Gnss電表關鍵電路及其對數字電表端時間校準的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及接收衛星收信號并從中提取出時間信息的GNSS接收機裝置。
【背景技術】
[0002] 電能是一個國家工業發展的動力和保障，高效、合理地使用電能具有非常重要的 經濟及戰略意義。電表是實現電能計量的儀表，但傳統的電表只是完成電能的簡單計量和 顯示，不具備高精度分時段計量（即多費率）功能，有的系統通過計算機管理網絡實現多費 率電表的功能，但由于時間基準問題，易產生矛盾，這些都是導致電能無法合理利用的關鍵 因素。本發明就是要將普通數字電表和GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)接 收機系統結合起來，實現一種以GNSS時間為基準的具有高精度、分時段計價功能的數字電 表。
[0003] -套非常精確的時間系統是實現高精度分段計量電能的前提，而精準時間的獲得 依賴于先進的授時技術。目前，授時技術主要有以下幾種，即：星基授時(衛星授時)、地基授 時(長波授時、短波授時）及網絡授時。星基授時通過GNSS向用戶提供授時服務，GNSS包 括：美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的"北斗系統"以及建設中歐盟的GALILEO系統。 與地基授時和網絡授時相比，星基授時更為靈活，能夠全球、全天候地向覆蓋區域提供授時 服務，且授時精度更高，可達50納秒，這些都是其它授時系統所無法達到的。但在實際應用 中，電表所在的室內往往很難甚至無法接收到衛星信號，從而也就無法獲得GNSS時間。
【發明內容】
[0004] 為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發明提出了一種GNSS電表關鍵電路， GNSS接收機系統可以通過有線或無線的方式將時間信息傳送給位于室內的數字電表，從而 解決位于室內的數字電表無法獲取GNSS時間的問題。
[0005] 本發明的技術解決方案是：GNSS電表關鍵電路，其特征在于：所述電路包括GNSS 接收機，GNSS接收機接收GNSS時間信息幀的信息接收單元、從GNSS時間信息幀中提取出 時間信息并得到1PPS(lPulsePerSecond)定時信息的信息處理單元、輸出電表工作所需 時間的時間輸出單元(在外部時間信息中斷的情況下，供給電表計量的時間具有高保持功 能)。
[0006] 上述GNSS接收機通過有線或者無線的傳輸方式將時間信息傳送給位于室內的數 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 力線載波傳輸通過電力線載波通道實現，包括電力線載波機、線路阻波器、結合設備、耦合 電容器(或電容式電壓互感器)及高頻電纜。結合設備經過耦合電容器與電力線的一相或多 相導線耦合。無線傳輸方式是指：在GNSS接收機端用無線發送設備將接收到的時間信息發 送出去，在無線信號覆蓋的小區范圍內，數字電表端用"無線接收設備"接收并獲得時間信 肩、。
[0008] 基于GNSS電表關鍵電路對數字電表端時間校準的方法，其特征在于：包括以下步 驟：
[0009] 1)位于戶外的GNSS授時型接收機接收GNSS衛星信號，并從接收到的信號中解算 出標準時間信息，同時得到1PPS輸出；
[0010] 2)在1PPS的上升沿以無線或有線的方式發送標準時間信息幀，幀頭標示了當前 1PPS觸發上升沿時間；
[0011] 3)室內的數字電表端接收攜帶有標準時間信息及1PPS定時信息的有線或無線信 號；
[0012] 4)對接收到的數據信息進行解封裝，進而得到標準時間信息，同時提取出1PPS定 時信息；
[0013] 5)通過得到的標準時間信息及1PPS定時信息對數字電表端的時間進行校準；
[0014] 上述步驟5)之后還包括步驟6)在特定時間周期內，對數字電表端時間進行周期 性地校準。
[0015] 步驟2)中以有線方式串行發送的標準時間報文由23個字節組成，包括：1個字節 的幀頭、4個字節的GNSS時間狀態標志、14個字節的GNSS時間信息（以ASCII碼分別表示 年、月、日、時、分、秒)，2個字節的校驗字節，2個字節的結束標志。
