一种基于层次分析法的时间同步系统的多源判决实现方法

摘要

本发明公开了一种基于层次分析法的时间同步系统的多源判决实现方法，能够实时监测所有外部北斗、GPS和地面时间源的有效性、时间质量以及秒脉冲相位，随后将各路时间源信息进行两两比较，结合初始权重，同步建立判断矩阵，再对判断矩阵进行归一化处理，动态计算出每一秒各外部时间源的实际动态权重，再进一步计算得出本地秒脉冲的最终参考相位，确定同步源，降低了各路时间源在同步源生成过程中的参与度，有效避免了选择的当前时间源的时间质量是所有有效外部时间源中较差或最差的情况的发生；同时解决了时间源硬性切换导致本地时钟秒脉冲相位出现大幅度跳变的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电力自动化技术，尤其涉及一种基于层次分析法的时间同步系统 的多源判决实现方法。

背景技术

在电力系统调度端、变电站端时间同步管理均以天基授时为主，地基授时为 辅，形成了天地互备的时钟同步体系，天基授时采用以北斗卫星对时为主、全球 定位系统(GPS)对时为辅的单向授时方式，地基授时采用以本地时钟守时为主、 通信系统同步网资源为辅的对时方式。电力系统的时间同步系统的功能部分主要 由接收单元、时钟单元和输出单元三个部分组成，接收单元接收到外部时间基准 信号后，时钟单元根据多时源状态判决和选择机制选择最优的外部时间基准信号 作同步源，将时钟牵引入跟踪锁定状态，并补偿传输延时，主/备时钟装置负责 接收多路授时信号，配合守时模块，实现信号的选择切换，并编码成为多种电力 同步编码，最终通过各种电气驱动接口输出。电力系统的时间同步装置具有多授 时源冗余，高守时性能，以及电源冗余的特点。

但是，目前大多数在运电力系统的时间同步系统均采用基于预设优先级的多 时间源选择方法实现多时间源授时，时间同步系统实时检测所有外部时间源信号 的有效性，然后选择一个优先级最高的有效外部时间源作为本地时钟的同步源， 在当前同步源信号失效时，则从剩余的有效外部时间源中选择一个优先级最高的 作为新的同步源；当一个时间源从失效恢复为有效时，若其优先级高于当前同步 源的优先级时，则将其设置为当前同步源。这时，时钟受外部时间基准信号的控 制，并输出与其同步的时间同步信号和时间信息。这种传统的预设优先级的多时 间源切换方法属于刚性切换，有可能选择的当前时间源的时间质量是所有有效外 部时间源中较差或最差的，且难以实现“北斗优先、GPS为辅”的溯源策略。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种基于层次分析法的时间同步系 统的多源判决实现方法，解决了时间源硬性切换导致本地时钟秒脉冲相位出现大 幅度跳变的问题；有效避免了选择的当前时间源的时间质量是所有有效外部时间 源中较差或最差的情况的发生。

为了实现本发明的目的，本发明提出了一种基于层次分析法的时间同步系统 的多源判决实现方法，该方法包括以下步骤：

第一步，接收北斗、GPS时间源和地面时间源；

第二步，对北斗、GPS时间源进行报文接收、解算；对地面时间源的B码 进行接收、解码；

第三步，对北斗、GPS时间源报文有效性进行判断，判断报文头是否正确、 是否有误码、是否符合报文规则，如正确，进入到下一步，如异常，返回到第二 步；对地面时间源有效性进行判断，判断校验码否正确、是否符合码源规则，如 正确，进入到下一步，如异常，返回到第二步；

第四步，对北斗、GPS时间源和地面时间源时间质量正确性进行判断，判断 北斗、GPS时间源的卫星颗数是否满足卫星颗数大于等于4的要求，如符合，进 入到下一步，如不符合，返回到第二步；判断北斗、GPS时间源和地面时间源年 月日时分秒是否连续，如符合，进入到下一步，如不符合，返回到第二步；

第五步，对北斗、GPS时间源和地面时间源的秒脉冲的相位有效性进行判断， 对时间源秒脉冲的相位误差进行计算，当相位误差大于预先规定的阀值N时， 认为北斗、GPS时间源和地面时间源秒脉冲的相位可信度为0，判断为无效，返 回到第二步，如有效，进入到下一步；

第六步，对秒脉冲相位进行滤波处理，根据北斗、GPS时间源和地面时间源 的有效性，将北斗、GPS时间源和地面时间源秒脉冲的相位差信息进行两两比较， 结合初始权重，建立相应的判断矩阵其中，p_i， p_j为初始权重，为相位差，预设当i＝1时代表北斗时间源状态信息， 当i＝2时代表GPS时间源状态信息，当i＝3时代表地面时间源状态信息，预设初 始权重P₁＝5，P₂＝3，P₃＝1；

第七步，计算判断矩阵中北斗、GPS时间源和地面时间源的几何平均数 再利用归一化公式对判断矩阵进行归一化处理， 动态计算出每一秒北斗、GPS时间源和地面时间源的实际动态权重；

第八步，根据北斗、GPS时间源和地面时间源的动态权重进行综合计算，得 出本地秒脉冲的最终同步源参考相位。

进一步地，第五步中，所述阀值N＝5us。

进一步地，所述接收北斗、GPS时间源无线授时信号采用独立的北斗模块、 GPS模块或者采用双模紧耦合的北斗模块、GPS模块；所述接收地面时间源有线 授时信号采用多模光纤进行光B码的输入。

