CN109981242A - 基于irig-b信号时频迁移的时间同步设备检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于IRIG‑B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，通过迁移控制IRIG‑B信号时频特性的授时信号仿真方式，检验时间同步设备在时钟源异常下的正确授时能力。本发明以标准时间同步信号的断面时刻及其时间信息为基准，采取时频特性控制的方式仿真时间同步设备的IRIG‑B时钟源异常信号，结合基准信号标定、时间信息辨识的方法，依据基准信号检测时间同步设备输出授时信号对仿真信号的实时响应，可通过被检时间同步设备端口检验时钟源异常情况下的授时信号输出正确性、稳定性。

Description

基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法

技术领域

本发明涉及电力设备检测方法，具体是一种基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法。

背景技术

本申请是以“基于卫星授时模块输出信号仿真的时间同步设备检测方法申请号201811308104.3”(以下简称“另案申请”)、“卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测方法专利号ZL 2008 1 0047989.6”(以下简称“另案授权”)为基础，提出的一种检测时间同步设备抵御外部异常信号输入能力的方法。

电力***时间同步***的时间同步设备(简称，设备)，时钟源主要为北斗(BD)、GPS卫星导航输入信号和B码(IRIG-B)输入信号。通常设备输出的授时信号与选定的时钟源时间同步，结合“另案申请”中关于外部授时异常会导致设备时钟信号处理电路的输入信号异常种类分析，时钟源信号异常会导致设备授时输出不正确。例如，外部时钟源时频迁移，会拉偏设备授时频率，改变交流采样频率、威胁电网运行安全。

目前，电力行业时间同步技术标准，在设备时钟源信号异常趋势辨识和防护方面尚缺乏具体要求。国内少数电力企业相关标准，虽明确了设备应有多路时钟源相互比较的能力且应在时钟源之间偏差较大(μs级)时进行选择切换的功能要求，但与行业标准对设备精密授时(如，IRIG-B、秒脉冲1PPS等)输出信号起始沿时频允许误差(ε)为“-1μs≤ε≤1μs”的一般性要求有差异，尚不易保障设备在时钟源异常、时钟源切换过程的授时输出满足要求。因此，一些设备生产商通过多源实时监测的方法，采取时钟值监控、时频偏差判断、阈值超限切换等方式，进一步提升了设备应对外部时钟源异常的能力。

发明内容

本发明提供了一种基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，通过迁移控制IRIG-B信号时频特性的异常授时信号仿真，采取仿真信号接入时间同步设备外部IRIG-B时钟源输入端口的方式，检测时间同步设备在时钟源信号输入异常下的授时信号输出稳定性、正确性。该方法以标准时间同步信号的断面时刻及其时间信息为基准，结合了“另案授权”的IRIG-B信息标定与辨识原理，以及“另案申请”的1PPS信号时频迁移技术思路，采取时频特性控制的方式仿真时间同步设备的IRIG-B时钟源异常信号，结合基准信号标定、时间信息辨识的方法，依据基准信号检测时间同步设备输出授时信号对仿真信号的实时响应，可由时间同步设备外接端口直接定量检测其抵御外部故障、防范干扰欺骗的能力。

一种基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，其特征在于：用到时间同步信号测试仪(1)、可控时标频率源(2)、时间同步设备(3)、示波器(4)、第一卫星天线(5)、第二卫星天线(6)、第三卫星天线(7)，时间同步信号测试仪(1)的秒脉冲标准信号输出口(16)连接至示波器(4)的第六通道输入口(46)，时间同步信号测试仪(1)的IRIG-B标准信号输出口(15)分别连接至可控时标频率源(2)的IRIG-B信号输入口(25)、示波器(4)的第五通道输入口(45)，可控时标频率源(2)的IRIG-B信号输出口(22)分别连接至时间同步设备(3)的IRIG-B时钟源输入口(32)、示波器(4)的第二通道输入口(42)，可控时标频率源(2)的定时标记脉冲信号输出口(23)连接至示波器(4)的第三通道输入口(43)，时间同步设备(3)的IRIG-B授时信号输出口(34)分别连接至时间同步信号测试仪(1)的IRIG-B信号监测口(14)、示波器(4)的第四通道输入口(44)，第一卫星天线(5)、第二卫星天线(6)、第三卫星天线(7)分别接入至时间同步信号测试仪(1)的卫星导航授时接口(11)和时间同步设备(3)的第一卫星时钟源输入口(36)、第二卫星时钟源输入口(37)。

如上所述的基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，所测试的时间同步设备输出的IRIG-B被检信号的时频响应时间差δ’n，经过以下步骤检出：

步骤301：在示波器(4)的人机接口(48)，设置“显示记录域”由第六通道输入口(46)的任一1PPS的上升沿时刻(t)触发锁定并启动；

步骤302：在示波器(4)的人机接口(48)被t锁定的“显示记录域”，由t起始的BSS可解码得到时间信息值(Ts)为“Ts”，由t可通过解码出BRS的时间信息值(Tr)为“Tr”辨识出“Tr＝Ts”的BRS的起始沿时刻(tr)得到可控时标频率源(2)在“时间同步模式”下的BRS相对BSS的时频迁移时间差(δ)为“δ＝(tr-t)≈0”以及BRS的同步信号周期(S’)与标准信号周期(S)一致为“S’≈S＝1sec”，由t可通过解码出BTS的时间信息值(Tt)为“Tt”辨识出“Tt＝Ts”的BTS的起始沿时刻(t’)得到时间同步设备(3)的BTS响应可控时标频率源(2)“时间同步模式”下的BRS相对BSS的时频响应时间差(δ’)为“δ’＝(t’-t)≈β<ε”；

