一种实现多类型时间信号自辨识和检测的装置和方法与流程

本发明涉及时间同步的
技术领域：
，特别涉及一种实现多类型时间信号自辨识和检测的装置和方法。
背景技术：
：随着科学技术水平的发展和自动化程度的提高，时间同步系统在电力，通信等领域发挥着至关重要的作用，是电网和通信网正常运行的基础。而时间同步系统正常运行和日常维护离不开时间频率信号检测装置。时间同步系统常用的时间信号主要有秒脉冲、分脉冲、IRIG-B码、DCF77码和串行时间报文等。a．如图1所示，秒脉冲1PPS（1pulsepersecond）即时间间隔为1秒的脉冲信号；分脉冲1PPM（1pulseperminute）即时间间隔为1分钟的脉冲信号；时脉冲1PPH（1pulseperhour）即时间间隔为1小时的脉冲信号。b．IRIG(InterRangeInstrumentationGroup)是美国靶场仪器组的简称，IRIG码是美国靶场司令委员会制定的一种时间标准。IRIG-B码具有携带信息量大、高分辨率、接口标准化及国际通用的特点，适合于远距离的信息传输，具有DC模式和AC模式两种传输方式。如图2所示，IRIG-B码是每秒一帧的时间串码，每个码元宽度为10ms，一个周期包括100个码元，为脉宽编码。码元的″准时″参考点是其脉冲前沿，时帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元组成，其宽度为8ms；每10个码元有一个位置识别标志：P1，P2，P3，…，P9，P0，它们均为8ms宽度；PR为帧参考点；一个时间格式帧从帧参考标志开始，因此连续两个8ms宽脉冲表明秒的开始。c．DCF77码是坐落于德国法兰克福的长波发射台发射的频率为77.5kHz的标准对时信号，包含年、月、日、时、分、星期等完整的绝对时间信息。如图3所示，DCF77码是一种长波时间信号：其载波频率为77.5kHz，每分钟通过59位（0到58）来传输完整的年月日时分等时间信息。除了第59秒外，每秒起始，载波幅度降低至25%持续0.1秒或0.2秒。DCFF77波形的下降沿标志着秒的开始，与秒脉冲相位同步。分钟标志为缺少的前一个秒信号。在秒间隙传输时间信息低电平持续100ms表示二进制‘0’，低电平持续200ms表示二进制‘1’。编码规则见表1，校验位P1,P2,P3扩展成时间码的3个主要段落（7位表示分钟，6位表示小时，22位表示日期）。位代码说明内容0分标志分钟标志，常01~14保留民用告警15R天线位0b正常，1b表示使用备用天线16A1夏令时预告夏令时预告，提前一小时通知，1变更17Z1夏令时位1使用夏令时为118Z2夏令时位2不使用夏令时为119A2闰秒预告闰秒预告，提前一小时通知，1闰秒20S起始位时间码起始位，常121~27M分钟位分钟（0~59）28P1校验位1对21位~28位偶校验29~34H小时位小时（0~23）35P2校验位2对29位~35位偶校验36~41DM日所在月的天数（0~31）42~44DW日所在星期的天数（1~7）45~49MN月月数（01~12）50~57Y年世纪内年数（00~99）58P3校验位3对36位~57位偶校验59分标志分钟标志，常0表1DCF77码编码说明d．串行时间报文是在秒准时点开始的包含时间信息的串行数据流，常见波特率为1200~19200bps。串行时间报文符合异步串行通信协议，数据以字符为单位进行传输，以“起始位”开始，按位传输，“停止位”结束。起始位为低电平（逻辑‘0’），停止位和空闲段都为高电平（逻辑‘1’），即数据传输都是在信号的下降沿开始的。当串口接收采用5~8倍于发送端的波特率接收串行报文时，根据异步串行通信协议下降沿标志传输开始，传输的字符数据位第一位为逻辑‘1’，则接收端收到的字符分别为0xf0、0xe0、0xc0、x80；传输的字符数据位第一位为逻辑‘0’，则接收端收到的均为字符为0x00，根据这一特征，当串口接收端连续收到的数据均由0xf0、0xe0、0xc0、x80其中一组字符和0x00组成时，即可判断发送端为波特率接收端波特率的1/n（n为5~8中任意整数），实现对串口报文和波特率的自动辨识。如图4、图5所示，当串口接收采用8倍于发送端的波特率接收串行报文时，根据异步串行通信协议下降沿标志传输开始，传输的字符数据位第一位为逻辑‘1’，则接收端收到的字符为0x80；传输的字符数据位第一位为逻辑‘0’，则接收端收到的字符为0x00。