多模GNSS高精度授时在电力系统中的应用(三)     DATE: 2019-12-27 16:55

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GPS电力授时

多模GNSS单星授时装置的架构
GNSS 同步时钟的主要功能是接收GNSS 卫星的高精度同步时间信息,并以此为电力系统各种自动化装置的时钟对时,保证电力系统的时间同步。GNSS 同步时钟主要由GNSS 信号接收单元、中心处理单元以及同步脉冲生成及输出信号扩展单元构成。其结构如图1 所示。
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图1多模GNSS单星授时装置的架构


1)、GNSS 信号接收单元
多模GNSS单星授时模块信号接收单元的主要任务是负责接收来自GNSS系统的导航信号,GNSS接收的射频模块是基于杭州中科微电子公司的HZG07V2和美国MAXIM公司的max2769。这些模块能够通过配置工作于BD2、GPS、GALILEO等L频段的多种参考频率。

2)、中心处理单元
中心处理单元基带信号处理部分通常采用基于FPGA+ARM+DSP的软件接收机架构。利用电力系统授时装置位置固定的特点,即已知的接收机的位置信息,修正影响时间精度的因素,如对卫星时钟误差、相对论误差,电离层延迟误差、对流程延迟误差,同时利用卫星的冗余性校正本地时钟误差。在此基础上,计算出GNSS 信号从卫星到接收天线的传播延时,解调出GNSS 卫星所发送的导航电文,实时计算出测站的时间信息,输出与国际标准时间UTC 保持高度同步的秒脉冲选通信号1PPS (1PPS 为标准的TTL 逻辑电平,它上升沿与UTC 的秒脉冲上升沿保持高度同步,误差为1μs),并通过RS-232/485 等串行接口输出与1PPS脉冲前沿相对应的UTC 标准时间、日期及接收器所处方位等信息。

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图2 多模GNSS单星授时卫星导航模块整体设计

多模GNSS单星授时卫星导航模块整体设计如图2所示。其中GNSS基带部分由Altera Cyclone III的EP3C120F780I7和TI公司的基于内置DSP和ARM9内核的SoCDaVinci构成,这样可使授时装置具备多星座GNSS融合带来的授时的连续性、可用性、完好性,以及软件接收机方便性、灵活性、易于升级等特点。

3)、同步脉冲生成及输出扩展单元
同步脉冲发生电路主要扩展同步时钟的校时脉冲输出,使系统的同步授时能够更加方便灵活。为了提高装置的可靠性,输出信号通常通过光电隔离后输出,输出的同步脉冲既可以是有源TTL电平形式,也可以是静态空接点形式。为满足电力系统多种信号类型、多个输出接口的通信要求,通过总线扩展出多个输出接口,输出 PPM、1PPH、RS- 232 和IRIG- B 等多种信号输出接口,可以做到一机多用。
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