步骤303：在示波器(4)的人机接口(48)，退出被t锁定的“显示记录域”，检查第二通道输入口(42)、第三通道输入口(43)、第四通道输入口(44)、第五通道输入口(45)、第六通道输入口(46)的信号状态显示正常，设置“显示记录域”由第三通道输入口(43)输入的定时标记脉冲信号(PM)的上升沿(tp)触发锁定并启动；

步骤304：在可控时标频率源(2)的人机接口(28)配置“时间异步模式”参数，设置BRS的异步信号周期(S”)相对于S的周期偏移值(α)为“α”即“S”＝(S+α)＝(1+α)sec”，设置在滞后于“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻的t为“n”标准秒时间间隔时刻控制tp输出的时标控制参量(K)为“K＝n”且“n”值取为“C”与“α”比值的整数加“1”为“n＝{[C/α]+1},n×α>C,(n-1)×α≤C”，预置“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻的t的标准时钟时间值(T0)为“T0＝[MM:SS]”，启动可控时标频率源(2)在相对时间同步信号测试仪(1)的标准时钟值T的“T＝T0＝[MM:SS]”的t时刻(t0)切换为“时间异步模式”；

步骤305：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，显示T走时至“T＝[MM:SS]”；

步骤306：在可控时标频率源(2)的人机接口(28)，锁定显示“时间异步模式”、“T0＝[MM:SS]”、“α”，锁定显示滞后T0为“n”标准秒后的标准时钟时间值(Tn)为“Tn＝T0+n＝[MM:(SS+n)]”，锁定显示“K＝n”；

步骤307：在示波器(4)的人机接口(48)被tp锁定的“显示记录域”，由“K＝n”和tp指向的t可解码出Ts为“Ts＝Tn”的BSS(BSSn)并验证该t与BSSn的起始沿(tn)一致，由tn和“α”可知相对tn时间断面的BSSn发生迁移的BRS(BRSn)的起始沿(trn)与tn的时频迁移时间差(δn)应约为“δn≈n×α”从而可解码BRS得到Tr为“Tr＝Tn”的BRSn并测得trn，由“n＝{[C/α]+1}、n×α>C、(n-1)×α≤C”可知响应相应tn时间断面BSSn发生迁移的BRSn的BTS(BTSn)的起始沿(t’n)与tn的时频响应时间差(δ’n)的范围应为“δ’n<(δn+β)≈(n×α+β)”从而可解码BTS得到Tt为“Tt＝Tn”的BTSn并测得t’n；

步骤308：由“n＝{[C/α]+1}、n×α>C、(n-1)×α≤C”、“α”、“β”和测得的tn、trn、t’n，可测得δn为“δn＝(trn-tn)≈n×α>C”，可测得δ’n为“δ’n＝(t’n-tn)≈[(n-1)×α+β]<ε”。

进一步的，还包括

步骤309：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，显示“INB告警”，显示“工作时钟源BD”；

步骤310：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)显示的“监测数据记录”，所有记录的Δ的Δδ均为“Δδ<ε”，对应T0的BSS(BSS0)的时间信息值(Ts0)的时间值数据项(ΔT0)为“ΔT0＝Ts0”的测量记录数据(Δ0)的时频测量偏差数据项(Δδ0)为“Δδ0≈β”，对应T(n-1)的BSS[BSS(n-1)]的时间信息值[Ts(n-1)]的时间值数据项[ΔT(n-1)]为“ΔT(n-1)＝Ts(n-1)”的测量记录数据[Δ(n-1)]的时频测量偏差数据项[Δδ(n-1)]为“Δδ(n-1)≈δ’n”，对应Tn的BSSn的Tsn的时间值数据项ΔTn为“ΔTn＝Tsn”的测量记录数据Δn的时频测量偏差数据项Δδn为“Δδn≈δ’n”，对应T(n+1)的BSS[BSS(n+1)]的时间信息值[Ts(n+1)]的时间值数据项[ΔT(n+1)]为“ΔT(n+1)＝Ts(n+1)”的测量记录数据[Δ(n+1)]的时频测量偏差数据项[Δδ(n+1)]为“Δδ(n+1)≈β”。

进一步的，检测之前还包括设备设置与检测准备步骤，具体包括：

步骤101：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，设置时间同步信号测试仪(1)工作状态与卫星导航授时接口(11)的输入信号时间同步，启动秒脉冲标准信号输出口(16)输出秒脉冲标准信号(1PPS)、IRIG-B标准信号输出口(15)输出IRIG-B标准信号(BSS)，启动监测IRIG-B信号监测口(14)的IRIG-B被检信号(BTS)并显示BTS输入异常；

