一种电力系统卫星时间干扰测试系统及测试方法与流程

本发明属于电力系统授时领域，涉及时间同步和卫星通信等领域，特别是涉及一种电力系统卫星时间干扰测试系统及完整测试方法。

背景技术：

随着智能电网的推进和智能变电站的普及，智能变电站技术也在日新月异地发展。智能变电站的数字化、网络化也日渐成熟。与传统变电站相比，智能变电站中设备对时间同步技术及精度的要求均有大幅提高，特别是iec61650在智能变电站的推广应用，时间精度的要求已经需要达到1μs，设备对时的精度将直接影响电力系统运行控制的稳定性。

时间同步系统已成为电力自动化系统运行的基础支持系统，例如，wams系统利用时间同步装置同步整个监测域内的采集数据，并将数据依据时域对齐以进行进一步的广域保护计算；又比如，调度系统利用带有时标的网络报文记录数据对故障进行分析，查找故障发生的起始点和影响时序，分析故障原因；再比如，安全防护系统利用已同步的时间戳进行密钥生成、解密计算以及证书确认等操作，等等。

在2009年以前，电力行业主要采用gps授时技术实现时间同步，2009年开始，电力行业响应国家号召，大力推进北斗系统的应用，依据国网公司“北斗为主，gps为辅”的技术原则，到目前为止，在电力行业北斗授时技术已逐渐取代gps授时技术，成为时间同步系统所采用的主流授时技术。截止2015年底，国家电网公司管辖内电力系统中的90%调度系统，20%变电站已接收北斗卫星系统授时信号（220kv及以上重要变电站已基本装备了北斗对时功能；近两年来的新建及改造变电站北斗授时接入率达100%），12%同步网重要节点接收北斗授时。由此可见，基于bds、gps的卫星授时技术已成为电力时间同步系统建设的主流技术，且已得到大范围的应用。

电力行业是国家最重要的基础行业之一，电网安全直接影响国计民生和国家安全。在电网运行过程中，对时间同步的依赖日益显著，一直以来，普遍存在的观点是gps受美国军方控制，在关系国计民生的重要行业使用gps在安全性上存在较大风险，而北斗系统完全受我国控制，使用北斗系统是安全的。但，通过伊朗俘获美国无人机的事实，以及美国进行的欺骗无人机及电力系统授时设备的实验表明，利用虚假卫星信号、无线电干扰信号攻击卫星导航接收机，使其无法接收卫星信号或产生错误的定位和授时信息，已经从理论研究走向现实应用。即使我们使用北斗系统授时，因授时接收机必须从开放的空间接收卫星信号，接收机在接收卫星信号的同时也会接收到干扰信号和虚假信号，完全有被敌对国家或势力破坏和欺骗的可能。因此，我们必须未雨绸缪，解决接收机抗干扰与防欺骗的问题，确保电力时间同步系统安全、可靠、稳定地运行。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种电力系统卫星时间干扰测试系统及测试方法，能够改进电力系统中设备应用存在的时间干扰性能的不足并提升抗干扰性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电力系统卫星时间干扰测试系统，其特征在于，所述测试系统包括卫星信号模拟器、高稳铷钟、频率处理单元、信号处理单元、信息处理单元和控制系统；所述卫星信号模拟器的信号输出端与频率处理单元的信号输入端连接，所述卫星信号模拟器的频率输入端与高稳铷钟的稳定频率输出端连接；所述频率处理单元的信号输出端与信号处理单元的信号输入端连接，同时接受信号处理单元的信号反馈，并通过控制系统进行远程控制；所述信号处理单元的信号输出端与信息处理单元的信号输入端连接，同时接受信息处理单元的信号反馈；所述信息处理单元的信号输出端与电力系统时间同步装置相连，转发星历、位置信息和时间信息给电力系统时间同步装置对时；所述控制系统与频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元相连接。

