Gnss電表關(guān)鍵電路及其對(duì)數(shù)字電表端時(shí)間校準(zhǔn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及接收衛(wèi)星收信號(hào)并從中提取出時(shí)間信息的GNSS接收機(jī)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電能是一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展的動(dòng)力和保障，高效、合理地使用電能具有非常重要的 經(jīng)濟(jì)及戰(zhàn)略意義。電表是實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量的儀表，但傳統(tǒng)的電表只是完成電能的簡(jiǎn)單計(jì)量和 顯示，不具備高精度分時(shí)段計(jì)量（即多費(fèi)率）功能，有的系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多費(fèi) 率電表的功能，但由于時(shí)間基準(zhǔn)問(wèn)題，易產(chǎn)生矛盾，這些都是導(dǎo)致電能無(wú)法合理利用的關(guān)鍵 因素。本發(fā)明就是要將普通數(shù)字電表和GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)接 收機(jī)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)一種以GNSS時(shí)間為基準(zhǔn)的具有高精度、分時(shí)段計(jì)價(jià)功能的數(shù)字電 表。
[0003] -套非常精確的時(shí)間系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高精度分段計(jì)量電能的前提，而精準(zhǔn)時(shí)間的獲得 依賴(lài)于先進(jìn)的授時(shí)技術(shù)。目前，授時(shí)技術(shù)主要有以下幾種，即：星基授時(shí)(衛(wèi)星授時(shí))、地基授 時(shí)(長(zhǎng)波授時(shí)、短波授時(shí)）及網(wǎng)絡(luò)授時(shí)。星基授時(shí)通過(guò)GNSS向用戶(hù)提供授時(shí)服務(wù)，GNSS包 括：美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國(guó)的"北斗系統(tǒng)"以及建設(shè)中歐盟的GALILEO系統(tǒng)。 與地基授時(shí)和網(wǎng)絡(luò)授時(shí)相比，星基授時(shí)更為靈活，能夠全球、全天候地向覆蓋區(qū)域提供授時(shí) 服務(wù)，且授時(shí)精度更高，可達(dá)50納秒，這些都是其它授時(shí)系統(tǒng)所無(wú)法達(dá)到的。但在實(shí)際應(yīng)用 中，電表所在的室內(nèi)往往很難甚至無(wú)法接收到衛(wèi)星信號(hào)，從而也就無(wú)法獲得GNSS時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種GNSS電表關(guān)鍵電路， GNSS接收機(jī)系統(tǒng)可以通過(guò)有線或無(wú)線的方式將時(shí)間信息傳送給位于室內(nèi)的數(shù)字電表，從而 解決位于室內(nèi)的數(shù)字電表無(wú)法獲取GNSS時(shí)間的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：GNSS電表關(guān)鍵電路，其特征在于：所述電路包括GNSS 接收機(jī)，GNSS接收機(jī)接收GNSS時(shí)間信息幀的信息接收單元、從GNSS時(shí)間信息幀中提取出 時(shí)間信息并得到1PPS(lPulsePerSecond)定時(shí)信息的信息處理單元、輸出電表工作所需 時(shí)間的時(shí)間輸出單元(在外部時(shí)間信息中斷的情況下，供給電表計(jì)量的時(shí)間具有高保持功 能)。
[0006] 上述GNSS接收機(jī)通過(guò)有線或者無(wú)線的傳輸方式將時(shí)間信息傳送給位于室內(nèi)的數(shù) 字電表。
[0007] 有線傳輸方式是電力線載波傳輸方式，是利用電力線作傳輸媒介的載波通信。電 力線載波傳輸通過(guò)電力線載波通道實(shí)現(xiàn)，包括電力線載波機(jī)、線路阻波器、結(jié)合設(shè)備、耦合 電容器(或電容式電壓互感器)及高頻電纜。結(jié)合設(shè)備經(jīng)過(guò)耦合電容器與電力線的一相或多 相導(dǎo)線耦合。無(wú)線傳輸方式是指：在GNSS接收機(jī)端用無(wú)線發(fā)送設(shè)備將接收到的時(shí)間信息發(fā) 送出去，在無(wú)線信號(hào)覆蓋的小區(qū)范圍內(nèi)，數(shù)字電表端用"無(wú)線接收設(shè)備"接收并獲得時(shí)間信 肩、。