步骤102：在可控时标频率源(2)的人机接口(28)，设置内部基准时钟与IRIG-B信号输入口(25)输入的BSS时间同步，设置IRIG-B信号输出口(22)的IRIG-B时频迁移信号(BRS)与BSS时间同步，启动输出BRS，锁定显示“时间同步模式”工作状态；

步骤103：在时间同步设备(3)的人机接口(38)，设置时间同步设备(3)的时钟源优先级顺序为IRIG-B时钟源输入口(32)、第一卫星时钟源输入口(36)、第二卫星时钟源输入口(37)，设置时间同步设备(3)的时钟源时频允许偏离常数(C)为“C”且小于标准允许授时误差值(ε)为“ε”与标定授时偏差值(β)为“β<ε”之差为“C<(ε-β)”，启动IRIG-B授时信号输出口(34)输出BTS，显示“工作时钟源INB”；

步骤104：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，显示IRIG-B信号监测口(14)的BTS输入信号正常且实时监测的测量记录数据(Δ)的时间值数据项(ΔT)与标准时钟值(T)显示跳变一致、时频测量偏差数据项(Δδ)均为“Δδ≈β<ε”，启动将实时监测的Δ自动保存至“监测数据记录”；

步骤105：在示波器(4)的人机接口(48)，设置第二通道输入口(42)、第三通道输入口(43)、第四通道输入口(44)、第五通道输入口(45)、第六通道输入口(46)的信号监视且状态显示正常；

步骤106：设备设置与检测准备工作完毕。

本发明检测方法，基于标准时间同步信号的断面时刻及其时间信息，结合了“另案授权”的IRIG-B信息标定与辨识原理，以及“另案申请”的1PPS信号时频迁移技术思路，采取仿真控制IRIG-B授时信号相对于标准时间同步信号的同步、异步特性的方式，检测时间同步设备抵御外部故障、干扰欺骗的能力。该方法相较“另案申请”的将仿真信号接入时间同步设备内部回路的检测方式，可通过时间同步设备输入端口直接检测。

附图说明

图1是本发明基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法使用到的设备连接示意图；

图2是本发明基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法中回路设备设置及检测准备步骤示意图；

图3是本发明基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法的波形时序示意图；

图4是本发明基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法的检测步骤示意图。

图中：1—时间同步信号测试仪(SCS)，2—可控时标频率源(TFM)，3—时间同步设备(DIV)，4—示波器(OSC)，5—第一卫星天线(A1)，6—第二卫星天线(A2)，7—第三卫星天线(A3)，11—SCS的卫星导航授时接口(ANT)，14—SCS的IRIG-B信号监测口(BSI)，15—SCS的IRIG-B标准信号输出口(BSO)，16—SCS的秒脉冲标准信号输出口(PPS)，18—SCS的人机接口(S-HMI)，22—TFM的IRIG-B信号输出口(BOUT)，23—TFM的定时标记脉冲信号输出口(PMK)，25—TFM的IRIG-B信号输入口(BIN)，28—TFM的人机接口(T-HMI)，32—DIV的IRIG-B时钟源输入口(INB)，34—DIV的IRIG-B授时信号输出口(BST)，36—DIV的第一卫星时钟源输入口(BD)，37—DIV的第二卫星时钟源输入口(GPS)，38—DIV的人机接口(D-HMI)，42—OSC的第二通道输入口(CH2)，43—OSC的第三通道输入口(CH3)，44—OSC的第四通道输入口(CH4)，45—OSC的第五通道输入口(CH5)，46—OSC的第六通道输入口(CH6)，48—OSC的人机接口(O-HMI)；

1PPS—PPS输出的每标准秒时刻一次的秒脉冲标准信号，BSS—BSO输出的每标准秒时域一帧的IRIG-B标准信号，Ts—表述BSS携带的时间信息值，S—1PPS、BSS为1标准秒的标准信号周期，t—某个1PPS脉冲的上升沿时刻或与该上升沿时刻同步的BSS的起始沿时刻，T—表述t的可由SCS实时显示并与t起始BSS的Ts一致的标准时钟值；

BRS—表述TFM以BSS为基准迁移并由BOUT输出的IRIG-B时频迁移信号，Tr—表述BRS携带的时间信息值，tr—某个BRS的起始沿时刻，S’—BRS与BSS时间同步时的同步信号周期，S”—BRS相对BSS时间异步时的异步信号周期，PM—PMK输出的定时标记脉冲信号，tp—PM的上升沿时刻；

δ—表述tr与t的时频迁移时间差；

BTS—表述DIV由BST响应BRS输入而输出的IRIG-B被检信号，Tt—表述BTS携带的时间信息值，t’—某个BTS的起始沿时刻，C—表述DIV设置的用于判断时钟源信号异常的时钟源时频允许偏离常数，ε—表述DIV的BTS相对BSS的标准允许授时误差值，β—表述DIV分别与外部标准时钟源信号时间同步时的BTS的标定授时偏差值；

δ’—表述t’与t的时频响应时间差；

Δ—表述SCS以BSS的Ts和t为基准对“Tt＝Ts”的BTS的测量记录数据，ΔT—表述Δ记录Ts的时间值数据项，Δδ—表述Δ记录的“Tt＝Ts”的BTS的时频测量偏差数据项；

