一种隧道内装置高精度对时系统及方法

技术领域

本发明属于对时装置技术领域，具体涉及一种隧道内装置高精度对时系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在电力系统电缆局部放电检测、输电线路故障定位等一些实际应用中，装置必须具备高精度的时钟才能实现相应的功能，高精度时钟是其关键技术。目前，实现高精度时钟的手段主要是依靠GPS或北斗卫星导航系统提供的授时信号，利用该信号校时可获得高精度的同步时钟。由于隧道内无法接收到GPS和北斗卫星导航系统的信号，隧道内的装置很难实现高精度的时钟。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道内装置高精度对时系统及方法，本发明通过光纤将隧道外和隧道内的装置互联，隧道外的装置利用GPS/北斗校时脉冲信号进行对时，并生成新的对时信号，通过光纤发送给隧道内装置，从而使隧道内装置也具备高精度时钟，保证电力系统装置应用功能的实现。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种隧道内装置高精度对时系统，包括一个隧道外装置和多个隧道内装置，所述隧道外装置配置有GPS/BDS天线，以接收GPS和北斗卫星定位系统的信号进行对时，所述隧道外装置与其中一个隧道内装置通过对时光纤连接，其余隧道内装置之间通过对时光纤依次顺序连接，隧道内装置之间形成级联，每台隧道内装置向下一台隧道内装置发送对时信号。

上述技术方案提供了一种单侧对时系统。

一种隧道内装置高精度对时系统，包括两个隧道外装置和多个隧道内装置，各隧道内装置之间通过对时光纤依次顺序连接，隧道内装置之间形成级联，位于级联结构端部的隧道内装置分别与一隧道外装置通过对时光纤连接，所述隧道外装置配置有GPS/BDS天线，以接收GPS和北斗卫星定位系统的信号进行对时。

上述技术方案提供了一种双侧对时系统。

作为可选择的实施方式，隧道外的两侧装置都可以按给定的时间间隔发送对时信号给隧道内装置，隧道内装置在时间间隔内按收到的第一个对时信号自动进行对时，并自动忽略该时间间隔内另一侧发来的对时信号。

作为共性的，单侧对时系统和双侧对时系统都具有以下特征：

作为可选择的实施方式，所述对时光纤包括一对光纤，分别用于收发信号。

作为可选择的实施方式，所述隧道内装置和隧道外装置均包括至少两个光口，每个光口分别与对时光纤中用于收/发信号的光纤连接。

作为可选择的实施方式，所述隧道内装置高精度对时系统还包括若干光纤配线盒，所述光纤配线盒上设置有多个端口，部分端口连接进光缆，部分端口连接出光缆，相应端口通过尾纤与隧道外装置/隧道外装置的对应光口连接。

基于上述对时系统的对时方法，包括以下步骤：

(1)隧道内装置收到对时信号，记录收到对时信号的时刻t2，从收到的对时信号中获取发送对时装置发送对时信号时发送的时间t1；

(2)隧道内装置发送回应报文，并记录发送时刻t3；

(3)对方收到回应报文，记录收到时刻t4，并发送报文将t4的值告知隧道内装置；

(4)根据t1、t2、t3、t4四个时间值，计算两台隧道内装置的时间差为Δt；

(5)被对时的隧道内装置的本地时间加上Δt进行时钟修正。

作为可选择的实施方式，隧道内装置根据对时信号的不同，切换自身所处对时状态。

作为可选择的实施方式，隧道内装置包括三种对时状态，即两个光口都没有收到对时信号的无对时状态，天线状态正常且收到卫星信号，并且两个光口处于发送状态的卫星对时状态，天线开路，其中一个光口处于接收状态且收到对时信号的单光口对时状态。

作为可选择的实施方式，t2为按隧道内装置的本地时间记录的时间，t1是按发送对时信号的装置的本地时间记录的时间。

作为可选择的实施方式，计算两台隧道内装置的时间差的具体方法包括：Δt＝((t1+t4)-(t2+t3))/2。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提出了一种隧道内装置的高精度对时方法，可有效解决隧道内装置的对时问题，使隧道内装置在无法获得卫星信号的情况下同样可以具备高精度时钟，保证了对时钟精度要求很高的应用功能的实现。

(2)本发明提出的隧道内对时系统，可使隧道内装置具备和隧道外装置同样的时钟精度，时钟误差可控制在100ns以内，完全满足电缆故障定位、电缆局部放电检测等功能的要求，具有很高的实用价值。

