一种基于IRIG-B码的校时服务器

随着国家智能电网的快速发展，对变电站站内设备的授时精度要求越来越高。目前站内设备的主要授时方式为脉冲同步方式、串口同步方式、IRIG-B码信息同步方式等。由于IRIG-B码同步方式对时精度高并简化了对时回路，国家电网公司对于电力二次系统时钟管理中明确要求逐步采用IRIG-B码标准实现GPS装置和相关系统或设备的对时。

本文从B 码标准、B码校时服务器组成工作原理、授时精度影响因素等几大方面介绍基于IRIG-B码的校时服务器。

1、什么是IRIG-B码

时间码IRIG-B是美国靶场司令部委员会制定的一种时间标准。IRIG-B码为脉宽编码，传输速率为1帧/秒，一帧数据由100个码元组成，每个码元的宽度为10ms，其每帧数据包含年、天、时、分、秒等信息，被授时设备通过接收并解析IRIG-B码信息，来校对本地时钟的时间。所以在IGIG-B码对时过程中要保证每一个码元信息要正确、可靠的进行传输。

2、B码校时服务器的组成

B码高精度授时能解决靶场测量、通信等行业应用中的时间同步问题。B码授时一般采用主从结构，B码授时终端为主机，位于各个用户端的解码终端为从机。主机输出B码，并分发给各用户端；用户端按照B码帧结构进行解码，可以恢复出时间，从而实现B码授时。

基于北斗授时的B码终端主要由授时与时间信息提取模块、直流（DC）码生成模块和交流（AC）码生成模块组成。

（1）授时与时间信息提取模块

授时与时间信息提取模块主要由北斗授时模块、中心处理模块和高稳晶振3个模块组成。其中北斗授时模块的主要功能是接收北斗卫星导航信号、经解调，输出高精度的代表北斗时的授时1pps和TOD信息（含北斗时间及授时状态等信息）；

中心处理模块的主要功能是：

a、接收北斗授时模块的TOD信息，提取年月日时分和秒时间信息，并将时间信息输出给DC码生成模块；

b、根据北斗授时1pps和TOD信息，对高稳晶振进行驯服，校准其10MHZ信号

c、根据校准后的10mhz，综合产生精度更高的系统10mhz和1pps，提供频率和同步参考产生B码程控信息。

（2）DC码生成模块

DC码生成模块的主要功能是接收中心处理模块输出的时间信息，程控信息、10mhz和1pps，按照B码相关的通用规范格式，以10mhz和1pps为参考，通过寄存器存储表示相应二进制0、1和位置识别标志的值，为了使DC-B码的帧头与1pps同步，需要在检测到1pps上升沿之后开始产生B码，然后将产生的B码与1pps进行同步处理，使两者同步输出。

（3）AC码生成模块

AC码生成模块主要由数字调制器、DA转换模块和滤波模块组成，主要功能是以10mhz和1pps为参考，采用1khz正弦波对DC-B码进行幅度调制，综合、同步输出AC-B码，AC-B码的幅度和调制比可控。AC-B码产生的技术原理是：以输入的DC-B码为基础，接收中心处理模块给出的程控信息，控制数字调制器按照**的幅度和调制比输出对应的数控地址，通过数控地址线控制DA转换模块产生相应的模拟信号，最后经过滤波处理后得到相应幅度和调制比的AC-B码。

1pps是北斗授时1pps对高稳晶振进行驯服之后输出的1pps，其保持了真实北斗授时1pps的长稳特性和高稳晶振好的短稳特性，以其作为同步参考来验证DC-B码和AC-B码的授时性能。

DC-B码帧头与1pps同步误差控制在100ns以内，由于B码产生的频率参考为10mhz，其周期为100ns，故同步精度理论上会控制在100ns以内。

AC-B码帧头与1pps同步误差一般控制字啊1us以内。AC-B码的幅度和调制比可以进行调整，以满足用户不同需求，同时AC-B码相比DC-B码具有较强的长距离传输能力，为距离较远的分布式用户提供了实现远程组网时间同步的可行手段，具有很好的工程应用价值。

3、影响B码校时服务器授时精度的因素

当传输距离一定时，B码校时服务器输出RS-485总线驱动负载的数量越多，对时信号峰峰值越小，上升沿时间越长，授时精度偏差越大，并且输出信号的波形发生畸变和小的波形振荡。

当驱动负载数量一定时，传输线距离越长，对输出信号的幅值影响不大，而信号的上升沿时间变长，授时精度偏差也变大，信号波形也发生小的失真。

当通过RS-485电平的IRIG-B码方式与被授时设备对时时，在授时环境无强烈的电磁干扰时，1路RS485节点驱动负载数量、双绞线的长度会对RS-485信号的峰峰值、上升沿和授时精度等参数产生影响，但没有造成授时设备的同步失败，只是授时精度产生了影响。但是在具有电磁干扰的环境下，干扰信号造成被授时设备对时异常或时间跳变等问题。一般在变电站的环境中电磁干扰是不可避免的，建议搭配B码的光电转换器，利用光线传输介质实现全站时间同步。

SYN4505A型IRIG-B码校时服务器

SYN4505A型IRIG-B码校时服务器接收GPS（全球定位系统）、北斗二代卫星信号和GLONASS卫星信号获得时间信息，定时精度≤30ns，同时可接收远地传送来的IRIG-B码信号作为外参考信号；

该款设备具有六种卫星选择功能，分别为GPS北斗混合授时，GPS&GLONASS混合授时，北斗GLONASS混合授时，单GPS授时，单北斗授时，单GLONASS授时，满足客户对卫星信号的各种授时需求；内置高精度恒温晶振守时，当卫星失锁时，可依靠外参考或晶振进行高精度守时。有三种工作模式：包括自动模式，手动模式，守时模式等三种模式；

设备有5个干接点报警功能分别为故障报警，失步报警，卫星报警，IRIG-B(1)报警，IRIG-B(2)报警，NTP报警，电源1报警，电源2报警；授时方式和接口数量可随时根据项目需求扩充，所有接口均采用插拔式设计方便后期扩充；支持心跳检测功能，多台时钟同步系统设备或者多个网口均可设为同一IP，互为冗余备份

安全性能出色，提供防火墙保护，启用SYN-flood防御，**地提高内部网络的安全性，降低风险，提供软硬件看门狗设计，QoS功能（流量监控）和网络诊断等。

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