T0—在TFM设定的表述“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻的标准时钟时间值，t0—表述T0的t时刻，MM—表述某整数分钟时刻的时钟整分值，SS—表述某整数秒钟时刻的时钟整秒值，n—表述自然数“0,1,2…n”，α—表述TFM设置的用于控制BTS的S”相对S产生固定偏移的周期偏移值，K—表述由TFM设置的用于滞后于t0“n”标准秒时间间隔输出tp的时标控制参量；

Δtp—tp与t0的时标控制时间差；

tn—表述滞后t0“n”标准秒的1PPS和BSS的t，Tn—tn的标准时钟时间值，1PPSn—tn为上升沿的1PPS，BSSn—tn为起始沿的BSS，Tsn—BSSn携带的时间信息值，BRSn—表述TFM在“时间异步模式”以BSSn为基准迁移的BRS时频迁移信号，Trn—表述BRSn携带的时间信息值，trn—表述BRSn的起始沿时刻，BTSn—表述DIV响应BRSn输入而输出的BTS信号，Ttn—表述BTSn携带的时间信息值，t’n—表述BTSn的起始沿时刻；

Δn—表述SCS以BSSn的Tsn和tn为基准对“Ttn＝Tsn”的BTSn的测量记录数据，ΔTn—表述Δn记录的时间值为Tsn的时间值数据项，Δδn—表述Δn记录的BTSn的时频测量偏差数据项；

δn—表述trn与tn的时频迁移时间差，δ’n—表述t’n与tn的时频响应时间差；

图中主要设备的作用如下：

SCS，可溯源检测的时间同步测试仪，可通过与卫星时间同步或自守时，发出标准1PPS和标准IRIG-B时间同步信号，可参比标准IRIG-B信号实时监测、记录外部输入的IRIG-B信号偏差；

TFM，可溯源标定的可控时标频率源，内部时钟可与卫星、外接IRIG-B信号时间同步，可仿真输出与标准IRIG-B时间同步或时间异步的IRIG-B信号，可依据标准IRIG-B在指定时刻控制仿真信号由“时间同步模式”切换至“时间异步模式”，并可控制发出定时标记脉冲信号标识某个标准IRIG-B的起始时刻；

DIV，被检测时间同步设备，可接入卫星授时、IRIG-B授时等多个外部时间同步信号源，可设置信号源选用优先级并依据优先顺序选择工作源，可输出与被选择工作源时间同步的授时信号，可判断工作源时钟走时跳变故障并告警和切换工作源，可实时监测工作源时频偏离趋势并根据设定的时频偏离允许阈值控制授时输出、切换工作源、告警故障；

OSC，信号波形展示设备，可根据触发信号锁屏显示并记录所设时间域的信号时序。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请是基于“另案申请”回路及其授时信号时频迁移技术思路，以及“另案授权”的卫星同步授时装置输出信号的时间信息检测机理，给出的基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法。

基于“另案申请”的设备结构分析，各类时钟源输入电路大都将输入信号处理为秒脉冲、报文信号的形式输出至时钟信号处理电路。即，可采用时频迁移IRIG-B信号通过设备IRIG-B时钟源端口，验证设备内部时钟信号处理电路的防护能力。故，本案申请的基于IRIG-B信号时频迁移的设备检测方法，结合了“另案申请”的1PPS信号时频迁移技术思路以及“另案授权”的IRIG-B信息标定辨识原理，相较“另案申请”的通过设备内部回路进行检测的方式，可直接由设备外部端口定量施加异常信号检测其防护能力。

“另案申请”用到的可控时标频率源(TFM)，通过接入IRIG-B标准信号(BSS)，既可在“时间同步模式”发出与BSS时间同步的IRIG-B信号(BRS)，也可在“时间异步模式”发出偏离BSS时频的BRS，并可依据BSS在指定时刻控制发出标记脉冲信号(PM)。若设备选择BRS为主时钟源、卫星导航信号为备用时钟源且将BRS接入设备IRIG-B信号输入端，则通过设备输出授时的IRIG-B信号(BTS)相对BRS时频迁移信号的实时响应，可反映设备从BRS时频特性改变至时钟源切换过程的授时正确性。

故而，检测被检时间同步设备(DIV)抵御外部时钟源信号异常的能力，可采用标准时间同步设备(SCS)、TFM、示波器(OSC)与DIV连接成检测回路：一，SCS与卫星导航信号时间同步，并输出BSS和1PPS且标准周期(S)为“S＝1sec”；二，检测基准时间断面，为某个1PPS上升沿时刻或BSS起始沿时刻(t)及其标准时钟值(T)；三，信号连接方式，SCS输出的BSS接入TFM，TFM输出的BRS与BD、GPS信号接入DIV，DIV的BTS与1PPS、BSS、BRS、PM接入OSC，DIV的BTS也接入SCS。

