專利名稱：對來自對應的測量設備的信號的相位進行時間同步的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對來自對應的測量設備的信號的相位進行時間同步的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
不同的系統(tǒng)、過程及技術要求進行不同轉換設備之間的相位測量的時間同步，這些轉換設備在它們各自的采樣過程中不共享一個相同的時鐘。許多現(xiàn)有的系統(tǒng)通過一個鎖定在公共時間參考上的時鐘來執(zhí)行采樣。這種方法要求設備獲得采樣時鐘的相位與時間參考之間的反饋(鎖相環(huán))，而這增加了成本。進一步地，這種方法限制了降噪的策略，因為采樣時鐘的噪聲以及參考時鐘的噪聲是與時鐘驅動錯誤相混合的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種為來自對應的測量設備的信號的相位進行時間同步的方法和系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有低成本，并且可能更加精確。本發(fā)明的另一個目的是為常用的設備提供一種替代物，該設備用于通過對測量信號樣本進行時間標記而進行相位測量的時間同步，隨后通過計算來校正采樣頻率、對相位進行參考的時間標簽、以及信號中所感興趣的每個分量的時間特征及相位值。根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種對來自對應的測量設備的信號的相位進行時間同步的方法，該方法包括以下步驟對于每個測量設備接收每個測量設備的可獲得的一個同步信號；產生一個具有高于該同步信號的速率的參考時鐘信號；響應該參考時鐘信號而運行一個計數器以產生多個計數值；使用該計數器提供的計數值完成該同步信號；選擇至少一個時間塊，該時間塊在來自該測量設備的信號中具有有限的樣本；使用該已完成的同步信號，建立每個時間塊中至少兩個樣本的時間位置；估算來自該測量設備的信號的至少一個分量在每個時間塊中的相位值及時間特征；為每個時間塊分配一個衍生自該已完成的同步信號的時間標簽；并且為每個時間塊產生代表該至少一個分量、該相位值、該時間特征、該時間位置及該時間標簽的數據；以及對所有的測量設備對與這些時間塊相關的數據進行重組，這些時間塊在相同的時間標簽下具有類似的時間標簽用作公共時間參考；并且根據對應的公共時間參考及相應的時間位置，為來自這些測量設備的信號的相位的時間同步計算在這些時間塊中的該至少一個分量的新的相位值。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種對來自對應的測量設備的信號的相位進行時間同步的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括對于每個測量設備,一個相位測量單元,該相位測量單元包括一個接收每個相位測量單元可獲得的同步信號的接收器；一個產生具有高于該同步信號的速率的參考時鐘信號的時鐘；一個處理單元；以及 對于所有的測量設備，一個包括處理單元的相位處理單元；每個相位測量單元的處理單元被配置成用于接收來自相應的測量設備的信號、接收該同步信號、接受該參考時鐘信號、提供一個響應于該參考時鐘信號運行從而產生計數值的計數器、使用該計數器提供的計數值完成該同步信號、選擇至少一個在來自該測量設備的信號中具有有限樣本數的時間塊、使用所完成的同步信號建立每個時間塊的至少兩個樣本的時間位置、估算來自該測量設備的信號的至少一個分量在每個時間塊的相位值及時間特征、并且產生代表該至少一個分量、該相位值、該時間特征、及這些時間位置的數據；相位測量單元及相位處理單元的各一個處理單元被配置成用于為每個時間塊分配一個衍生自所完成的同步信號的時間標簽，該時間標簽形成與每個時間塊的相關的部分數據；并且該相位處理單元的處理單元被配置成用于對這些在相同的時間標簽下具有類似的時間標簽用作公共的時間參考的時間塊相關的數據進行重組，并且根據對應的公共時間參考及相應的時間位置，為來自這些測量設備的信號的相位的時間同步計算在這些時間塊中的該至少一個分量的新的相位值。以下提供了本發(fā)明的某些可能優(yōu)選的特征的概述，這些特征被認為是非限制性的。本發(fā)明是針對兩個或若干個測量設備之間的相位的時間同步的，這些測量設備在它們各自對有待測量的信號采樣時不共享一個相同的時鐘。這些測量設備把在多個時間塊中或者在一個連續(xù)模型中的一個或若干個模擬信號數字化。相位的時間同步存在于調整相位值中，從而使得它們指的是在不同的設備之間的一個公共時間參考。相位同步與一個或若干個頻譜分量相關。輔助地，還可以實現(xiàn)對每個分量的頻率的校正。