进一步，所述卫星信号模拟器与频率处理单元通过射频接口或无线发射天线连接。

进一步，所述控制系统包括控制输出接口，所述控制输出接口与频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元的管理接口连接。

此外，本发明还提供了一种电力系统卫星时间干扰测试方法，所述的测试方法包括以下测试方法：闰秒干扰测试方法、卫星时间篡改测试方法。

闰秒干扰测试方法，包括：闰秒常规测试方法和闰秒异常测试方法。所述闰秒常规测试方法包括正闰秒测试方法和负闰秒测试方法；所述闰秒异常测试方法包括闰秒跳变测试方法和闰秒日期异常测试方法。

卫星时间篡改测试方法，包括：电力系统卫星频率偏移测试方法、电力系统卫星时间偏移测试方法、电力系统卫星时间突变测试方法、电力系统卫星星历干扰测试方法。

所述闰秒常规测试方法中的正闰秒测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置正闰秒发生时间；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

所述闰秒常规测试方法中的负闰秒测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置负闰秒发生时间；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

所述闰秒异常测试方法中的闰秒跳变测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置闰秒发生时间；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）卫星信号模拟器采用闰秒异常测试方法，将闰秒正常跳变1秒改为闰秒预告到来后跳变0秒；

6）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

所述闰秒异常测试方法中的闰秒日期异常测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置闰秒发生时间；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

所述卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星频率偏移测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息（非闰秒）；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）设置频率处理单元频率偏移量进行调节；

5）设置信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；在上述步骤4）中，设置频率处理单元频率偏移量以5hz为步径进行调节。

所述卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星时间偏移测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息（非闰秒）；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）设置信号处理单元和信息处理单元调节；

5）设置频率处理单元均处于直通状态；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

所述卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星时间突变测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）待测时钟稳定工作后，卫星信号模拟器模拟发送时间偏差1年的时间信息，其他月、日、小时、分钟及秒等信息保持不变；

5）设置频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元调节；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

所述卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星星历干扰测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定频率信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）待测时钟稳定工作后，卫星信号模拟器发送星历分布不一致、时间不同的卫星信号；

5）设置频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元调节；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，在上述步骤1）中，利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器。

本发明所达到的有益技术效果：本发明的电力系统卫星时间干扰测试系统及测试方法，能够对电力系统应用的时间同步装置抗卫星时间干扰能力进行完整性测试，增强电力系统时间同步的运行安全性。

附图说明

图1为本发明的电力系统卫星时间干扰测试系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本发明提供一种电力系统卫星时间干扰测试系统，包括卫星信号模拟器，高稳铷钟、频率处理单元、信号处理单元、信息处理单元和控制系统；所述卫星信号模拟器的信号输出接口与频率处理单元的信号输入接口连接，所述卫星信号模拟器的频率输入接口与高稳铷钟的稳定频率输出接口连接；所述频率处理单元的信号输出接口与信号处理单元的信号输入接口连接，同时接受信号处理单元的信号反馈，并通过控制系统进行远程控制；所述信号处理单元的信号输出接口与信息处理单元的信号输入接口连接，同时接受信息处理单元的信号反馈；所述信息处理单元的信号输出接口与电力系统时间同步装置相连，转发星历、位置信息和时间信息等给电力系统时间同步装置对时；所述控制系统的控制输出接口与频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元的管理接口相连接。

本发明提供的一种电力系统卫星时间干扰测试系统的工作流程如下：

卫星信号模拟器利用高稳铷钟的稳定频率输入进行卫星信号模拟，并将模拟后的卫星信号发送至频率处理单元；频率处理单元对所述模拟后的卫星信号进行频率偏移处理，然后将所述偏移处理后的卫星信号发送至信号处理单元，并接受信号处理单元的信号反馈；信号处理单元对所述偏移处理后的卫星信号的信号强度等状态进行修改处理后发送至信息处理单元，并接受信息处理单元的信号反馈；信息处理单元对卫星信号的星历等信息进行修改，并将修改后的卫星信号发送至电力系统时间同步装置以进行卫星时间干扰模拟和测试。