令，BD、GPS信号之间时间同步，1PPS、BSS与BD、GPS时间同步；TFM在“时间同步模式”下，某个BRS的上升沿时刻(tr)和时间信息值(Tr)与BSS的t和时间信息值(Ts)一致为“tr＝t、Tr＝Ts”，BRS的同步信号周期(S’)与S一致为“S’＝S＝1sec”；TFM由“时间同步模式”至“时间异步模式”的切换，可指定某个t为切换时刻(t0)，该t的T为切换时刻标准时钟值(T0，T0＝[MM:SS])，在T走时为“T＝T0”时刻切换；TFM在“时间异步模式”下，可控制输出BRS的异步信号周期(S”)相对S产生周期偏移量(α)为“S’＝S+α，|α|<<|ε|”且精准；TFM的PM输出控制，可由标记脉冲控制参量(K)触发PM的上升沿时刻(tp)，并在滞后t0时刻某自然数(n)标准秒时间间隔为“K＝n”的时刻(tn)发出tp。

若，DIV在多源工作方式下，某个BTS上升沿时刻(t’)与t的时间偏差(δ’)应小于ε为“δ’＝(t’-t)<ε”；DIV分别选正常工作的BD、GPS、BRS作为主时源时，δ’均为某偏差量(β)均为“δ’＝β，|β|<|ε|”；当DIV以BRS为主时源且tr与t的时间偏差(δ)为“δ＝(tr-t)”以“α”为步长逐步逼近和超过偏离常数(C)为“δ≈(n-1)×α，|δ|≤|C|”且“δ≈n×α，|δ|>|C|”时，δ’值应不大于“|δ|≤|C|”时的最大δ’值且应“|δ’|<|ε|”并切换至BD或GPS时钟源。则，基于t、Ts、S以及TFM在“时间同步模式”至“时间异步模式”切换后的BRS的“S’＝S+α”精准且Tr不发生跳变，可由tn起始的BSS(BSSn)经TFM输出的BRS(BRSn)的上升沿时刻(trn)再由DIV响应输出的BTS(BTSn)的起始沿时刻(t’n)，测得相对tn断面的BRSn时间偏差(δn)为“δn＝trn-tn≈n×α”、BTSn时间偏差(δ’n)为“δ’n＝t’n-tn”。

至此，若令，C、α、ε、β为正数，且“(C+β)≤ε”，则，可测得当BTSn的δn为“δn>C”时触发DIV时钟源切换的δ’n：一，TFM置为“时间同步模式”，启动发送BRS至DIV；二，DIV设置时钟源优先级顺序为BRS、BD、GPS并设置C为“C”，启动发送BTS；三，OSC设置，设置任一1PPS的t锁定显示记录域并启动；四，在OSC锁定的显示记录域，可由某t的BSS的Ts得到“Tr＝Ts”的BRS的tr和“Tt＝Ts”的BTS的t’，得“δ＝(tr-t)≈0，β≈δ’＝(t’-t)<ε”；五，OSC退出锁定的显示记录域，设置由PM的tp锁定显示记录域并启动；六，TFM设置“时间异步模式”参数，设置S’的周期偏移量α为“S’＝S+α＝(1+α)sec”，设置标记脉冲控制参量K为“K＝n＝{INT[C/α]+1}”，设定T0为“T0＝[MM:SS]”，置允许T走时至“T＝T0”时刻切换；七，TFM切换至“时间异步模式”，“T＝T0”的t0时刻BRS的S’由“S’＝S＝1sec”改变为“S’＝S+α＝(1+α)sec”，在tn时刻发出PM的tp；八，OSC锁定的显示记录域，可由tp辨识tn并解码BSSn的时间信息值(Tsn)得tn的检测断面标准时钟值(Tn)为“Tn＝Tsn＝T0+n＝[MM:(SS+n)]”，由“δn≈n×α”可通过解码出与“Tn”相等的BRS(BRSn)的时间信息值(Trn)为“Trn＝Tn＝Tsn”确认出trn得“δn＝(trn-tn)≈n×α>C”，由“K＝n＝{INT[C/α]+1}”得“(n-1)×α≤C，n×α>C”可知“δ’n≤(C+β)<(n×α+β)”并可通过解码出与“Tsn”相等的BST(BTSn)的时间信息值(Ttn)为“Ttn＝Trn＝Tsn＝Tn”确认出t’n得“δ’n＝(t’n-tn)≈[(n-1)×α+β]<ε”。

本发明提供的一种基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法中，检测步骤与方法如下：

1、检测回路设备及端口连接方式

见图1，SCS的PPS(秒脉冲标准信号输出口16)连接至OSC的CH6(第六通道输入口46)，SCS的BSO(IRIG-B标准信号输出口15)分别连接至TFM的BIN(IRIG-B信号输入口25)、OSC的CH5(第五通道输入口45)，TFM的BOUT(IRIG-B信号输出口22)分别连接至DIV的INB(IRIG-B时钟源输入口32)、OSC的CH2(第二通道输入口42)，TFM的PMK(定时标记脉冲信号输出口23)连接至OSC的CH3(第三通道输入口43)，DIV的BST(IRIG-B授时信号输出口34)分别连接至SCS的BSI(IRIG-B信号监测口14)、OSC的CH4(第四通道输入口44)，A1(第一卫星天线5)、A2(第二卫星天线6)、A3(第三卫星天线7)分别接入至SCS的ANT(卫星导航授时接口11)和DIV的BD(第一卫星时钟源输入口36)、GPS(第二卫星时钟源输入口37)；