頻譜分量可以是傅立葉變換、小波分析或其他任何導致為一個信號分量分配相位值的過程的結果。與這些測量設備相關聯(lián)的轉換單元可以是一個永久的、便攜的或者移動的系統(tǒng)的元件。代表公共時間參考的同步信號優(yōu)選地衍生自一個GPS接收器，但它仍可以衍生自一個本地生成的并且通過無線電、通過導電或者通過其他任何手段(例如IEEE 1588)發(fā)射的、并且在需要時被數字化轉換的載波。本發(fā)明具體地是針對使用一種分布式測量系統(tǒng)并需要所測量的相位的同步具有高精確度的系統(tǒng)、進程、及技術，并且其材料成本較低。例如，在電力傳送網絡區(qū)域，要求實現(xiàn)同步的相位測量的PMU(相位測量單元)具有快速響應時間，而這損害了成本及精確度。相反地，根據本發(fā)明的方法帶來的精確度增益及其低成本具體地允許對變壓器套管的介電狀態(tài)的經濟監(jiān)測。在工業(yè)區(qū)中，可以利用本發(fā)明控制遠程發(fā)動機或者其他過程，以便使不同的設備同步(尤其是造紙裝置及傳送裝置)。重要的是對不同測量的相位與角度傳感器或提供該過程中所涉及的單元的循環(huán)狀態(tài)信息(位移、速度、加速度、轉數表)的其他任何傳感器所產生的相位進行比較。在振動測量領域，及更具體地說在模態(tài)分析領域中，在如鉆探平臺上的廣泛區(qū)域中，本發(fā)明允許定位在不同位置的不同設備執(zhí)行相位測量的精確同步。在定位領域中，如聲納及雷達，本發(fā)明允許對來自靜止的或移動的接收器的分布的一個或若干個波前的方向的精確估算?？傊鶕景l(fā)明進行相位的時間同步的方法涉及若干個相位測量單元PCU( “相位計算單元”)以及至少一個相位處理單元PPU。每個rcu連接到一個(或若干個)測量設備上，用作一個傳感器，該傳感器可以形成PCU的一部分或者被附裝在另一個設備外，并且可包括一個處理單元、一個提供同步信號的GPS接收器、一個參考時鐘及一個通信接口。該PPU可包括一個處理單元及一個通信接口。在每個P⑶中，可執(zhí)行以下步驟
(a)當需要時，首先將來自與該PCU相關聯(lián)的傳感器的信號數字化，并且將其路由到其處理單元；(b)該處理單元接收一個來自GPS接收器的同步信號及參考時鐘信號；(C)該處理單元具有一個計數器，該計數器接收該參考時鐘信號并且響應于一個時間標記(如在該參考時鐘信號中的每個時鐘周期)而增加其計數；(d)該計數器優(yōu)選地被重置以響應于在由該GPS接收器提供的同步信號中一個時間標記，如該同步信號的躍遷，并且該處理單元在該同步信號中的時間標記出現(xiàn)時存儲與該計數器的一個計數值相對應的“0PPS”值；(e)該處理單元為該數字化后的信號的某些樣本分配一個計數值；(f)該處理單元在該數字化后的信號中選擇一個具有有限樣本數(例如，包括16到65536個樣本之間)的時間塊；(g)該處理單元保留連接到選中的塊中的樣本上的至少一個并且優(yōu)選地兩個計數值以及所存儲的OPPS值；(h)該處理單元為選中的塊的樣本中的至少一個保留一個時間參考，例如由該GPS接收器提供的{時分秒}及可選地{日月年};(i)該處理單元在一個表示域上執(zhí)行對被數字化的信號(時域)的變換，在該表示域上該數字化后的信號所感興趣的分量是可辨別的；(j)該處理單元估算并保留在選中的塊中觀察到的一個或若干個所感興趣的分量的相位值及時間特征值，如其頻率、其比例或其周期性；并且(k)該處理單元傳送代表這些保留值的數據到該PTO上或者繼續(xù)進行進一步的處理。可以在每個P⑶或該PPU中執(zhí)行以下步驟(I)該OPPS值用于為已被保留的、連接到選中的塊的樣本上的計數值分配對應的時間值；(m)從這些保留的計數值的時間值中，(P⑶或者PPU的，取決于情況)該處理單元為每個所感興趣的分量分配一個時間特征值(例如頻率、比例、周期性)；(η)從這些保留的計數值的時間值之一中，該處理單元為選中的塊分配一個時間標簽；(O)如果該相位值的時間參考與分配的時間標簽的位置不對應，則該處理單元從這些保留的計數值的時間值中調整每個分量的相位值，從而使其與選中的塊的時間標簽所決定的時間參考相對應；并且(P)在先前的步驟由P⑶執(zhí)行的情況下，該P⑶的處理單元傳送代表選中的塊的時間標簽及相位值的數據、以及選中的塊中觀察到的這個(些)分量的時間特征值到該PPU上。可以在該PPU中執(zhí)行以下步驟(q)在來自若干個P⑶的塊中，該處理單元根據一個預先確定的相似性準則重組那些具有一個類似的時間標簽的塊；(r)該處理單元根據由一個分配到這些重組塊的公共時間標簽確定的公共時間參考對每個重組塊的每個所感興趣的分量的相位值進行轉換；并且
(s)該處理單元提供在公共時間標簽下重組的這些塊中觀察到的這個(些)分量的公共時間標簽、轉換的相位值、以及時間特征值，從而實現(xiàn)這些測量信號的相位的時間同