[0008] 基于GNSS電表關(guān)鍵電路對(duì)數(shù)字電表端時(shí)間校準(zhǔn)的方法，其特征在于：包括以下步 驟：
[0009] 1)位于戶(hù)外的GNSS授時(shí)型接收機(jī)接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)，并從接收到的信號(hào)中解算 出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，同時(shí)得到1PPS輸出；
[0010] 2)在1PPS的上升沿以無(wú)線或有線的方式發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息幀，幀頭標(biāo)示了當(dāng)前 1PPS觸發(fā)上升沿時(shí)間；
[0011] 3)室內(nèi)的數(shù)字電表端接收攜帶有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息及1PPS定時(shí)信息的有線或無(wú)線信 號(hào)；
[0012] 4)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解封裝，進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，同時(shí)提取出1PPS定 時(shí)信息；
[0013] 5)通過(guò)得到的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息及1PPS定時(shí)信息對(duì)數(shù)字電表端的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)；
[0014] 上述步驟5)之后還包括步驟6)在特定時(shí)間周期內(nèi)，對(duì)數(shù)字電表端時(shí)間進(jìn)行周期 性地校準(zhǔn)。
[0015] 步驟2)中以有線方式串行發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間報(bào)文由23個(gè)字節(jié)組成，包括：1個(gè)字節(jié) 的幀頭、4個(gè)字節(jié)的GNSS時(shí)間狀態(tài)標(biāo)志、14個(gè)字節(jié)的GNSS時(shí)間信息（以ASCII碼分別表示 年、月、日、時(shí)、分、秒)，2個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)字節(jié)，2個(gè)字節(jié)的結(jié)束標(biāo)志。
[0016] 步驟2)中以無(wú)線方式發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息幀使用完整的8bit-個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行傳輸，采用校驗(yàn)和保護(hù)，使用"消息類(lèi)型"和"消息ID"兩級(jí)的方式對(duì)消息進(jìn)行分類(lèi)；bitO 代表字節(jié)中的最低有效位LSB，每個(gè)字節(jié)發(fā)送時(shí)，bitO最先發(fā)送；對(duì)于超過(guò)一個(gè)字節(jié)的域 (消息長(zhǎng)度域和凈負(fù)荷域)，遵循BigEndian規(guī)范。
[0017] 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息幀包括：
[0018] 幀頭：由幀頭1和幀頭2兩個(gè)字節(jié)組成；幀頭1 :一個(gè)字節(jié)固定數(shù)值0x43表示，表 示ASCII碼中"C"字符。幀頭2 :-個(gè)字節(jié)固定數(shù)值0x4D表示表示ASCII碼中"M"字符；
[0019] 消息頭：由消息類(lèi)和消息ID兩個(gè)字節(jié)組成；消息類(lèi)：消息類(lèi)規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息 消息的基本分類(lèi)，一字節(jié)長(zhǎng)度；ID:消息ID定義了具體標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息消息的編號(hào)，一字節(jié)長(zhǎng) 度；
[0020] 消息長(zhǎng)度域：由兩個(gè)字節(jié)組成；消息長(zhǎng)度域計(jì)算的有效范圍只包括消息的凈負(fù) 荷，不包含幀頭、消息頭、消息長(zhǎng)度域和幀校驗(yàn)序列域；