2、检测回路的δ’n检测准备

结合图1、2、3，令DIV的标定授时偏差值β、标准允许授时误差值ε、时钟源时频允许偏离常数C均为正数，基于SCS的秒脉冲标准信号1PPS和IRIG-B标准信号BSS，以TFM设定的“时间同步模式”至“时间异步模式”切换的标准时钟时间值T0的BSS起始沿时刻t0为起始，以SCS输出的滞后于t0“n”个标准秒时间间隔的IRIG-B标准信号BSSn的起始沿时刻tn为基准，DIV响应自TFM输入的以BSSn为基准迁移的IRIG-B时频迁移信号BRSn而输出的IRIG-B被检信号BTSn的上升沿t’n与tn的时频响应时间差δ’n，检测回路的设备设置与检测准备步骤如下：

步骤101：在SCS(时间同步信号测试仪1)的S-HMI(人机接口18)，设置SCS工作状态与ANT时间同步，启动PPS(秒脉冲标准信号输出口16)、BSO(IRIG-B标准信号输出口15)输出1PPS、BSS，启动实时监测BSI(IRIG-B信号监测口14)并显示BTS输入状态异常；

步骤102：在TFM(可控时标频率源2)的T-HMI(人机接口28)，设置TFM内部基准时钟与BIN(IRIG-B信号输入口25)的BSS时间同步，设置BOUT(IRIG-B信号输出口22)的BRS与BSS时间同步，启动输出BRS、锁定显示“时间同步模式”工作状态；

步骤103：在DIV(时间同步设备3)的D-HMI(人机接口38)，设置DIV的时钟源优先级顺序为INB(IRIG-B时钟源输入口32)、BD(第一卫星时钟源输入口36)、GPS(第二卫星时钟源输入口37)，设置DIV的时钟源时频允许偏离常数C为“C”小于标准允许授时误差值ε为“ε”与标定授时偏差值β为“β”之差为“C<(ε-β),β<ε”，启动BST(IRIG-B授时信号输出口34)输出BTS，显示“时钟源INB”；

步骤104：在S-HMI，显示BTS输入正常且实时监测的测量记录数据Δ的时间值数据项ΔT与标准时钟值T一致、时频测量偏差数据项Δδ为“Δδ≈β<ε”，启动将实时监测的Δ自动保存至“监测数据记录”；

步骤105：在OSC(示波器4)的O-HMI(人机接口48)，设置CH2～CH6信号监视且状态显示正常；

步骤106：设备设置与检测准备工作完毕；

3、检测回路的δ’n检测

结合图1、3、4，令1PPS、BSS与ANT、BD、GPS端口信号时间同步，令TFM“时间同步模式”时BTS与BSS、1PPS时间同步，令TFM“时间异步模式”时BTS的S”与S的周期偏移值α为“S”＝S+α”，t’n与tn的时频响应时间差δ’n，可经过以下步骤检测出：

步骤301：在O-HMI，设置“显示记录域”由CH6的1PPS的t锁定并启动；

步骤302：在O-HMI被t锁定的“显示记录域”，由t的BSS可解码得到Ts，由t可通过解码出BRS的Tr得到“Tr＝Ts”的BRS的tr得到δ为“δ＝(tr-t)≈0”并得到S’为“S’≈S＝1sec”，由t可通过解码出BTS的Tt得到“Tt＝Ts”的BTS的t’得到δ’为“δ’＝(t’-t)≈β<ε”；

步骤303：在O-HMI，退出锁定的“显示记录域”，CH2～CH6信号状态显示正常，设置“显示记录域”由CH3的PM的tp锁定并启动；

步骤304：在T-HMI配置“时间异步模式”参数，设置S”相对S的周期偏移值α为“α,S”＝(S+α)＝(1+α)sec”，设置在滞后于“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻t0“n”标准秒时间间隔控制tp输出的时标控制参量K为“K＝n”且“n”值为“n＝{[C/α]+1},n×α>C,(n-1)×α≤C”，预置“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻的标准时钟时间值T0为“T0＝[MM:SS]”，启动在标准时钟值T为“T＝T0”的t时刻切换为“时间异步模式”；

步骤305：在S-HMI，T显示走时至“T＝T0”；

步骤306：在T-HMI，锁定显示“时间异步模式”、“T0＝[MM:SS]”、“α”，锁定显示滞后T0“n”标准秒后的标准时钟时间值Tn为“Tn＝T0+n＝[MM:(SS+n)]”，锁定显示“K＝n”；

步骤307：在O-HMI被tp锁定的“显示记录域”，由tp和“K＝n”可解码BSS得到Ts为“Ts＝Tn”的BSSn的tn，由tn和δn约为“δn≈n×α”可解码BRS得到Tr为“Tr＝Tn”的BRSn的trn，由“n＝{[C/α]+1}、n×α>C、(n-1)×α≤C”和δ’n范围为“δ’n<(δn+β)”可解码BTS得到Tt为“Tt＝Tn”的BTSn的t’n；

