基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置 |
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| 申请号 | CN202311326201.6 | 申请日 | 2023-10-12 | 公开(公告)号 | CN117270377A | 公开(公告)日 | 2023-12-22 |
| 申请人 | 国网重庆市电力公司营销服务中心; 国家电网有限公司; | 发明人 | 要文波; 程瑛颖; 吴华; 刘型志; 谢广成; 王思韡; 邹波; 万树伟; 陈文礼; 曾妍; 王蕊; 杨芾藜; 苏宇; 黄志勇; 谭芸昊; 何珉; 马明辉; 彭鹏; 刘畅; 黄可; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置，包括共视比对单元、 信号 接收和计算单元、通信单元和驯服压控晶振，通信单元接收参考共视数据；驯服压控晶振输出 频率 信号；信号接收和计算单元接收北斗 卫星信号 ，并基于频率信号生成原始观测量；信号接收和计算单元基于频率信号，计算第一时间标准信号和第二时间标准信号之间的时间偏差；共视比对单元基于参考共视数据、原始观测量和时间偏差进行共视对比，通过 相位 调制量转换为控制指令发送至信号接收和计算单元，并将 频率偏差 调整量转换为 电压 信号传递至驯服压控晶振以实现驯服压控晶振与参考时钟同步。本发明提供的装置体积小，能耗低，制作成本低，提升了时间校准的准确度与可靠性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置，其特征在于，包括：共视比对单元、信号接收和计算单元、通信单元和驯服压控晶振； |
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| 说明书全文 | 基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置技术领域[0001] 本发明涉及卫星授时技术领域，特别涉及一种基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置。 背景技术[0002] 当前，在电网系统中存在数以亿计的计量设备处于稳定运行状态，其中，时钟的准确性和可靠性对实施电价市场改革和分时电价政策、提升台区运营管理水平等至关重要。 然而，对于大量台区内计量设备，缺乏有效时间量值传递手段，例如老版的电能表通过窄带 载波通讯或485总线等在线读取电能表时间，并通过在线广播方式进行绝对时间校准，但由 于窄带载波等通信媒介的通讯带宽和通讯质量限制，校准的时间准确度在分钟量级，时间 校准的精度较差且成功率较低。 发明内容[0003] 针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置，主要目的在于解决现有技术中电网的计量设备缺乏有效时间量值传递手 段，时间校准的精度较差且成功率较低的技术问题。 [0005] 所述通信单元与所述共视比对单元通信连接，所述通信单元用于接收参考时钟发送的参考共视数据，并将所述参考共视数据发送至所述共视比对单元； [0008] 所述信号接收和计算单元基于所述频率信号，计算所述信号接收和计算单元产生的第一时间标准信号，与基于所述频率信号分频产生的第二时间标准信号之间的时间偏 差，并发送至所述共视比对单元； [0009] 所述共视比对单元基于所述参考共视数据、所述原始观测量和所述时间偏差进行共视对比，生成相位调制量和频率偏差调整量，将所述相位调制量转换为控制指令发送至 所述信号接收和计算单元，并将所述频率偏差调整量转换为电压信号传递至所述驯服压控 晶振，以实现所述驯服压控晶振与所述参考时钟同步。 [0011] 所述驯服压控晶振的输出端分别与所述北斗模块的输入端、所述时差测量电路的第一输入端和所述分频电路的第一输入端连接，用于输出所述频率信号； [0012] 所述北斗模块的第一输出端与所述共视比对单元的第一输入端连接，所述北斗模块的第二输出端与所述时差测量电路的第二输入端连接，所述北斗模块用于接收北斗卫星 信号，并基于所述频率信号和所述北斗卫星信号生成原始观测量发送至所述共视比对单 元，所述北斗模块产生所述第一时间标准信号发送至所述时差测量电路； [0013] 所述分频电路的第二输入端与所述共视比对单元的第一输出端连接，所述分频电路的输出端与所述时差测量电路的第三输入端连接，所述分频电路基于所述频率信号生成 所述第二时间标准信号并发送至所述时差测量电路，所述分频电路还用于接收所述控制指 令； [0014] 所述时差测量电路的输出端与所述共视比对单元的第二输入端连接，用于基于所述频率信号，计算所述第一时间标准信号与所述第二时间标准信号之间的时间偏差，并将 所述时间偏差发送至所述共视比对单元。 [0015] 可选地，所述信号接收和计算单元还包括北斗天线，所述北斗天线与所述北斗模块连接，用于接收所述北斗卫星信号并将所述北斗卫星信号发送至所述北斗模块。 [0016] 可选地，所述基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置还包括数模转换单元，所述数模转换单元分别与所述共视比对单元的第二输出端和所述驯服压控晶振的输入端连接， 所述共视比对单元将所述频率偏差调整量通过所述数模转换单元转换为电压信号发送至 所述驯服压控晶振。 [0018] 可选地，所述驯服压控晶振连接有频率信号输出接口、时间标准信号输入接口和时间标准信号输出接口。 [0019] 可选地，所述通信单元包括4G通信模块，所述4G通信模块分别与所述参考时钟和所述共视比对单元通信连接，用于接收所述参考时钟发送的参考共视数据，并将所述参考 共视数据发送至所述共视比对单元。 [0020] 可选地，所述共视比对单元包括ARM处理器。 [0021] 可选地，所述基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置还包括供电单元，所述供电单元分别与所述共视比对单元、所述信号接收和计算单元、所述通信单元和所述驯服压控 晶振连接，用于进行供电。 [0022] 可选地，所述频率信号的频率为10MHz。 [0023] 本发明提供的基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置，基于北斗共视对晶振的驯服精度较高，并且装置整体体积小，能耗低，制作成本低；利用共视比对单元实现与参考时 钟和北斗卫星系统双向比对，提升时间校准的准确度与可靠性；驯服压控晶振能够根据共 视比对结果对频率信号进行频率调整，保持与参考时钟的同步，使得装置能够自动适应频 率变化，提供稳定的时钟信号输出；设置有通信单元能够实现在线计量，提高了计量精度。 [0024] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 [0025] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明[0026] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中： [0027] 图1为本发明实施例提供的基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置的结构示意图； [0028] 图2为本发明实施例提供的基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置的结构示意图； [0029] 图3为本发明实施例提供的基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置的结构内模块连接示意图。 具体实施方式[0030] 本发明下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0031] 本发明提供了一种基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置，如图1所示，包括共视比对单元、信号接收和计算单元、通信单元和驯服压控晶振，其中，通信单元与共视比对单 元通信连接，通信单元用于接收参考时钟发送的参考共视数据，并将参考共视数据发送至 共视比对单元；驯服压控晶振的输出端与信号接收和计算单元连接，驯服压控晶振用于向 信号接收和计算单元输出频率信号；信号接收和计算单元与共视比对单元交互连接，信号 接收和计算单元用于接收北斗卫星信号，基于北斗卫星信号和频率信号生成原始观测量， 并发送至共视比对单元；信号接收和计算单元基于频率信号，计算信号接收和计算单元产 生的第一时间标准信号，与基于频率信号分频产生的第二时间标准信号之间的时间偏差， 并发送至共视比对单元；共视比对单元基于参考共视数据、原始观测量和时间偏差进行共 视对比，生成相位调制量和频率偏差调整量，将相位调制量转换为控制指令发送至信号接 收和计算单元，并将频率偏差调整量转换为电压信号传递至驯服压控晶振，以实现驯服压 控晶振与参考时钟同步。 [0032] 本发明提供的基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置，基于北斗共视对晶振的驯服精度较高，装置整体体积小，能耗低，制作成本低；利用共视比对单元实现与参考时钟和 北斗卫星系统双向比对，提升时间校准的准确度与可靠性；驯服压控晶振能够根据共视比 对结果对频率信号进行频率调整，保持与参考时钟的同步，使得装置能够自动适应频率变 化，提供稳定的时钟信号输出；设置有通信单元能够实现在线计量，提高了计量精度。 [0033] 其中，驯服压控晶振作为一种电子元件，用于产生稳定的频率信号，通常由一个振荡器和一个压控电路组成，而压控振荡器是一种能够根据输入电压信号的变化而改变输出 频率的振荡器，然而压控振荡器的频率稳定性通常不够高，受到环境变化和器件参数漂移 等因素的影响，为了提高压控振荡器的频率稳定性，可以使用驯服压控晶振，驯服压控晶振 通过接收外部参考信号，如GPS信号或其他时钟信号，与参考信号进行比较并产生误差信 号，此误差信号经过电压信号控制电路进行处理，并以某种方式作用于压控振荡器，使其输 出频率能够自动跟踪和纠正参考信号的频率。因此，驯服压控晶振能够使压控振荡器的频 率保持与参考信号的频率同步，从而实现高稳定性和准确性的频率输出。 [0034] 其中，参考时钟是指在时钟系统中被用作稳定、精确和准确的时间基准的时钟，通常由高性能的原子钟或其他高精度时钟源组成，其主要功能是提供系统的时间参考，用于 同步和校准其他时钟和设备，具有极高的稳定性和准确性，并且能够长时间保持时间的一 致性。参考时钟通常采用先进的时间测量和校准技术，例如原子振荡器、石英晶体振荡器或 其他高精度时钟源等。在本申请中，参考时钟发送参考共视数据，参考共视数据是一种数据 类型，用于实现从时钟与参考时钟之间的时间同步和频率比对，具体包含参考时钟的时间 信息和其他相关参数。在时间同步方面，参考共视数据提供了参考时钟的时间戳，即参考时 钟的绝对时间值，以及一些关于时间传递过程的校准信息，从时钟根据接收到的参考共视 数据，将其与自身的时间进行比对，以计算出从时钟的偏差和调整量，从而实现时间同步。 在频率比对方面，参考共视数据提供了参考时钟的频率信息，即参考时钟的频率偏差和相 位变化，从时钟通过接收参考共视数据中的频率信息，计算出自身的频率偏差和相位误差， 并进行相应的校准，以实现频率的比对和同步。通过使用参考共视数据，可以实现从时钟与 参考时钟之间的精确时间同步和频率比对，确保数据的准确传输和处理，同时提高系统的 稳定性和可靠性。 [0035] 具体地，在上述实施例中，如图2所示，信号接收和计算单元包括北斗模块、时差测量电路和分频电路，其中，驯服压控晶振的输出端分别与北斗模块的输入端、时差测量电路 的第一输入端和分频电路的第一输入端连接，用于输出频率信号；北斗模块的第一输出端 与共视比对单元的第一输入端连接，北斗模块的第二输出端与时差测量电路的第二输入端 连接，北斗模块用于接收北斗卫星信号，并基于频率信号和北斗卫星信号生成原始观测量 发送至共视比对单元，北斗模块产生第一时间标准信号发送至时差测量电路；分频电路的 第二输入端与共视比对单元的第一输出端连接，分频电路的输出端与时差测量电路的第三 输入端连接，分频电路基于频率信号生成第二时间标准信号发送至时差测量电路，分频电 路还用于接收控制指令；时差测量电路的输出端与共视比对单元的第二输入端连接，用于 基于频率信号，计算第一时间标准信号与第二时间标准信号之间的时间偏差，并将时间偏 差发送至共视比对单元。 [0036] 在本实施方式中，具体公开了信号接收和计算单元的结构，包括了三个功能模块，分别为北斗模块、时差测量电路和分频电路，其中，利用北斗模块接收北斗卫星信号，并基 于频率信号和北斗卫星信号生成原始观测量和第一时间标准信号，可以用于实现高精度的 时间标准化和时间同步；驯服压控晶振可以为北斗模块、时差测量电路和分频电路提供稳 定的频率信号以驱动这些功能模块，进而实现对频率的纠正，确保设备的稳定性和可靠性； 时差测量电路使用来自分频电路的第二时间标准信号以及北斗模块传送的第一时间标准 信号，计算出两者之间的时间偏差，时间偏差可以用于对设备的时间进行校正和同步；最后 共视比对单元根据接收到的参考共视数据、原始观测量和时间偏差进行共视对比，进而生 成相位调制量和频率偏差调整量，其中的相位调制量被转换为控制指令实现对分频电路的 控制，而频率偏差调整量用于控制驯服压控晶振与参考时钟同步，进而作为标准时钟装置。 