止/J/ O這些rcu和PI3U可以是一個系統(tǒng)中永久的、便攜的、或移動的元件。該PI3U可以集成在一個P⑶的處理單元中。若干個P⑶可以共享一個GPS接收器、一個參考時鐘、和/或
一個通信接口。在傳感器提供模擬信號的情況下，該模擬信號經過一個對信號進行采樣并將其數字化的模數轉換器(ADC)。在到達一個PCU的處理單元前，該信號可以經過保護及調節(jié)電路。該調節(jié)電路可包括一個放大器、一個濾波器、和/或一個積分器或者微分器。在該調節(jié)電路或者該轉換器還可以包括一個抗混疊濾波器。該數字化后的信號可以在被一個P⑶的處理單元接收前經過一個電鍍絕緣層。一個或若干個數字化子單元可以通過一個公共的總線連接到一個PCU的處理單元上。一個PCU的處理單元可將一個計數值分配到該數字化后的信號的所有樣本中，而不僅僅是某些樣本。在對一個傳感器下發(fā)的信號進行持續(xù)數字化的情況下，該信號被優(yōu)選地分為時間上重疊或不重疊的連續(xù)時間塊中。該數字化后的信號可在其一個塊被提取前經歷抽選。一個PCU的處理單元可保留該計數器的兩個計數值，分別由例如與選中的時間塊的第一樣本相對應的count_0及與相同的塊的最后一個樣本相對應的count_N-l組成。count_0及count_N-l的值與該塊中的或者選中的時間塊的附近區(qū)域中的遠程樣本相對應。在該同步信號的時間損耗可能發(fā)生的情況下，被PCU保留以供其計算的可能是最后的OPPS值。該PCU可被配置成用于檢測同步損耗、標記相應的塊、及相應地管理該計數器。例如，可以通過若干標準偏差相對于最后的OPPS的滑動平均值的計數差異來檢測該同步損耗。該PCU可將每個塊的同步狀態(tài)傳送到PI3U上，提醒其最終的同步損耗。由GPS接收器傳送到該P⑶上的GPS接收器的狀態(tài)也可由該P⑶繼電到該PI3U上。OPPS值可與GPS接收器提供的時間參考的值一起用于為該計數器的已被保留的計數值分配一個時間標簽。該時間標簽可指向PCU中的選中的塊的開始、中間或結束，或者當需要時指向該塊中的另一個預先確定的位置。
當需要時，由GPS接收器提供的時間參考的值可由另一個時間單元表達，例如從一個給定的日期后的秒數。一個PCU的處理單元還可以估算并保留在選中的塊中觀察到的一個或若干個分量的振幅值，并且為了與其他數據進行處理的目的，將它或它們傳送到PPU。該PPU中的這些塊的重組可在一個給定的時間間隔中進行，響應于一個命令進行或者在每一次來自這些PCU的一個新的數據集到達時進行。該公共時間參考可以是一個預先確定的值、重組后的數據集的這些時間標簽的值之一、或者與重組后的數據集的這些時間標簽的時間平均值相關的一個標簽。為了限制由這些分量的頻譜重疊所引入的錯誤，可以將一個譜窗應用在經歷變換的選中的塊上。這個(些)分量可以由傅立葉變換、小波分析、周期平穩(wěn)特性分析或其他任何導致為一個信號分量分配相位值的過程所產生。在這三個具體的情況中，頻率、比例及周期性將會分別地將一個分量特征化。 在無源雷達定位的情況下，可以通過一個在該信號中可被不同的PCU識別的密鑰(圖案)來選擇一個塊。例如，該密鑰可與來自AM、FM、電視臺或其他且顯示良好信噪比的一個獨特的RF瞬態(tài)相對應。每次反射創(chuàng)建了該密鑰的一個復制品。在該PCU中，隨后粗略地根據其包絡并且精細地根據其相位在兩個等級上建立一個密鑰或其復制品的時間位置。對由不同的PCU捕獲的密鑰進行比較允許將衍生自一次相同的傳輸的密鑰相關聯(lián)，并且推斷延遲及相關的多普勒效應。為了使用所獲得的定位的統(tǒng)計巧合以增加魯棒性及精確性，可以在多于一個RF信號段上對這些塊進行采樣。該方法允許通過減少同步信號的時間離差來增加相位的時間同步的精確度，通過以下步驟(a)對于每個塊，將在該塊的處理中使用的計數值(包括OPPS值)從一個P⑶傳送到PPU中，并且存儲在該PPU中；(b)在由該PPU收集的連續(xù)OPPS值上應用一個數字濾波器，并且因此生成新的OPPS 值；(c)根據新的過濾后的OPPS值重新生成該P⑶的計數器的計數值；(d)使用這些新的OPPS值為這些已被保留的計數值分配時間值；(e)使用舊的計數值以找回在這些具有相同的時間標簽的塊中觀察到的分量的初相及時間特征值；(f)根據這些在(b)和(d)中所計算的新的OPPS及計數值和在(e)中恢復的原有值重新計算在這些具有相同的時間標簽的塊中觀察到的分量的相位及時間特征值；并且(g)根據過濾后的OPPS值重新計算這些重組塊的時間標簽，或者根據原有的公共時間標簽轉換相位值?？梢酝ㄟ^對由于在來自該PI3U收集的連續(xù)OPPS值上應用一個數字濾波器所產生的值(例如，F(xiàn)IR( “有限脈沖響應”)或者IIR( “無限脈沖響應”))的相位和時間特征進行校正來代替步驟(b)、(c)、(d)及(e)?？