步骤308：由“n＝{[C/α]+1}、n×α>C、(n-1)×α≤C”、“α”、“β”和测得的tn、trn、t’n，可得δn为“δn＝(trn-tn)≈n×α>C”，可得δ’n为“δ’n＝(t’n-tn)≈[(n-1)×α+β]<ε”

步骤309：在D-HMI，显示INB告警，显示BST与BD时间同步；

步骤310：在S-HMI显示的“监测数据记录”，测量记录数据Δ的时频测量偏差数据项Δδ均为“Δδ<ε”，对应T0的BSS0的Ts0的时间值数据项ΔT0为“ΔT0＝Ts0”的测量记录数据Δ0的时频测量偏差数据项Δδ0为“Δδ0≈β”，对应T(n-1)的BSS(n-1)的Ts(n-1)的时间值数据项ΔT(n-1)为“ΔT(n-1)＝Ts(n-1)”的测量记录数据Δ(n-1)的时频测量偏差数据项Δδ(n-1)为“Δδ(n-1)≈δ’n”，对应Tn的BSSn的Tsn的时间值数据项ΔTn为“ΔTn＝Tsn”的测量记录数据Δn的时频测量偏差数据项Δδn为“Δδn≈δ’n”，对应T(n+1)的BSS(n+1)的Ts(n+1)的时间值数据项ΔT(n+1)为“ΔT(n+1)＝Ts(n+1)”的测量记录数据Δ(n+1)的时频测量偏差数据项Δδ(n+1)为“Δδ(n+1)≈β”；

步骤311：δ’n检测完毕。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，其特征在于：用到时间同步信号测试仪(1)、可控时标频率源(2)、时间同步设备(3)、示波器(4)、第一卫星天线(5)、第二卫星天线(6)、第三卫星天线(7)，时间同步信号测试仪(1)的秒脉冲标准信号输出口(16)连接至示波器(4)的第六通道输入口(46)，时间同步信号测试仪(1)的IRIG-B标准信号输出口(15)分别连接至可控时标频率源(2)的IRIG-B信号输入口(25)、示波器(4)的第五通道输入口(45)，可控时标频率源(2)的IRIG-B信号输出口(22)分别连接至时间同步设备(3)的IRIG-B时钟源输入口(32)、示波器(4)的第二通道输入口(42)，可控时标频率源(2)的定时标记脉冲信号输出口(23)连接至示波器(4)的第三通道输入口(43)，时间同步设备(3)的IRIG-B授时信号输出口(34)分别连接至时间同步信号测试仪(1)的IRIG-B信号监测口(14)、示波器(4)的第四通道输入口(44)，第一卫星天线(5)、第二卫星天线(6)、第三卫星天线(7)分别接入至时间同步信号测试仪(1)的卫星导航授时接口(11)和时间同步设备(3)的第一卫星时钟源输入口(36)、第二卫星时钟源输入口(37)。

2.如权利要求1所述的基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，其特征在于：

所测试的时间同步设备输出的IRIG-B被检信号的时频响应时间差δ’n，经过以下步骤检出：

步骤301：在示波器(4)的人机接口(48)，设置“显示记录域”由第六通道输入口(46)的任一1PPS的上升沿时刻t触发锁定并启动；

步骤302：在示波器(4)的人机接口(48)被t锁定的“显示记录域”，由t起始的IRIG-B标准信号BSS可解码得到时间信息值为Ts，由t可通过解码出BRS的时间信息值为Tr辨识出“Tr＝Ts”的BRS的起始沿时刻tr得到可控时标频率源(2)在“时间同步模式”下的BRS相对BSS的时频迁移时间差为δ＝(tr-t)≈0以及BRS的同步信号周期S’与标准信号周期S一致为“S’≈S＝1sec”，由t可通过解码出BTS的时间信息值为Tt辨识出“Tt＝Ts”的BTS的起始沿时刻t’得到时间同步设备(3)的BTS响应可控时标频率源(2)“时间同步模式”下的BRS相对BSS的时频响应时间差为δ＝(t’-t)≈β<ε，其中ε为标准允许授时误差值，β为标定授时偏差值；

步骤303：在示波器(4)的人机接口(48)，退出被t锁定的“显示记录域”，检查第二通道输入口(42)、第三通道输入口(43)、第四通道输入口(44)、第五通道输入口(45)、第六通道输入口(46)的信号状态显示正常，设置“显示记录域”由第三通道输入口(43)输入的定时标记脉冲信号(PM)的上升沿tp触发锁定并启动；

步骤304：在可控时标频率源(2)的人机接口(28)配置“时间异步模式”参数，设置BRS的异步信号周期S”相对于S的周期偏移值为α，即S＝(S+α)＝(1+α)sec，设置在滞后于“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻的t为“n”标准秒时间间隔时刻控制tp输出的时标控制参量为“K＝n”且“n”值取为“C”与“α”比值的整数加“1”,即“n＝{[C/α]+1},n×α>C,(n-1)×α≤C”，预置“时间同步模式”至“时间异步模式”切换时刻的t的标准时钟时间值(T0)为“T0＝[MM:SS]”，启动可控时标频率源(2)在相对时间同步信号测试仪(1)的标准时钟值T的“T＝T0＝[MM:SS]”的t时刻t0切换为“时间异步模式”；