[0021] 凈負(fù)荷域：消息內(nèi)容，由16個(gè)字節(jié)組成(詳見(jiàn)表3);
[0022] 幀校驗(yàn)序列域：由一個(gè)字節(jié)組成；幀校驗(yàn)范圍包括消息頭、消息長(zhǎng)度域和凈負(fù)荷 域，不包含幀頭；幀校驗(yàn)序列的生成多項(xiàng)式為：G(x)=xs+x5+x4+l;
[0023] 幀校驗(yàn)碼初始值設(shè)置為OxFF，輸入數(shù)據(jù)無(wú)需取反；校驗(yàn)算法采用右移算法；輸出 校驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)需取反；校驗(yàn)字節(jié)發(fā)送時(shí)，最低有效位bitO最先發(fā)送，與數(shù)據(jù)字節(jié)一致。
[0024] 在衛(wèi)星信號(hào)較好的室外安裝一個(gè)GNSS接收機(jī)裝置接收衛(wèi)星信號(hào)并從中提取出時(shí) 間信息，再以無(wú)線或有線的方式將時(shí)間信息傳送給小區(qū)內(nèi)的所有數(shù)字電表，從而解決位于 室內(nèi)的數(shù)字電表無(wú)法獲取GNSS時(shí)間的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本發(fā)明GNSS接收機(jī)通過(guò)有線方式的示意圖；
[0026] 圖2是時(shí)間信息幀和秒脈沖準(zhǔn)時(shí)沿的關(guān)系示意圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明GNSS接收機(jī)通過(guò)無(wú)線方式的示意圖；
[0028] 圖4是1PPS上升沿和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間"[目息幀的關(guān)系不意圖；
[0029] 圖5是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息幀的結(jié)構(gòu)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明基于GNSS接收機(jī)系統(tǒng)的多費(fèi)率數(shù)字電表的內(nèi)部取而代之的是信息接收單 元、信息處理單元和時(shí)間輸出單元。信息接收單元：接收GNSS時(shí)間信息幀；信息處理單元： 從GNSS時(shí)間信息幀中提取出時(shí)間信息并得到1PPS定時(shí)信息；時(shí)間輸出單元：能夠精確輸 出電表工作所需的時(shí)間，在外部時(shí)間信息中斷的情況下，供給電表計(jì)量的時(shí)間具有高保持 功能，內(nèi)部采用時(shí)鐘馴服技術(shù)，時(shí)間積累誤差為300ms/月。
[0031]GNSS接收機(jī)系統(tǒng)可以通過(guò)"有線"或"無(wú)線"的方式將時(shí)間信息傳送給位于室內(nèi)的 數(shù)字電表。其中，有線傳輸方式是指"電力線載波傳輸"方式，其是利用電力線作傳輸媒介的 載波通信，不需另外架設(shè)通信線路，電力線結(jié)構(gòu)堅(jiān)固作為通信媒介使用可靠性很高。電力線 載波通道主要由電力線載波機(jī)、線路阻波器、結(jié)合設(shè)備、耦合電容器(或電容式電壓互感器） 及高頻電纜組成。
[0032] 結(jié)合設(shè)備經(jīng)過(guò)耦合電容器與電力線的一相或多相導(dǎo)線耦合。"相地耦合"、"相相耦 合"是最普遍的兩種耦合方式。其中，相地耦合是指：結(jié)合設(shè)備經(jīng)過(guò)耦合電容器在電力線的 一相導(dǎo)線和地之間實(shí)現(xiàn)的耦合；相相耦合是指：結(jié)合設(shè)備經(jīng)過(guò)耦合電容器在電力線的一相 導(dǎo)線與另一相導(dǎo)線之間實(shí)現(xiàn)的耦合。
[0033] 電力線載波通信中，電話和非電話信號(hào)復(fù)用或?qū)Ｓ玫碾娏€載波機(jī)有效傳輸頻帶 分配的典型值如表1所示。
[0034]表1單向通路內(nèi)有效傳輸頻帶典型值
[0035]
[0036]
[0037] 交替復(fù)用方式中非電話信號(hào)的頻率也可以位于電話信號(hào)頻帶內(nèi)。
[0038] 有線傳輸方式如圖1所示：在小區(qū)變壓器端將GNSS接收機(jī)1接收的時(shí)間信息以耦 合的方式加載到電力線2上，并通過(guò)電力線2將其傳送至電表端，電表端再通過(guò)電力線載波 芯片3將時(shí)間信息解調(diào)出來(lái)，送給數(shù)字電表4。時(shí)間信息的電力線傳輸采用中華人名共和國(guó) 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T-1100. 1-2009進(jìn)行。
[0039] 有線傳輸過(guò)程中，