其中，卫星信号模拟器用于进行gps/bds信号的模拟，包含星历、位置及时间信息等，实现电力系统时间同步装置的授时。

高稳铷钟用于卫星信号模拟器的频率输入，提供10mhz稳定频率。

频率处理单元用于修改卫星信号的频率偏移。

信号处理单元用于对卫星信号的信号强度等状态进行处理修改。

信息处理单元用于对卫星信号的星历等信息进行编辑修改。

控制系统用于对频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元进行控制。

本发明还提供了一种采用基于电力系统卫星授时系统对电力系统卫星授时设备进行干扰测试的方法，具体如下：

通过上述干扰测试系统对电力系统时间同步装置的卫星时间进行干扰测试，主要包括闰秒干扰测试方法和卫星时间篡改测试方法。

闰秒干扰测试方法包括闰秒常规测试方法和闰秒异常测试方法；所述闰秒常规测试方法包括正闰秒测试方法和负闰秒测试方法；所述闰秒异常测试方法包括闰秒跳变测试方法和闰秒日期异常测试方法。

卫星时间篡改测试方法包括电力系统卫星频率偏移测试方法、电力系统卫星时间偏移测试方法、电力系统卫星时间突变测试方法和电力系统卫星星历干扰测试方法。

其中，闰秒常规测试方法中的正闰秒测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置正闰秒发生时间为当年1月1日8：00整（北京时间）；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，闰秒常规测试方法中的负闰秒测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置负闰秒发生时间为当年1月1日8：00整（北京时间）；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化；

其中，闰秒异常测试方法中的闰秒跳变测试方法，包括下述步骤：：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置闰秒发生时间为当年1月1日8：00整（北京时间）；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）卫星信号模拟器采用闰秒异常测试方法，将闰秒正常跳变1秒改为闰秒预告到来后跳变0秒；

6）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，闰秒异常测试方法中的闰秒日期异常测试方法，包括下述步骤：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息，并设置闰秒发生时间为当年1月2日8：00整（北京时间）；

3）保持频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

4）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

5）检测时钟装置闰秒到来时输出信号闰秒状态变化及时间变化。

其中，卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星频率偏移测试方法，具体为：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息（非闰秒）；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）设置频率处理单元频率偏移量以5hz为步径进行调节；

5）设置信号处理单元和信息处理单元均处于直通状态；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星时间偏移测试方法，具体为：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息（非闰秒）；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）设置信号处理单元和信息处理单元调节；

5）设置频率处理单元均处于直通状态；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星时间突变测试方法，具体为：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）待测时钟稳定工作30分钟后，卫星信号模拟器模拟发送时间偏差1年的时间信息，其他月、日、小时、分钟及秒等信息保持不变；

5）设置频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元调节；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

其中，卫星时间篡改测试方法中的电力系统卫星星历干扰测试方法，具体为：

1）利用铷钟输出稳定10mhz信号至卫星信号模拟器；

2）待卫星信号模拟器信号稳定后，发送时间信息；

3）待获取星历及信息状态后，检测电力系统时间同步装置对时状态；

4）待测时钟稳定工作30分钟后，卫星信号模拟器发送星历分布不一致、时间不同的卫星信号；

5）设置频率处理单元、信号处理单元和信息处理单元调节；

6）检测时钟装置时间同步状态及时间变化。

综上所述，本发明提出了一种电力系统卫星时间干扰测试系统及测试方法。通过在电力系统中实际测试进行了大量的实验验证了本发明的有效性和稳定性。本发明系统可进行完整搭建，且性能稳定可靠。本发明有效实现了采用客观的评价手段对电力系统时间同步装置的卫星时间抗干扰性能进行评价，从而保证电力系统时间同步装置的抗干扰性及可靠性，为各项工作决策提供更加有效的决策依据，为电力系统时间同步装置在电力系统中的应用提供更加有效的技术支撑。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。