(3)本发明的隧道内装置对时可利用一侧隧道外装置的时钟进行对时，形成单侧对时系统。也可利用两侧隧道外装置的时钟进行对时，形成双侧对时系统。双侧对时系统可以两侧对时互为备用，具有更高的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的单侧对时系统结构示意图；

图2是本发明的单侧对时接线示意图；

图3是本发明的双侧对时系统结构示意图；

图4是本发明的双侧对时接线示意图；

图5是本发明的装置对时状态图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一

提供一种单侧对时系统，单侧对时系统示意图如图1所示。隧道外装置安装GPS/BDS天线，接收GPS和北斗卫星定位系统的信号进行对时。隧道外装置通过专门敷设的光纤(两对，一对用于收发，一对备用)与隧道内第1台装置连接，隧道内第1台装置对时信号由隧道外装置提供，即隧道外装置通过光纤发送对时信号给隧道内第1台装置，第1台装置根据隧道外装置提供的对时信号完成对时。隧道内第1台装置通过专门敷设的光纤与隧道内第2台装置相连，并通过光纤发送对时信号给第2台装置，第2台装置根据第1台装置提供的对时信号完成对时。以此类推，隧道内所有装置采用对时光纤相互连接形成级联，每台装置向下一台装置发送对时信号。

以下说明单侧对时系统的接线方法，如图2所示为单侧对时系统光纤接线图。装置之间的对时光纤采用4芯光缆相连，4芯光缆接入光纤配线盒，光纤配线盒可接入一进一出两根4芯光缆，进光缆在内部接到端口1-4上，出光缆接到端口5-8上。每台装置提供两个光口：光口1和光口2，每个光口有收(RD)和发(TD)两个接口。

如图2所示，将隧道外装置的光纤配线盒的“出”通过4芯光缆和隧道内第1台装置的光纤配线盒的“进”相接，将隧道内第1台装置的光纤配线盒的“出”通过4芯光缆和隧道内第2台装置的光纤配线盒的“进”相接，以此类推。

如图2所示，将隧道外装置的光口2的“TD”与光纤配线盒的“5”通过尾纤相接，光口2的“RD”与光纤配线盒的“6”通过尾纤相接。将隧道内装置光口1的“TD”与光纤配线盒的“2”通过尾纤相接，光口1的“RD”与光纤配线盒的“1”通过尾纤相接；将隧道内装置光口2的“TD”与光纤配线盒的“5”通过尾纤相接，光口2的“RD”与光纤配线盒的“6”通过尾纤相接。隧道内的最后一台装置只接光口1即可。

实施例二

提供一种双侧对时系统，系统示意图如图3所示。隧道外两侧的装置都安装GPS/BDS天线，接收GPS和北斗卫星定位系统的脉冲进行对时。隧道外装置通过专门敷设的光纤(两对，一对用于收发，一对备用)与隧道内装置相连，隧道内装置也通过专门敷设的光纤互相连接。在双侧对时系统中，隧道外的两侧装置都可按给定的时间间隔(大约3秒)发送对时信号给隧道内装置，隧道内装置在时间间隔内按收到的第一个对时信号自动进行对时，并自动忽略该时间间隔内另一侧发来的对时信号。隧道内装置在收到第1个对时信号并自动对时后，通过另一个光口向相邻装置发送对时信号。双侧对时系统没有固定的对时方向，以给定对时间隔内首先收到的对时信号来对时，一旦收到对时信号就不再接收另一侧的对时信号，这种方式具有两侧对时相互备用的作用，提高了对时系统的可靠性。

以下说明双侧对时系统的接线方法，如图4所示为双侧对时系统光纤接线图。双侧对时系统的接线与单侧对时系统基本一样，可从隧道一侧开始逐次向另一侧接线。如图4所示，将一侧隧道外装置的光纤配线盒的“出”通过4芯光缆和隧道内第1台装置的光纤配线盒的“进”相接，将隧道内第1台装置的光纤配线盒的“出”通过4芯光缆和隧道内第2台装置的光纤配线盒的“进”相接，隧道内装置以此类推。隧道内最后一台装置的光纤配线盒的“出”通过4芯光缆和另一侧隧道外装置的光纤配线盒的“进”相接。