步骤305：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，显示T走时至“T＝[MM:SS]”；

步骤306：在可控时标频率源(2)的人机接口(28)，锁定显示“时间异步模式”、“T0＝[MM:SS]”、“α”，锁定显示滞后T0为“n”标准秒后的标准时钟时间值(Tn)为“Tn＝T0+n＝[MM:(SS+n)]”，锁定显示“K＝n”；

步骤307：在示波器(4)的人机接口(48)被tp锁定的“显示记录域”，由“K＝n”和tp指向的t解码出Ts为“Ts＝Tn”的BSS(BSSn)并验证该t与BSSn的起始沿tn一致，由tn和“α”可知相对tn时间断面的BSSn发生迁移的BRS(BRSn)的起始沿trn与tn的时频迁移时间差应约为“δn≈n×α”从而可解码BRS得到Tr为“Tr＝Tn”的BRSn并测得trn，由“n＝{[C/α]+1}、n×α>C、(n-1)×α≤C”可知响应相应tn时间断面BSSn发生迁移的BRSn的BTS(BTSn)的起始沿(t’n)与tn的时频响应时间差(δ’n)的范围应为“δ’n<(δn+β)≈(n×α+β)”从而可解码BTS得到Tt为“Tt＝Tn”的BTSn并测得t’n；

步骤308：由“n＝{[C/α]+1}、n×α>C、(n-1)×α≤C”、“α”、“β”和测得的tn、trn、t’n，测得δn为“δn＝(trn-tn)≈n×α>C”，进而测得δ’n为“δ’n＝(t’n-tn)≈[(n-1)×α+β]<ε”。

3.如权利要求2所述的基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，其特征在于：还包括

步骤309：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，显示“INB告警”，显示“工作时钟源BD”；

步骤310：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)显示的“监测数据记录”，所有记录的测量记录数据Δ的时频测量偏差数据项Δδ均为“Δδ<ε”，对应T0的IRIG-B标准信号BSS即BSS0的时间信息值Ts0的时间值数据项(ΔT0)为“ΔT0＝Ts0”的测量记录数据(Δ0)的时频测量偏差数据项(Δδ0)为“Δδ0≈β”，对应T(n-1)的BSS[BSS(n-1)]的时间信息值[Ts(n-1)]的时间值数据项[ΔT(n-1)]为“ΔT(n-1)＝Ts(n-1)”的测量记录数据[Δ(n-1)]的时频测量偏差数据项[Δδ(n-1)]为“Δδ(n-1)≈δ’n”，对应Tn的BSSn的Tsn的时间值数据项ΔTn为“ΔTn＝Tsn”的测量记录数据Δn的时频测量偏差数据项Δδn为“Δδn≈δ’n”，对应T(n+1)的BSS[BSS(n+1)]的时间信息值[Ts(n+1)]的时间值数据项[ΔT(n+1)]为“ΔT(n+1)＝Ts(n+1)”的测量记录数据[Δ(n+1)]的时频测量偏差数据项[Δδ(n+1)]为“Δδ(n+1)≈β”。

4.如权利要求2或3所述的基于IRIG-B信号时频迁移的时间同步设备检测方法，其特征在于：检测之前还包括设备设置与检测准备步骤，具体包括：

步骤101：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，设置时间同步信号测试仪(1)工作状态与卫星导航授时接口(11)的输入信号时间同步，启动秒脉冲标准信号输出口(16)输出秒脉冲标准信号(1PPS)、IRIG-B标准信号输出口(15)输出IRIG-B标准信号(BSS)，启动监测IRIG-B信号监测口(14)的IRIG-B被检信号(BTS)并显示BTS输入异常；

步骤102：在可控时标频率源(2)的人机接口(28)，设置内部基准时钟与IRIG-B信号输入口(25)输入的BSS时间同步，设置IRIG-B信号输出口(22)的IRIG-B时频迁移信号(BRS)与BSS时间同步，启动输出BRS，锁定显示“时间同步模式”工作状态；

步骤103：在时间同步设备(3)的人机接口(38)，设置时间同步设备(3)的时钟源优先级顺序为IRIG-B时钟源输入口(32)、第一卫星时钟源输入口(36)、第二卫星时钟源输入口(37)，设置时间同步设备(3)的时钟源时频允许偏离常数(C)为“C”且小于标准允许授时误差值(ε)为“ε”与标定授时偏差值(β)为“β<ε”之差为“C<(ε-β)”，启动IRIG-B授时信号输出口(34)输出BTS，显示“工作时钟源INB”；

步骤104：在时间同步信号测试仪(1)的人机接口(18)，显示IRIG-B信号监测口(14)的BTS输入信号正常且实时监测的测量记录数据(Δ)的时间值数据项(ΔT)与标准时钟值(T)显示跳变一致、时频测量偏差数据项(Δδ)均为“Δδ≈β<ε”，启动将实时监测的Δ自动保存至“监测数据记录”；

步骤105：在示波器(4)的人机接口(48)，设置第二通道输入口(42)、第三通道输入口(43)、第四通道输入口(44)、第五通道输入口(45)、第六通道输入口(46)的信号监视且状态显示正常；

步骤106：设备设置与检测准备工作完毕。