赏ㄟ^減少該參考時鐘信號的時間漂移來代替步驟(f)，通過以下步驟(a)通過對OPPS值進行插值來生成一個時間傳遞函數，該時間傳遞函數將由這些過濾后的OPPS值產生的新的計數值轉換為與由一個恒定頻率時鐘驅動的一個計數器產生的計數值相對應的計數值，該恒定頻率時鐘顯示了一個在下文中被稱為OPPSP的恒定的OPPS 值；(b)對這些新的計數值應用該傳遞函數以對其進行校正；(c)使用新的OPPSP值為這些已被保留的計數值分配時間值；并且(d)根據該OPPSP值及這些校正后的計數時間值重新計算在這些具有相同的時間標簽的塊中觀察到的分量的相位及時間特征值。在同步信號的時間損耗可能發(fā)生的情況下，PTO可以通過考慮在同步損耗前后的有效的OPPS計數來恢復一個PCU的計算。在繼續(xù)進行在衍生自經歷同步信號損耗的PCU的這些塊中觀察到的分量的時間標簽及相位和時間特征值的計算前，可以 實現(xiàn)對一個遺漏的計數的線性插值。該插值可應用在由一系列OPPS值的連續(xù)和形成的一系列上。對某一個時間段而言，重新生成的計數值可以不包括重置，以便給出一個連續(xù)的級數計數。一個觀察到的分量可以是一個被振幅、周期性及相位所特征化的周期平穩(wěn)特性，其中周期性被處理為與頻率相反。PPU可被配置成用于識別可能由例如氣候現(xiàn)象(如下雨或者一個對測量具有類似影響的現(xiàn)象)導致的偏倚的測量，以便例如拒絕它們并且不在用于建立基于根據本發(fā)明的相位測量的時間同步的診斷的計算中使用它們，如例如，用于對變壓器套管的監(jiān)測(即，對可能的有缺陷的條件)。在這類情況中，PPU可執(zhí)行以下步驟(a)基于這些重組塊的分量的相位值，連續(xù)估算相角差的時間差；(b)計算這些連續(xù)估算的標準偏差；并且(c)取決于相應的標準偏差是否超過一個預先確定的拒絕門限而使一個測量無效。該PTO然后可被配置成用于在這些測量再次有效前停止這些用于建立診斷的計算，這意味著這些引起不同測量的重要瞬態(tài)的擾亂現(xiàn)象已經結束。當需要時，這些連續(xù)估算可在相角差的正切的時間差上進行。


將會在下文參考以下附圖給出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的詳細說明圖I是示出了根據本發(fā)明的一個系統(tǒng)的架構的實例的原理圖。圖2是示出了根據本發(fā)明的一個相位測量單元(P⑶)的原理圖。圖3是示出了根據本發(fā)明的一個在不同的相位測量單元(PCU)之間共享的配置的原理圖。圖4是示出了根據本發(fā)明的由一個相位測量單元(P⑶)執(zhí)行的一個處理的原理圖。圖5是示出了根據本發(fā)明的在一個變壓器套管上獲得的信號的一個相位測量單元(P⑶)的原理圖。圖6是示出了根據本發(fā)明的一種用于監(jiān)測變壓器套管的系統(tǒng)的原理圖。
具體實施例方式如結合本披露所使用的，術語“時間特征”指代一個信號中所感興趣的分量的頻率、比例、周期性或類似的參數。參見圖1，示出了根據本發(fā)明的一個系統(tǒng)的架構的實例，其中若干個相位測量單元I (在下文中也被成為相位計算單元或P⑶)通過一個本地通信網絡3連接到一個相位處理單元或者PPU 2上，該本地通信網絡可將其自身連接到一個更大的網絡4上。也可通過該更大的網絡4添加其他的PCU(未示出)。在根據本發(fā)明的系統(tǒng)的一個可能的配置中，每個PCU I的作用是估算一個被測量的信號的一個或若干個頻譜分量的振幅、相位以及頻率值，同時將一個時間標簽關聯(lián)到這些數據上；而PPU 2的作用是處理衍生自rcu I的數據，從而在類似的時間標簽下對其進行重組以實現(xiàn)測量信號的相位的時間同步，并且傳送這些數據以使其被處理，例如，使這些數據被一個需要此類數據的設備所使用，或者用于存儲在一個數據庫中。
參見圖2，一個P⑶I可配備有一個數字化單元以產生關于有待監(jiān)測的設備的一個特征的一個測量信號，該數字化單元包括集成到一個設備(未示出)或附裝在其外部的一個傳感器5或者另一個測量設備。在一個轉換器8對模擬信號進行數字轉換前，該信號
可經過一個保護電路6及一個調節(jié)電路7(例如，放大器、濾波器、積分器、微分器......)。