因此本申请提供的装置可应用于一些对时间同步以及精确度要求高的场景。 [0037] 具体地，分频电路作为一种电子电路，用于将输入的信号频率减小到较低的频率，通常由计数器、触发器、降频器等组成。在分频过程中，计数器或触发器通过计数或触发操 作来分割输入信号的周期，从而将其频率进行降低。通常，分频电路会根据设定的分频比 例，将输入信号的每个周期分割为多个较短的周期。在本申请中，分频电路接收驯服压控晶 振输出的频率信号，并以此为基准，分频为第二时间标准信号输出，传输给时差测量电路， 而第二时间标准信号输出的相位通过共视比对单元的指令控制来完成。 [0038] 进一步的，信号接收和计算单元还包括北斗天线，北斗天线与北斗模块连接，用于接收北斗卫星信号并将北斗卫星信号发送至北斗模块。 [0039] 在本实施方式中，北斗卫星系统作为全球性导航卫星系统，能够发送北斗卫星信号，北斗卫星信号可以定位和计算准确的时间信息，对于导航、定位和时间同步等应用非常 重要。其中，北斗天线专用于接收北斗卫星信号，具有良好的方向性和天线增益，能够在环 境干扰和信号衰减的情况下高效地接收卫星信号，能够提高信号接收的可靠性和稳定性， 北斗天线作为北斗模块的接收器的一部分，能够与北斗卫星系统无缝集成，增加了系统的 灵活性和兼容性，可以与其他基于北斗卫星信号的应用和服务进行集成。综上所述，引入北 斗天线可以提供高可靠性的信号接收、准确的定位和时间信息，增强系统的全球覆盖能力， 并增加系统的灵活性和兼容性。 [0040] 进一步的，基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置还包括数模转换单元，数模转换单元分别与共视比对单元的第二输出端和驯服压控晶振的输入端连接，共视比对单元将 频率偏差调整量通过数模转换单元转换为电压信号发送至驯服压控晶振。 [0041] 在本实施方式中，共视比对单元通过进行计算得到的频率偏差调整量，然后通过连接的数模转换单元将其转换为电压信号，之后电压信号被发送至驯服压控晶振，用于调 整晶振的频率，可以实现对驯服压控晶振频率的精确调整，从而提高设备的频率稳定性。数 模转换单元通过将频率偏差调整量转换为电压信号，并发送给驯服压控晶振进行调整，可 以实现设备之间的频率同步和一致性，而频率同步对于需要多个设备之间进行协调操作以 及对时序一致性重要的场景下十分重要，因此能够广泛应用在通信、同步数据传输中；并且 数模转换单元将频率偏差调整量转换为电压信号并发送到驯服压控晶振，实现了自动频率 控制，消除了人工调整频率的需求，提高了系统的自动化和可靠性，最终，通过对驯服压控 晶振进行自动频率调整，能够减少频率的漂移和抖动。综上所述，将频率偏差调整量转换为 电压信号，并发送给驯服压控晶振，实现频率的精确调整、同步和一致性，并且还能实现频 率的自动控制，以及减少频率的漂移和抖动，有助于提高设备的性能和稳定性。 [0042] 进一步的，北斗模块上连接有时间信息输出接口。 [0043] 在本实施方式中，如图3所示，在北斗模块上设置时间信息输出接口，可以提供准确的时间参考，具体可以是以秒为单位或更高精度的时间信息，确保系统操作和数据处理 的准确性；并且连接时间信息输出接口可以使多个设备在时间上保持同步，例如在多台设 备之间进行数据传输或协同操作时，通过共享来自北斗模块的时间信息，可以使它们保持 相同的时间基准，以确保时序一致性和数据完整性。时间信息输出接口便于北斗模块与其 他设备或系统进行集成，能够直接将北斗模块提供的时间信息输入到其他设备或系统中， 无需额外的转换或处理，简化了系统集成的过程。设置时间信息输出接口具有很强的灵活 性，例如输出数据记录的时间戳或时间相关事件的触发控制等，能够根据具体应用场景灵 活应用。 [0044] 进一步的，驯服压控晶振连接有频率信号输出接口、时间标准信号输入接口和时间标准信号输出接口。 [0045] 在本实施方式中，频率信号输出接口可以提供稳定、精确的频率信号，用于其他设备或系统的时钟同步或频率控制，驯服压控晶振通过频率信号输出接口提供准确的频率， 以确保设备或系统的频率稳定性和精度，尤其对于需要高精度时钟源的应用非常重要。而 时间标准信号输入接口和时间标准信号输出接口使得驯服压控晶振能够准确接收和传递 时间标准信号，通过连接时间标准信号输入接口，驯服压控晶振可以与外部时间源同步，确 保设备或系统的时间一致性，而通过时间标准信号输出接口，驯服压控晶振可以作为时间 标准源向其他设备提供准确的时间标准信号，实现整个系统的时间同步。