同理当波特率为x的串行数据接收模块连续接收到的字符分别均由0xf0和0x00、0xe0和0x00、0xc0和0x00组成时，则被测信号为波特率为x/5、x/6、x/7的串行报文。根据这一特征，可以实现对串口报文和波特率的自动辨识。目前常用的时间信号检测装置只能实现对指定类型的信号进行检测。而在现场应用中，有些授时装置输出信号没有明确标示信号类型，需要在使用或者检测前先对授时装置的时间信号进行类型鉴别。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种实现多类型时间信号自辨识和检测的装置和方法，简便快速地检测辩识信号类型，同时为实验室工作人员提供了极大的便利。。本发明的目的是以下述方式实现的：一种实现多类型时间信号自辨识和检测的装置，包括依次连接的电平转换电路、信号识别单元、信号解调单元、脉冲鉴相与时间信息比对单元和组帧输出单元，信号识别单元包括依次连接的边沿采样单元、计数累加器单元、计数比较器单元和串口接收模块；电平转换电路对输入被测信号的电平进行转换，获得统一电气类型的被测信号；边沿采样单元对被测信号进行边沿采样；计数累加器单元在被测信号的上升沿同时触发低电平持续时间累加器和上升沿沿间持续时间累加器，在被测信号的下降沿同时触发被测信号高电平持续时间累加器和下降沿沿间持续时间累加器；计数比较器单元根据被测信号的高电平持续时间、低电平持续时间、上升沿沿间持续时间以及下降沿沿间持续时间，判断被测信号的类型；串口接收模块对被测信号进行数据连续接收，检测各个串行接收模块所接收的数据是否由0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项组成；若波特率为x的串行接收模块接收到的数据均为0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项，则被测信号的波特率为x/8、x/7、x/6或x/5中的相应的一项；信号解调处理单元根据被测信号类型，对被测信号进行解调解析处理，提取或重建准时点标识信号，提取时间信息；根据时间码的帧结构，确定参考码元位置，对解调后的数据进行整理得到时间信息，并对准时点标识信号进行补偿重建；脉冲鉴相与时间信息比对单元对基准时间信号和被测信号的准时点标识信号进行鉴相处理，并将解调后得到的被测信号时间信息与基准时间信息进行比对；组帧输出单元将测量和比对结果进行组帧，通过串口将测试结果输出至上位机。优选地，串口接收模块对被测信号同时在波特率范围9600~153600bps进行数据连续接收。优选地，脉冲鉴相与时间信息比对单元的比对信息包括时、分、秒、闰秒TOD信息。一种实现多类型时间信号自辨识和检测的方法，包括如下步骤：1)通过电平转换电路对输入被测信号的电平进行转换，获得统一电气类型的被测信号；2)对转换电平后的被测信号进行边沿采样，启动累加器对信号沿间进行计数，得到被测信号高电平持续时间，低电平持续时间，上升沿沿间持续时间以及下降沿沿间持续时间；3)根据被测信号的高电平持续时间、低电平持续时间、上升沿沿间持续时间以及下降沿沿间持续时间，判断被测信号的类型；具体包括如下步骤：a．检测被测信号高电平持续时间，若高电平持续时间等于8ms，检测下一个高电平持续时间，若下一个高电平持续时间也等于8ms，则被测信号为IRIG-B码；b．检测被测信号上升沿沿间持续时间，若被测信号上升沿沿间持续时间为1秒钟，则被测信号为1PPS秒脉冲；若被测信号上升沿沿间持续时间为1分钟，则被测信号为1PPM分脉冲；c．检测被测信号低电平持续时间，若监测到持续1s的低电平，启动秒计数累加，秒计数累加器等于20时，启动高电平持续时间检测，若高电平持续周期为800ms，则被测信号为DCF77码；d．