該調節(jié)電路7或者該轉換器8還可以包括一個抗混疊濾波器。一個或若干個數字化單元可通過一個公共總線10連接到一個處理單元11上。優(yōu)選地，每個數字化單元具有一個相對于將其連接到系統(tǒng)的其余部分的總線10的電鍍絕緣層9。在一個傳感器具有一個數字輸出的情況下，不需要該轉換器8。該處理單元11接收同步信號以及來自一個參考時鐘13的信號。該同步信號優(yōu)選地衍生自一個GPS接收器12，但也可以衍生自一個載波，該載波是本地生成的并且在需要時通過無線電、導電或其他任何合適的傳輸介質來傳送。該同步信號可表現(xiàn)為每秒一個脈沖的形式，或在預先建立的時間單元中提供允許時間同步的時間標記的另一種形式。該處理單元11具有一個計數器14，該計數器接收來自參考時鐘13的信號并且響應于如在時鐘13的信號中的一個時鐘周期的一個時間標記而增加其計數。時鐘13具有根據預期應用及材料環(huán)境(例如，電源的溫度及穩(wěn)定性)所選擇的穩(wěn)定性規(guī)范。計數器14優(yōu)選地在來自GPS接收器12的同步信號躍遷時被重置。該測量信號可在連續(xù)模型中或者由時間塊數字化。在連續(xù)數字化的情況下，該測量信號被分為可以時間重疊或不重疊的連續(xù)時間塊。在P⑶I的一個可能的配置中，處理單元11估算一個數字化信號時鐘的一個或若干個頻譜分量的振幅、頻率(或另一個時間特征)以及相位，并且為該時鐘分配一個時間標簽。這些操作可由一個處理器27或者一個在該處理單元11中的具有一個存儲器的類似的電路執(zhí)行。該處理所產生的數據通過一個通信接口 15被傳送到PPU 2(如在圖I中所示)O參見圖3，若干個P⑶I可共享一個相同的GPS接收器12、一個相同的參考時鐘13及一個相同的通信接口 15。參見圖4，示出了一個P⑶I (如圖I所示)可執(zhí)行的處理。由于實踐性的原因，采樣后的信號16、譜窗17及計數值21作為連續(xù)值出現(xiàn)，然而在現(xiàn)實中，它們是一系列的離散值。采樣后的信號16可與數字化信號或該數字化信號的抽選相對應。為了限制由這些分量的頻譜重疊而引入的錯誤(頻譜泄漏，參看F. J.哈瑞斯(F.J. Harris)的“使用離散傅里葉變換的譜窗使用的諧波分析(On the use of windows for harmonic analysis withthe discrete Fourier transform), IEEE 會刊,Vol. 66, no. I, pp. 51-83,1978),—個譜窗17被優(yōu)選地應用在經歷一個變換18的信號塊上。該譜窗17將優(yōu)選地具有一個近乎高斯的形狀，并且將顯示一個高旁瓣報廢率。在一個音調的能量在一個頻率上用一個振幅和一個相位重組時，該轉換18將該時間信號轉換為頻譜信息。優(yōu)選地，此變換將對應于一個快速傅里葉變換(FFT)。該頻譜信息被提交到一個分量估算儀19。該估算儀19依次找到一個或若干個音調的譜線的振幅、相位及頻率。此時PCU I可停止該處理并且將該振幅、頻率及相位值及GPS接收器12的時間標簽20以及連接到參考時鐘13上的計數器14的三個值(如圖2所示)傳送到PPU 2(如在圖I中所示)。優(yōu)選地，計數器14的這三個計數值21分別包括對應于選中的時間塊的一個第一樣本的count_022、對應于選中的時間塊的最后一個樣本的Count_N-l 24以及當在由GPS接收器12提供的同步信號的最后一次躍遷時重置該計數器14 (例如，每秒一個脈沖)時的一個OPPS值21。時間標簽可指向所選中的塊的開始、中間或結束，或者當需要時指向該塊中的另一個具體的點。應當注意如計數方向的躍遷的另一個變化可被實現(xiàn)，而不用重置該計數器14?；蛘呷匀?，假如保留了計數器14的指示由該同步信號提供的一個時間標記的OPPS計數值，則計數器14可以不改變。在此情況中，由同步信號提供的時間標記的速率將會優(yōu)選地高于計數器14的計算循環(huán)，以簡化這些時間標記的處理。當需要時，只有OPPS計數值23以及另一個計數值可被傳送。以下處理可在一個rcu 1(如圖I和2中所示)中或PPU 2(如圖I所示)中執(zhí)行。對于頻率的估算、將相位調整到給定的時間參考及時間標簽的生成，估算儀19使用由GPS接收器12傳送到它的信息20以及連接到參考時鐘13的計數器14的三個計數值21。GPS接收器12的信息20與當前的時間標簽時/分/秒(并且可能地為日/月/年)相對應。OPPS值23允許對參考時鐘13的頻率進行特征化，并且從而將一個時間值給予每個計數21。例如，對于一個IOOMHz的參考時鐘，計數21給予一個可典型地與大約一億個樣本的一些單元不同的OPPS值23。對于將要隨后對應該時間標簽的第k個計數
權利要求
