpga)中来实现，这使得系统整体的设计难度降低，开发周期变短，也节省了物料成本”，目前常规的导航卫星授时接收机通常是采用秒脉冲(1pps)作为基准参考来驯服本地时钟，而本地时钟一般用温度补偿晶体振荡器，秒脉冲短期稳定度会受到影响，造成每秒存在十几纳秒的抖动，一般需要几个小时才能完成本地时钟驯服，这限制了校频和时间同步精度的提高，无法满足更高的时频同步精度要求。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供了一种电力北斗时频同步的授时方法，将微型铷原子钟作为导航卫星授时接收机的本地时钟，具体步骤包括：

2、获取北斗卫星到导航卫星授时接收机的码伪距观测值，根据所述码伪距观测值计算获得观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差；

3、构建预测钟差模型，通过拟合观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差计算模型对应参数，获得拟合完成的预测钟差模型，利用所述拟合完成的预测钟差模型获得预测钟差；

4、根据观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差序列，采用一阶中心差分近似法计算获得本地时钟的预测钟差变化率；

5、获取观测时刻和基本时间帧的初始时刻的时间差，根据所述时间差和预测钟差变化率计算获得钟差修正量；

6、根据所述预测钟差和钟差修正量计算获得基本时间帧初始时刻的时间调整量，根据所述时间调整量对基本时间帧进行调整，产出和输出秒脉冲，进行北斗卫星时频同步的授时。

7、优选的，根据所述码伪距观测值计算获得观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差，以公式表达为：

8、

9、式中，为观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差，为北斗卫星i到导航卫星授时接收机的码伪距观测值，c为光速，为导航卫星授时接收机所在位置的三维空间坐标，(xi，yi，zi)为北斗卫星i所在位置的三维空间坐标。

10、优选的，预测钟差模型为附加周期项的二次多项式模型，利用拟合完成的预测钟差模型获得预测钟差，以公式表达为：

11、

12、式中，为t时刻的预测钟差，t0为预测钟差的初始时刻，a0、a1和a2为二次多项式模型的二次多项式系数，a3和a4为附加周期项的系数，ω为附加周期项的频率。

13、优选的，采用一阶中心差分近似法计算获得本地时钟的钟差变化率，以公式表达为：

14、

15、式中，为t时刻的预测钟差变化率，分别为t+1、t-1时刻的钟差，δt为钟差序列中各时刻钟差的时间间隔。

16、优选的，根据时间差和预测钟差变化率计算获得钟差修正量，以公式表达为：

17、

18、式中，δt4为钟差修正量，为观测时刻的预测钟差变化率，δt为时间差。

19、优选的，根据预测钟差和钟差修正量计算获得基本时间帧初始时刻的时间调整量，以公式表达为：

20、

21、式中，dt为时间调整量。

22、本发明还提供了一种电力北斗时频同步的授时装置，所述装置包括数据获取模块、预测钟差计算模块、预测钟差变化率计算模块、钟差修正模块、时频同步模块和显示器模块，其中：

23、所述数据获取模块用于获取北斗卫星到导航卫星授时接收机的码伪距观测值和观测时刻至基本时间帧初始时刻的时间差，并将码伪距观测值传输至预测钟差计算模块，将时间差传输至钟差修正模块；

24、所述预测钟差计算模块内部设置有预测钟差模型，根据所述码伪距观测值计算获得观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差，并将观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差输入至预测钟差模型进行拟合获得拟合完成的预测钟差模型，利用所述拟合完成的预测钟差模型获得预测钟差，将所述预测钟差传输至时频同步模块；

25、所述预测钟差变化率计算模态通过从预测钟差计算模块中获取观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差序列，采用一阶中心差分近似法计算获得本地时钟的预测钟差变化率，并将所述预测钟差变化率传输至钟差修正模块；

26、所述钟差修正模块根据所述时间差和预测钟差变化率计算获得钟差修正量，并将所述钟差修正量传输至时频同步模块；

27、所述时频同步模块根据所述预测钟差和钟差修正量计算获得基本时间帧初始时刻的时间调整量，根据所述时间调整量对基本时间帧进行调整，产出和输出秒脉冲，进行北斗卫星时频同步的授时。