本申请设置频率 信号输出接口、时间标准信号输入接口和时间标准信号输出接口使得驯服压控晶振更灵活 地集成到其他设备或系统中，便于与其他设备校准时间、同步频率，以及提供时间标准信 号，增强系统的稳定性和一致性。 [0046] 具体地，在上述实施例中，通信单元包括4G通信模块，4G通信模块分别与参考时钟和共视比对单元通信连接，用于接收参考时钟发送的参考共视数据，并将参考共视数据发 送至共视比对单元。 [0047] 在本实施方式中，通过连接4G通信模块，参考时钟和共视比对单元可以建立稳定的通信连接，确保数据传输的可靠性，从而支持参考时钟发送参考共视数据，并将其发送到 共视比对单元进行处理和分析，并支持共视比对单元进行准确的时间和频率比对，从而提 高系统的精度和性能。4G通信模块作为通信接口，可以简化系统的集成，通过连接4G通信模 块，参考时钟和共视比对单元可以轻松地与其他设备或系统进行通信，无需额外的转换或 接口，简化了系统集成的过程，提高了系统的易用性和可维护性。 [0048] 具体地，在上述实施例中，共视比对单元包括ARM处理器。 [0049] 在本实施方式中，ARM处理器是一种高性能的处理器，具有较高的计算能力和处理速度，共视比对单元具体可选用ARM处理器进行快速而高效的数据处理，包括对接收到的参 考共视数据进行分析、计算频率偏差调整量等操作，有助于提高系统的实时性和数据处理 速度。ARM处理器自身具有灵活的算法实现能力，共视比对单元可以借助ARM处理器的灵活 性来优化和实现各种算法，以满足不同应用场景的需求。例如，可以通过ARM处理器来实现 复杂的时间和频率校准算法，以提高系统的准确性和稳定性；并且ARM处理器具有广泛的支 持和开发资源，可以轻松地进行集成和开发，同时，ARM处理器的开发生态系统也提供了丰 富的软件库和工具，有助于共视比对单元的功能扩展和优化。进一步的，共视比对单元采用 ARM处理器可以实现较低的功耗，降低系统的能耗和热量产生，同时也能节省成本，在移动 设备和便携式设备等对能源效率要求较高的应用场景下尤为重要。 [0050] 具体地，在上述实施例中，基于北斗共视驯服晶振的标准时钟装置还包括供电单元，供电单元分别与共视比对单元、信号接收和计算单元、通信单元和驯服压控晶振连接， 用于进行供电。 [0051] 在本实施方式中，供电单元提供稳定的电源供应给整个标准时钟装置。供电单元提供稳定的供电是保证设备正常运行的关键因素，尤其是对于高精度时钟装置来说，稳定 的供电能够避免电压波动对时钟精度和性能造成的影响，提升系统的稳定性和可靠性，确 保系统能够持续稳定地运行。最后通过供电单元提供统一的电源接口和管理方式，各组件 之间的电源供应和管理变得更加容易，提高了系统集成的效率和可靠性。 [0052] 具体地，在上述实施例中，频率信号的频率为10MHz。 [0053] 在本实施方式中，10MHz的频率信号能够提供高精度的时序基准，确保系统的数据传输、测量和同步等操作的准确性和可靠性。10MHz的频率信号作为频率同步的参考源，通 过将其他设备或系统的频率与10MHz的频率信号进行同步，可以确保频率保持一致，并实现 数据的准确传输和处理。频率同步对于通信系统、网络设备和数据处理系统等具有重要意 义，统一的频率信号可以用于时序调节和时钟恢复，通过对外部时钟信号进行比对，可以校 准和调节系统的时钟频率和相位，从而实现时钟的同步和稳定。 [0054] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特 定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0055] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。 [0056] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元 件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发 明中的具体含义。 [0057] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 |
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