1.一種用于對來自對應的測量設備的信號的相位進行時間同步的方法，該方法包括以下步驟 對于每個測量設備 接收每個測量設備的可獲得的一個同步信號； 產生一個具有高于該同步信號的速率的參考時鐘信號； 響應于該參考時鐘信號來運行一個計數器，以產生多個計數值； 使用該計數器提供的這些計數值完成該同步信號； 選擇至少一個時間塊，該時間塊在來自該測量設備的信號中具有有限的樣本； 使用該已完成的同步信號建立每個時間塊的至少兩個樣本的時間位置； 估算來自該測量設備的信號的至少一個分量在每個時間塊中的相位值及時間特征； 為每個時間塊分配一個衍生自該已完成的同步信號的時間標簽；并且為每個時間塊產生代表該至少一個分量、該相位值、該時間特征、該時間位置及該時間標簽的數據；并且 對于所有的測量設備 對與這些時間塊相關的數據進行重組，這些時間塊在用作公共時間參考的相同時間標簽下具有類似的時間標簽；并且 根據對應的公共時間參考及相應的時間位置，為來自這些測量設備的信號的相位的時間同步計算該至少一個分量在這些時間塊中的新的相位值。
2.根據權利要求I所述的方法，其中由該計數器提供的這些計數值基于該參考時鐘信號的一個循環(huán)元，響應于在該同步信號中的一個時間標記來操作該計數器從而改變該計數值或者計數方向，在該時間標記出現(xiàn)時的樣本的時間位置與這些相應的計數值是相關的。
3.根據權利要求2所述的方法，其中該至少兩個樣本具有相對于該時間塊的具體位置。
4.根據權利要求3所述的方法，其中這些具體位置與該時間塊的第一個和最后一個樣本之一相對應，并且與一個對應于在該同步信號中的時間標記的樣本相對應。
5.根據權利要求I所述的方法，進一步包括以下步驟接收每個測量設備可獲得的一個時間信號，并且其中被分配到每個時間塊的時間標簽基于一個時間測量單元，該時間測量單元是由在該同步信號中的一個時間標記出現(xiàn)時的時間信號所指示的。
6.根據權利要求5所述的方法，其中該同步信號及該時間信號衍生自一個相同的信號。
7.根據權利要求I所述的方法，其中該信號的該至少一個分量的時間特征被估算為該時間塊的樣本的時間位置的函數。
8.根據權利要求I所述的方法，其中所估算的相位值被調整為與該時間塊的時間標簽相對應的時間位置的函數。
9.根據權利要求I所述的方法，其中通過在一個表示域中執(zhí)行來自該測量設備的信號的變換來獲得該至少一個分量，在該表示域中該至少一個分量是可辨別的。
10.根據權利要求9所述的方法，其中該變換是以下各項之一傅立葉變換、小波分析及周期平穩(wěn)特性分析，并且該至少一個分量的時間特征分別是頻率、比例及周期性。
11.根據權利要求9所述的方法，進一步包括以下步驟在每個經歷該變換的時間塊上應用一個譜窗。
12.根據權利要求I所述的方法，其中這些類似的時間標簽是根據一個預先確定的相似性準則確定的。
13.根據權利要求I所述的方法，其中一個相同的同步信號和一個相同的參考時鐘信號中的至少一個用于處理來自這些測量設備中的一些的信號。
14.根據權利要求I所述的方法，其中該同步信號衍生自一個GPS。
15.根據權利要求I所述的方法，進一步包括以下初始步驟中的至少一個 對來自這些測量設備的信號進行濾波； 對來自這些測量設備的信號進行放大； 對來自這些測量設備的信號進行積分或微分； 對來自這些測量設備的信號進行抽??； 對于提供模擬信號的每個測量設備，將來自該測量設備的模擬信號數字化為一個數字信號；并且 使來自這些測量設備的模擬信號通過一個電鍍絕緣層。
16.根據權利要求I所述的方法，進一步包括以下步驟在用在損耗期間由該計數器提供的計數值完成損耗之前，根據同步信號檢測該將要被估算的至少一個分量的同步信號、相位值及時間特征的時間損耗。
17.根據權利要求16所述的方法,其中該損耗由若干標準偏差相對于每個在時間上定位的時間塊的樣本之一的計數值的滑動平均值的計數差異來檢測的。
18.根據權利要求I所述的方法，進一步包括以下步驟在每個時間塊中對來自測量設備的信號的該至少一個分量的振幅值進行估算，該振幅值被添加到為每個時間塊產生的數據中。
19.根據權利要求I所述的方法，其中該數據在一個預先確定的時間間隔中響應于一個命令或在每次一個產生的新數據集到達時被重組。
20.根據權利要求I所述的方法，其中每個公共時間參考由一個預先確定的值所限定，該預先確定的值與這些重組塊、這些重組塊的時間標簽之一、或者這些重組塊的時間標簽的時間平均值相對應的一個標簽相關聯(lián)。
21.根據權利要求I所述的方法，對于所有的測量設備，進一步包括以下步驟 收集在該同步信號中與這些時間標記重合的時間塊中的樣本的連續(xù)計數值；并且 校正在這些塊中觀察到的該至少一個分量的相位值及時間特征，這些塊具有相同的時間標簽，該相同的時間標簽來自新的計數值，這些計數值是通過對這些收集的計數值應用一個數字濾波器所產生的。
22.根據權利要求21所述的方法，其中該數字濾波器是一個有限或者無限脈沖響應濾波器。
23.根據權利要求21所述的方法，對于所有的測量設備，進一步包括以下步驟 通過對所收集的計數值進行插值,生成一個時間傳遞函數,該時間傳遞函數將新的過濾后的計數值轉換為由一個恒定頻率參考時鐘操作的計數器所提供的一個計數值，該恒定頻率參考時鐘在該同步信號中的一個時間標記出現(xiàn)時展示一個恒定的計數值； 對這些新的計數值應用該傳遞函數以對其進行校正；使用該恒定的計數值以校正這些樣本的時間位置；并且 從該恒定的計數值及校正后的時間位置重新計算從這些具有相同的時間標簽的時間塊中觀察到的該至少一個分量的相位值及時間特征。