对被测信号进行下降沿检测，通过多个串行接收模块对被测信号进行数据连续接收；检测各个串行接收模块所接收的数据是否由0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项组成；若波特率为x的串行接收模块接收到的数据均为0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项，则被测信号的波特率为x/8、x/7、x/6或x/5中的相应的一项；4)根据信号类型，对被测信号进行解调解析处理，提取或重建准时点标识信号，提取时间信息；根据时间码的帧结构，确定参考码元位置，对解调后的数据进行整理得到时间信息，并对准时点标识信号进行补偿重建；5)接收跟踪基准源，获取基准时间信号和时间信息；通过采样和沿间计数对基准时间信号和被测信号的准时点标识信号进行鉴相；同时对基准源时间信息与被测信号时间信息进行比对处理；6)将测量和比对结果进行组帧，通过串口将测试结果输出至上位机。优选地，步骤1中，输入电平为RS485、RS232或TTL，输出电平为CMOS。优选地，步骤2中，通过接收北斗或GPS卫星时间或驯服本地时钟，产生高精度时标。优选地，步骤3中，对信号的沿间计数和脉宽计数持续记录，若信号的沿间计数和脉宽计数连续符合相应信号特征，则判断该信号为合法信号并给出判别结果；若信号的沿间计数和脉宽计数出现不符合相应信号特征，则对计数锁存器清空，并判断该信号不合法，重启计数锁存，重新开始判断。优选地，步骤d中，多个串行接收模块的波特率范围为9600~153600bps。相对于现有技术，本发明内置采样时钟对待测信号进行边沿采样，累加计数器对采样后的信号边沿间隔进行计数，通过比对和判断被测信号的边沿间隔周期是否连续符合标称时间信号的特征，确定被测信号的类型，从而实现秒脉冲、分脉冲、IRIG-B码、DCF77码和串行时间报文等时间信号的自动辨识。并对时间信号按照其类型进行解析和精确检测，结果显示直观，无需换算。本发明可同时辨识测量多路输入信号，各路测试相互独立、互不影响。附图说明图1为1PPS信号波形示意图。图2为IRIG-B码帧结构示意图。图3为DCF77编码规则示意图。图4为8倍波特率串行数据接收示意图（数据位第一位为’1’）。图5为8倍波特率串行数据接收示意图（数据位第一位为’0’）。图6为本发明的装置系统结构示意图。图7为本发明的时间信号辨识和检测流程图。具体实施方式如图6所示，本装置包括依次连接的电平转换电路、信号识别单元、信号解调单元、脉冲鉴相与时间信息比对单元和组帧输出单元，信号识别单元包括依次连接的边沿采样单元、计数累加器单元、计数比较器单元和串口接收模块。电平转换电路对输入被测信号的电平进行转换，获得统一电气类型的被测信号。边沿采样单元对被测信号进行边沿采样，计数累加器单元在被测信号的上升沿分别触发低电平持续时间累加器和上升沿沿间持续时间累加器，在被测信号的下降沿分别触发被测信号高电平持续时间累加器和下降沿沿间持续时间累加器，计数比较器单元根据被测信号的高电平持续时间、低电平持续时间、上升沿沿间持续时间以及下降沿沿间持续时间，判断被测信号的类型；串口接收模块对被测信号同时在波特率范围9600~153600bps进行数据连续接收，检测各个串行接收模块所接收的数据是否由0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项组成；若波特率为x的串行接收模块接收到的数据均为0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项，则被测信号的波特率为x/8、x/7、x/6或x/5中的相应的一项。信号解调处理单元根据被测信号类型，对被测信号进行解调解析处理，提取或重建准时点标识信号，提取时间信息；根据时间码的帧结构，确定参考码元位置，对解调后的数据进行整理得到时间信息，并对准时点标识信号进行补偿重建。脉冲鉴相单元对基准时间信号和被测信号的准时点标识信号进行鉴相处理，分别对被测信号的时标信号和基准时标进行边沿采样，在上升沿锁存累加器计数并求差，即为被测信号与基准时间的时延。时间信息比对单元将解调后得到的被测信号时间信息与基准时间信息进行比对，包括时、分、秒、闰秒等TOD信息比对。组帧输出单元将测量和比对结果进行组帧，通过串口将测试结果输出至上位机。如图7所示，通过以下步骤，实现时间频率信号的自辨识和检测：1)通过电平转换电路对输入被测信号的电平进行转换，获得统一电气类型的被测信号；输入电平可以为RS485、RS232或TTL等类型，对不同电平输入转换为CMOS。