28、优选的，所述数据获取模块包括天线单元、信号处理单元和时间间隔计算器；所述天线单元用于接收北斗卫星信号，所述信号处理单元用于对接收到的北斗卫星信号进行解调、锁定获得信号对应码片，将授时装置接收到北斗卫星信号的传播时间转化为距离获得为码伪距观测值；所述时间间隔计算器用于获取观测时刻至基本时间帧初始时刻的时间差。

29、本发明还提供了一种电力北斗时频同步的授时系统，包括如本发明任一实施例所述的授时装置，还包括主控模块，所述主控模块用于获取授时装置运行过程相关数据并进行存储。

30、优选的，所述授时系统还包括显示器模块，所述显示器模块与主控模块电连接，用于显示授时装置运行过程相关数据。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、1、本发明提供了一种电力北斗时频同步的授时方法，使用微型铷原子钟作为导航卫星授时接收机的本地时钟，可以提供较高的时钟稳定性和准确性；

33、2、本发明提供了一种电力北斗时频同步的授时方法，通过构建预测钟差模型并拟合观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差计算模型，提供了对钟差的预测能力，从而减小钟差的误差；通过一阶中心差分近似法计算本地时钟的预测钟差变化率，可以更准确地校准本地时钟的漂移和变化；通过可靠的观测和预测手段，实现了高精度的时频同步和授时功能，具备较高的稳定性和准确性，适用于电力等领域对时间同步要求较高的应用场景。

技术特征：

1.一种电力北斗时频同步的授时方法，其特征在于，将微型铷原子钟作为导航卫星授时接收机的本地时钟，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种电力北斗时频同步的授时方法，其特征在于，根据所述码伪距观测值计算获得观测时刻的本地时钟和北斗卫星系统时钟的钟差，以公式表达为：

3.根据权利要求2所述的一种电力北斗时频同步的授时方法，其特征在于，预测钟差模型为附加周期项的二次多项式模型，利用拟合完成的预测钟差模型获得预测钟差，以公式表达为：

4.根据权利要求3所述的一种电力北斗时频同步的授时方法，其特征在于，采用一阶中心差分近似法计算获得本地时钟的钟差变化率，以公式表达为：

5.根据权利要求4所述的一种电力北斗时频同步的授时方法，其特征在于，根据时间差和预测钟差变化率计算获得钟差修正量，以公式表达为：

6.根据权利要求5所述的一种电力北斗时频同步的授时方法，其特征在于，根据预测钟差和钟差修正量计算获得基本时间帧初始时刻的时间调整量，以公式表达为：

7.一种电力北斗时频同步的授时装置，其特征在于，所述装置包括数据获取模块、预测钟差计算模块、预测钟差变化率计算模块、钟差修正模块、时频同步模块和显示器模块，其中：

8.根据权利要求7所述的一种电力北斗时频同步的授时装置，其特征在于，所述数据获取模块包括天线单元、信号处理单元和时间间隔计算器；所述天线单元用于接收北斗卫星信号，所述信号处理单元用于对接收到的北斗卫星信号进行解调、锁定获得信号对应码片，将授时装置接收到北斗卫星信号的传播时间转化为距离获得为码伪距观测值；所述时间间隔计算器用于获取观测时刻至基本时间帧初始时刻的时间差。

9.一种电力北斗时频同步的授时系统，其特征在于，包括如权利要求7-8所述的授时装置，还包括主控模块，所述主控模块用于获取授时装置运行过程相关数据并进行存储。

10.根据权利要求9所述的一种电力北斗时频同步的授时系统，其特征在于，还包括显示器模块，所述显示器模块与主控模块电连接，用于显示授时装置运行过程相关数据。

技术总结本发明涉及一种电力北斗时频同步的授时方法、装置及系统，使用微型铷原子钟作为导航卫星授时接收机的本地时钟，通过对本地时钟钟差和钟差变化率的预测，获取观测时刻和基本时间帧的初始时刻的时间差，并结合预测钟差变化率计算钟差修正量，根据预测钟差和钟差修正量，对基本时间帧进行调整，产生和输出秒脉冲，实现了北斗卫星时频同步的授时能力，本发明结合了微型铷原子钟和北斗卫星系统，通过可靠的观测和预测手段，实现了高精度的时频同步和授时功能，具备较高的稳定性和准确性，适用于电力等领域对时间同步要求较高的应用场景。技术研发人员：刘越,孟慧平,朱厦,赵建伟,张春光,李静,傅宁,龙强,王艳茹受保护的技术使用者：国网河南省电力公司信息通信分公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15