24.根據權利要求I所述的方法，進一步包括以下步驟，對于所有的測量設備 檢測用于產生與來自這些測量設備之一的信號相關的該同步信號的時間損耗；并且通過考慮與在損耗前后在該同步信號中的這些時間標記重合的計數值并且通過對這些遺漏的計數值進行插值來重新計算損耗期間的數據，用于計算與重新計算后的數據相對應的新的相位值。
25.根據權利要求I所述的方法，對于所有的測量設備，進一步包括以下步驟 基于這些重組塊的分量的相位值，連續(xù)估算相角差的時間差； 計算這些連續(xù)估算的標準偏差；并且 取決于相應的標準偏差是否超過一個預先確定的拒絕門限而使一個測量無效。
26.一種用于來自對應的測量設備的信號的相位的時間同步的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 對于每個測量設備，一個相位測量單元，該相位測量單元包括 一個接收每個相位測量單元可獲得的同步信號的接收器； 一個產生具有高于該同步信號的速率的參考時鐘信號的時鐘； 一個處理單元；以及 對于所有的測量設備，一個相位處理單元，該相位處理單元包括一個處理單元； 每個相位測量單元的處理單元被配置成用于接收來自相應的測量設備的信號、接收該同步信號、接受該參考時鐘信號、提供一個響應于該參考時鐘信號運行從而產生計數值的計數器、使用該計數器提供的計數值完成該同步信號、選擇至少一個在來自該測量設備的信號中具有有限樣本數的時間塊、使用所完成的同步信號建立每個時間塊的至少兩個樣本的時間位置、估算來自該測量設備的信號的至少一個分量在每個時間塊中的相位值及時間特征、并且產生代表該至少一個分量、該相位值、該時間特征、及這些時間位置的數據； 每個相位測量單元及該相位處理單元之一的處理單元被配置成用于為每個時間塊分配一個衍生自該完成的同步信號的時間標簽，該時間標簽形成與每個時間塊相關的部分數據；并且 該相位處理單元的處理單元被配置成用于對這些在用作公共時間參考的相同時間標簽下具有類似的時間標簽的時間塊相關的數據進行重組，并且根據對應的公共時間參考及相應的時間位置，為來自這些測量設備的信號的相位的時間同步計算在這些時間塊中的該至少一個分量的新的相位值。
27.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中由該計數器提供的這些計數值基于該參考時鐘信號的一個循環(huán)元，響應于在該同步信號中的一個時間標記來操作該計數器從而改變該計數值或者計數方向，在該時間標簽出現(xiàn)時的這些樣本的時間位置與這些相應的計數值是相關的。
28.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該至少兩個樣本具有相對于該時間塊的具體位置。
29.根據權利要求28所述的系統(tǒng)，其中這些具體位置與所述時間塊的第一個和最后一個樣本之一相對應，并且與一個對應于在該同步信號中的時間標記的樣本相對應。
30.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中每個相位測量單元的處理單元被配置成用于接收每個測量設備可獲得的一個時間信號，并且被分配到每個時間塊的時間標簽基于一個時間測量單元，該時間測量單元是由在該同步信號中的在一個時間標記出現(xiàn)時的時間信號所指示的。
31.根據權利要求30所述的系統(tǒng)，其中該同步信號及該時間信號衍生自一個相同的信號。
32.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該信號的該至少一個分量的時間特征被估算為該時間塊的樣本的時間位置的函數。
33.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中所估算的相位值被調整為與該時間塊的時間標簽相對應的時間位置的函數。
34.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中每個相位測量單位的處理單元被配置用于通過在一個表示域中執(zhí)行來自該測量設備的信號的變換獲得該至少一個分量，在該表示域中該至少一個分量是可辨別的。
35.根據權利要求34所述的系統(tǒng)，其中該變換是以下各項之一傅立葉變換、小波分析及周期平穩(wěn)特性分析，并且該至少一個分量的時間特征分別是頻率、比例及周期性。
36.根據權利要求34所述的系統(tǒng)，其中每個相位測量單元的處理單元被配置成用于對每個經歷該變換的時間塊應用一個譜窗。