2)对转换电平后的被测信号进行边沿采样，启动累加器对信号沿间进行计数；步骤2中，提供高精度时标，通过接收北斗/GPS/IRIG-B码，接收北斗或GPS卫星时间，产生高精度时标。同时驯服本地时钟，设备在没有外部参考时间源的情况下也可以提供高精度时间标准。对被测信号进行边沿采样，在被测信号的上升沿触发累加器，锁存被测信号的下降沿到来时累加器输出的计数值，锁存被测信号下一个上升沿到来时累加器的计数值；在被测信号的下降沿触发累加器，锁存被测信号的上升沿到来时累加器输出的计数值，锁存被测信号下一个下降沿到来时累加器的计数值；得到被测信号高电平持续时间，低电平持续时间，上升沿沿间持续时间以及下降沿沿间持续时间。3)根据被测信号的高电平持续时间、低电平持续时间、上升沿沿间持续时间以及下降沿沿间持续时间，判断被测信号的类型；具体步骤如下：e．判断被测信号高电平持续时间。根据时间信号的信号特征和数据帧结构，若被测信号的高电平脉宽等于8ms，在下一个上升沿触发累加器，锁存下一个下降沿到来时的计数值，被测信号下一个高电平脉宽等于8ms，被测信号为IRIG-B码。f．判断被测信号高电平持续时间和上升沿沿间持续时间。根据时间信号的信号特征和数据帧结构，若被测信号上升沿周期为1s，被测信号为1PPS秒脉冲；若被测信号上升沿周期为1min，被测信号为1PPM分脉冲。g．判断被测信号低电平持续时间。若监测到持续1s的低电平，启动秒计数累加。秒计数累加器等于20时，启动高电平持续时间判断，如果高电平持续周期为800ms，被测信号为DCF77码。h．对被测信号进行下降沿检测，通过多个串行接收模块对被测信号同时在波特率范围9600~153600bps进行数据连续接收；检测各个串行接收模块所接收的数据是否由0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项组成；若波特率为x的串行接收模块接收到的数据均为0x80和0x00、0xc0和0x00、0xe0和0x00或0xf0和0x00中的任意一项，则被测信号的波特率为x/8、x/7、x/6或x/5中的相应的一项。i．连续记录和判断被测采样信号的周期计数值是否连续符合秒脉冲、分脉冲、IRIG-B码、DCF77码的信号特征，判断确定输入信号的类型。考虑系统误差和传输过程中引入的干扰，可以对信号的沿间计数和脉宽计数持续记录。信号的沿间计数和脉宽计数连续符合相应信号特征，如信号上升沿周期计数在5秒连续等于1s，则判断该信号为1PPS。如果出现计数不符合信号特征，则对计数锁存器清空，并判断该信号不合法，重启计数锁存，重新开始判断。4)根据信号类型，对被测信号进行解调解析处理，提取或重建准时点标识信号，提取时间信息；根据时间码的帧结构，确定参考码元位置，对解调后的数据进行整理得到时间信息，并对准时点标识信号进行补偿重建。在步骤4，根据信号类型判断，对IRIG-B码信号、DCF77码和串行时间报文信号进行解调处理，根据IRIG-B码数据帧结构，确定参考码元位置，在准时参考标志重建准时点标识信号；根据IRIG-B码编码规则提取其中时间信息数据，对解调后的数据进行整理得到时间信息，并对准时点标识信号进行补偿。根据DCF77的波形结构，波形沿间计数周期超过1S，确定下一个下降沿到达时为参考码元位置，重建准时点标识信号；根据DCF77码编码规则，提取载波中时间信息数据，对解调后的数据进行整理得到时间信息，并对准时点标识信号进行补偿。根据辨识的波特率，对串行时间报文进行接收和数据解调，对解调后的数据进行整理得到时间信息；确定数据起始位位置，在下降沿重建准时点标识信号，并进行补偿。5)接收跟踪基准源(北斗、GPS、B码等事件源)，获取基准时间信号和时间信息；通过采样和沿间计数对基准时间信号和被测信号的准时点标识信号进行鉴相；同时对基准源时间信息与被测信号时间信息进行比对处理。步骤5中，基准时间信号和被测信号的准时点标识信号鉴相处理，分别对被测信号的时标信号和基准时标进行边沿采样，在上升沿锁存累加器计数并求差，即为被测信号与基准时间的时延。同时将解调后得到被测信号时间信息与基准时间信息进行比对，包括时、分、秒、闰秒等TOD信息比对。6)将测量和比对结果进行组帧，通过串口将测试结果输出至上位机。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3