进一步地，所述时间同步系统包括接收单元、时钟单元和输出单元，所述接 收单元通过北斗模块、GPS模块接收无线时间基准信号作为外部时间基准，通过 B码模块接收有线时间基准信号作为外部时间基准，经解算和解码后得到外部时 间信号作为时钟单元的输入；所述时钟单元负责对接收单元接收到的外部时间信 号进行多源判决，生成动态优先级，再对外部时间基准信号进行综合计算，确定 同步源相位，进行时钟源切换控制，根据时钟是否同步来确定将本地时钟牵引入 跟踪锁定状态还是进行守时，如果外部的北斗、GPS时间源和地面时间源均失效， 由高性能晶振保证时间同步系统进入守时状态；所述输出单元负责将时钟内部的 基本时间频率信息转换成工程系统所需的时间同步编码。

本发明的基于层次分析法的时间同步系统的多源判决实现方法，所达到的有 益效果：

1、严格遵循国家“天基授时为主，地基授时为辅，天基授时以北斗为主， GPS为辅”的溯源策略，规定任何时刻北斗时间源授时的权重必须大于GPS时 间源授时的权重，天基授时的权重必须大于地基授时的权重，降低了各路时间源 在同步源生成过程中的参与度。

2、解决了时间同步系统时间源硬性切换导致本地时钟秒脉冲相位出现大幅 度跳变的问题，避免了时间同步系统选择的当前时间源的时间质量是所有有效外 部时间源中较差或最差的情况的发生。

附图说明

图1是本发明的基于层次分析法的时间同步管理系统的多源判决的方法流 程图；

图2是本发明的时间同步系统的基本组成图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方 式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域 技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的 范围。

请参阅图1所示，本发明提出了一种基于层次分析法的时间同步系统的多源 判决实现方法，该方法包括以下步骤：

第一步，接收北斗、GPS时间源和地面时间源；

第二步，对北斗、GPS时间源进行报文接收、解算；对地面时间源的B码 进行接收、解码；

第三步，对北斗、GPS时间源报文有效性进行判断，判断报文头是否正确、 是否有误码、是否符合报文规则，如正确，进入到下一步，如异常，返回到第二 步；对地面时间源有效性进行判断，判断校验码否正确、是否符合码源规则，如 正确，进入到下一步，如异常，返回到第二步；

第四步，对北斗、GPS时间源和地面时间源时间质量正确性进行判断，判断 北斗、GPS时间源的卫星颗数是否满足卫星颗数大于等于4的要求，如符合，进 入到下一步，如不符合，返回到第二步；判断北斗、GPS时间源和地面时间源年 月日时分秒是否连续，如符合，进入到下一步，如不符合，返回到第二步；

第五步，对北斗、GPS时间源和地面时间源的秒脉冲的相位有效性进行判断， 对时间源秒脉冲的相位误差进行计算，当相位误差大于预先规定的阀值N时， 优选地，N＝5us，认为北斗、GPS时间源和地面时间源秒脉冲的相位可信度为0， 判断为无效，返回到第二步，如有效，进入到下一步；

第六步，对秒脉冲相位进行滤波处理，根据北斗、GPS时间源和地面时间源 的有效性，将北斗、GPS时间源和地面时间源秒脉冲的相位差信息进行两两比较， 结合初始权重，建立相应的判断矩阵其中，p_i， p_j为初始权重，为相位差，预设当i＝1时代表北斗时间源状态信息， 当i＝2时代表GPS时间源状态信息，当i＝3时代表地面时间源状态信息，预设初 始权重P₁＝5，P₂＝3，P₃＝1；

第七步，计算判断矩阵中北斗、GPS时间源和地面时间源的几何平均数 再利用归一化公式对判断矩阵进行归一化处理， 动态计算出每一秒北斗、GPS时间源和地面时间源的实际动态权重；

第八步，根据北斗、GPS时间源和地面时间源的动态权重进行综合计算，得 出本地秒脉冲的最终同步源参考相位。

其中，接收北斗、GPS时间源无线授时信号采用用独立的北斗模块、GPS模 块或者采用双模紧耦合的北斗模块、GPS模块；接收地面时间源有线授时信号采 用多模光纤进行光B码的输入。

本发明的基于层次分析法的时间同步系统的多源判决实现方法，能够实时监 测所有外部时间源的有效性、时间质量以及秒脉冲相位，随后将各路时间源信息 进行两两比较，结合初始权重，同步建立判断矩阵，再对判断矩阵进行归一化处 理，动态计算出每一秒各外部时间源的实际动态权重，再进一步计算得出本地秒 脉冲的最终参考相位，确定同步源，降低了各路时间源在同步源生成过程中的参 与度，有效避免了选择的当前时间源的时间质量是所有有效外部时间源中较差或 最差的情况的发生；同时解决了时间源硬性切换导致本地时钟秒脉冲相位出现大 幅度跳变的问题。

请参阅图2所示，对应地，利用该基于层次分析法的时间同步系统的多源判 决实现方法的时间同步系统，该系统包括接收单元、时钟单元和输出单元，接收 单元通过北斗模块、GPS模块接收无线时间基准信号作为外部时间基准，通过B 码模块接收有线时间基准信号作为外部时间基准，经解算和解码后得到外部时间 信号作为时钟单元的输入；时钟单元负责对接收单元接收到的外部时间信号进行 多源判决，生成动态优先级，再对外部时间基准信号进行综合计算，确定同步源 相位，进行时钟源切换控制，根据时钟是否同步来确定将本地时钟牵引入跟踪锁 定状态还是进行守时，如果外部的北斗、GPS时间源和地面时间源均失效，由高 性能晶振保证时间同步系统进入守时状态；输出单元负责将时钟内部的基本时间 频率信息转换成工程系统所需的时间同步编码。