如图4所示，将一侧隧道外装置的光口2的“TD”与光纤配线盒的“5”通过尾纤相接，光口2的“RD”与光纤配线盒的“6”通过尾纤相接。将隧道内装置光口1的“TD”与光纤配线盒的“2”通过尾纤相接，光口1的“RD”与光纤配线盒的“1”通过尾纤相接；将隧道内装置光口2的“TD”与光纤配线盒的“5”通过尾纤相接，光口2的“RD”与光纤配线盒的“6”通过尾纤相接。将另一侧隧道外装置的光口1的“TD”与光纤配线盒的“2”通过尾纤相接，光口1的“RD”与光纤配线盒的“1”通过尾纤相接。

通过上述实施例，本发明的隧道内装置对时可利用一侧隧道外装置的时钟进行对时，形成单侧对时系统。也可利用两侧隧道外装置的时钟进行对时，形成双侧对时系统。由于双侧对时系统可以两侧对时互为备用，所以双侧对时系统的可靠性比单侧对时系统高。

无论是实施例一提供的单侧系统还是实施例二提供的双侧系统，无论对于隧道外的装置还是隧道内的装置，对时状态都可统一用如图5所示的状态图来表示。对时有四种状态，分别是：(1)无对时状态、(2)卫星对时状态、(3)光口1对时状态、(4)光口2对时状态。当某个条件改变时，对时状态即进行相应切换。以下说明各种对时状态的含义及状态切换的条件。

对时状态的含义

(1)无对时状态

当天线处于开路状态(没有安装GPS天线)，并且光口1和光口2均处于接收状态但没有收到对时信号时，装置处于“无对时状态”。

(2)卫星对时状态

当天线状态正常且收到卫星信号，并且光口1和光口2处于发送状态时，装置处于“卫星对时状态”。在该状态下，装置时钟是依靠卫星信号来对时的。

(3)光口1对时状态

当天线处于开路状态(没有安装GPS天线)，并且光口1处于接收状态且收到对时信号，并且光口2处于发送状态时，装置处于“光口1对时状态”。在该状态下，装置时钟是通过光口1收到的对时信号来对时的。

(4)光口2对时状态

当天线处于开路状态(没有安装GPS天线)，并且光口2处于接收状态且收到对时信号，并且光口1处于发送状态时，装置处于“光口2对时状态”。在该状态下，装置时钟是通过光口2收到的对时信号来对时的。

对时状态的切换

根据出现信号的不同，对时状态在4种状态间切换。当处于“无对时状态”时，收到卫星信号即切换至“卫星对时状态”，光口1收到对时信号即切换至“光口1对时状态”，光口2收到对时信号即切换至“光口2对时状态”；当处于“卫星对时状态”时，丢失卫星信号即切换至“无对时状态”；当处于“光口1对时状态”时，收到卫星信号即切换至“卫星对时状态”，光口1对时信号消失即切换至“无对时状态”；当处于“光口2对时状态”时，收到卫星信号即切换至“卫星对时状态”，光口2对时信号消失即切换至“无对时状态”。

隧道内装置对时是根据隧道外装置或相邻装置发来的时钟信号来对时的，虽然采用光纤连接可大大减少两台装置之间的通讯时间，但对于高精度的对时而言，对时信号在光纤上的传播时间不可忽略不计，否则会导致时钟精度有较大的误差。

实施例三：

提供一种实施例一和实施例二可以采用的对时方法，步骤如下：

(1)隧道内装置收到对时信号，记录收到对时信号的时刻t2(t2为按隧道内装置的本地时间记录的时间)，从收到的对时信号中获取发送对时装置发送对时信号时发送的时间t1(发送对时信号的装置在发送对时信号的通讯帧中嵌入发送时刻t1，t1是按发送对时信号的装置的本地时间记录的时间)。

(2)隧道内装置发送回应报文，并记录发送时刻t3。

(3)对方收到回应报文，记录收到时刻t4。并发送报文将t4的值告知隧道内装置。

(4)隧道内装置获得了t1、t2、t3、t4四个时间值，其中t2和t3是按被对时的隧道内装置的本地时间记录的，t1和t4是按发送对时信号的装置的本地时间记录的。设两台装置的时间差为Δt，同时考虑到光纤通道上行和下行通讯时间完全相同，则Δt＝((t1+t4)-(t2+t3))/2。

(5)被对时的隧道内装置的本地时间加上Δt进行时钟修正。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。