[0016] 步驟2)中以無線方式發送的標準時間信息幀使用完整的8bit-個字節的數據進 行傳輸，采用校驗和保護，使用"消息類型"和"消息ID"兩級的方式對消息進行分類；bitO 代表字節中的最低有效位LSB，每個字節發送時，bitO最先發送；對于超過一個字節的域 (消息長度域和凈負荷域)，遵循BigEndian規范。
[0017] 標準時間信息幀包括：
[0018] 幀頭：由幀頭1和幀頭2兩個字節組成；幀頭1 :一個字節固定數值0x43表示，表 示ASCII碼中"C"字符。幀頭2 :-個字節固定數值0x4D表示表示ASCII碼中"M"字符；
[0019] 消息頭：由消息類和消息ID兩個字節組成；消息類：消息類規定了標準時間信息 消息的基本分類，一字節長度；ID:消息ID定義了具體標準時間信息消息的編號，一字節長 度；
[0020] 消息長度域：由兩個字節組成；消息長度域計算的有效范圍只包括消息的凈負 荷，不包含幀頭、消息頭、消息長度域和幀校驗序列域；
[0021] 凈負荷域：消息內容，由16個字節組成(詳見表3);
[0022] 幀校驗序列域：由一個字節組成；幀校驗范圍包括消息頭、消息長度域和凈負荷 域，不包含幀頭；幀校驗序列的生成多項式為：G(x)=xs+x5+x4+l;
[0023] 幀校驗碼初始值設置為OxFF，輸入數據無需取反；校驗算法采用右移算法；輸出 校驗數據無需取反；校驗字節發送時，最低有效位bitO最先發送，與數據字節一致。
[0024] 在衛星信號較好的室外安裝一個GNSS接收機裝置接收衛星信號并從中提取出時 間信息，再以無線或有線的方式將時間信息傳送給小區內的所有數字電表，從而解決位于 室內的數字電表無法獲取GNSS時間的問題。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明GNSS接收機通過有線方式的示意圖；
[0026] 圖2是時間信息幀和秒脈沖準時沿的關系示意圖；
[0027] 圖3是本發明GNSS接收機通過無線方式的示意圖；
[0028] 圖4是1PPS上升沿和標準時間"[目息幀的關系不意圖；
[0029] 圖5是標準時間信息幀的結構圖；
【具體實施方式】
[0030] 本發明基于GNSS接收機系統的多費率數字電表的內部取而代之的是信息接收單 元、信息處理單元和時間輸出單元。信息接收單元：接收GNSS時間信息幀；信息處理單元： 從GNSS時間信息幀中提取出時間信息并得到1PPS定時信息；時間輸出單元：能夠精確輸 出電表工作所需的時間，在外部時間信息中斷的情況下，供給電表計量的時間具有高保持 功能，內部采用時鐘馴服技術，時間積累誤差為300ms/月。
[0031]GNSS接收機系統可以通過"有線"或"無線"的方式將時間信息傳送給位于室內的 數字電表。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，不需另外架設通信線路，電力線結構堅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、線路阻波器、結合設備、耦合電容器(或電容式電壓互感器） 及高頻電纜組成。
[0032] 結合設備經過耦合電容器與電力線的一相或多相導線耦合。"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：結合設備經過耦合電容器在電力線的 一相導線和地之間實現的耦合；相相耦合是指：結合設備經過耦合電容器在電力線的一相 導線與另一相導線之間實現的耦合。
[0033] 電力線載波通信中，電話和非電話信號復用或專用的電力線載波機有效傳輸頻帶 分配的典型值如表1所示。
[0034]表1單向通路內有效傳輸頻帶典型值
[0035]
[0036]
[0037] 交替復用方式中非電話信號的頻率也可以位于電話信號頻帶內。
[0038] 有線傳輸方式如圖1所示：在小區變壓器端將GNSS接收機1接收的時間信息以耦 合的方式加載到電力線2上，并通過電力線2將其傳送至電表端，電表端再通過電力線載波 芯片3將時間信息解調出來，送給數字電表4。時間信息的電力線傳輸采用中華人名共和國 電力行業標準DL/T-1100. 1-2009進行。
[0039] 有線傳輸過程中，