37.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中這些類似的時間標簽是根據一個預先確定的相似性準則確定的。
38.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中一組相位測量單元通過一條公共總線共享一個相同的接收器及一個相同的時鐘中的至少一個，該公共總線處于該相同的接收器及該相同的時鐘中的至少一個與該組相位測量單元的處理單元之間。
39.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中每個相位測量單元及該相位處理單元包括連接到一個網絡上的對應的通信接口。
40.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該接收器是一個GPS接收器。
41.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，對于每個相位測量單元，進一步包括至少以下各項之一 一個對來自這些測量設備的信號進行濾波的濾波器； 一個對來自這些測量設備的信號進行放大的放大器； 對來自這些測量設備的信號進行積分或微分的一個積分器或一個差分器； 一個對來自這些測量設備的信號進行抽取的抽取器； 對于提供模擬信號的每個測量單元，一個把來自該測量設備的模擬信號數字化為數字信號的模數轉換器；以及 一個使相位測量單元與相應的測量設備絕緣的電鍍絕緣層。
42.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該相位處理單元的處理單元被配置成用于在其計數器在損耗過程中所提供的計數值完成損耗之前根據其同步信號為這些相位測量單元中的任何一個檢測同步信號的時間損耗、檢測由有待估算的有缺陷的相位測量單元估算的至少一個分量的相位值及時間特征。
43.根據權利要求42所述的系統(tǒng)，其中該損耗由若干標準偏差相對于每個在時間上定位的時間塊的樣本之一的計數值的滑動平均值的計數差異來檢測。
44.根據權利要求42所述的系統(tǒng)，其中每個相位測量單元的處理單元被配置成用于增加代表每個時間塊的同步狀態(tài)或者由該接收器發(fā)射到為每個時間塊產生的數據的狀態(tài)的數據。
45.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中每個相位測量單元的處理單元被配置成用于對在每個時間塊中來自測量設備的信號的該至少一個分量的振幅值進行估算，該振幅值被添加到為每個時間塊產生的數據中。
46.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該數據在一個預先確定的時間間隔中響應于一個命令或在每次這些相位測量單元產生的新數據集到達時被重組。
47.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中每個公共時間參考由一個預先確定的值所限定，該預先確定的值與這些重組塊、這些重組塊的時間標簽之一、或者這些重組塊的時間標簽的時間平均值相對應的一個標簽相關聯(lián)。
48.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該相位處理單元的處理單元被配置成用于 收集在該同步信號中與這些時間標記重合的時間塊中的樣本的連續(xù)計數值；并且 校正在塊中觀察到的該至少一個分量的相位值及時間特征，這些塊具有相同的時間標簽，該相同的時間標簽來自新的計數值，這些新的計數值是由在這些收集的計數值上應用一個數字濾波器而產生的。
49.根據權利要求48所述的系統(tǒng)，其中該數字濾波器是一個有限或者無限脈沖響應濾波器。
50.根據權利要求48所述的系統(tǒng)，其中該相位處理單元的處理單元被配置成用于 通過對所收集的計數值進行插值,生成一個時間傳遞函數,該時間傳遞函數將新的過濾后的計數值轉換為由一個恒定頻率參考時鐘操作的計數器所提供的一個計數值，該恒定頻率參考時鐘在該同步信號中的一個時間標記出現(xiàn)時展示一個恒定的計數值； 對這些新的計數值應用該傳遞函數以對其進行校正； 使用該恒定的計數值以校正這些樣本的時間位置；并且 從該恒定的計數值及校正后的時間位置重新計算從這些具有相同的時間標簽的時間塊中觀察到的該至少一個分量的相位值及時間特征。
51.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該相位處理單元的處理單元被配置成用于 檢測用于產生與來自這些測量設備之一的信號相關的該同步信號的時間損耗；并且 通過在該損耗前后考慮與在該同步信號中的這些時間標記重合的計數值并且通過對這些遺漏的計數值進行插值來重新計算在該損耗中的數據，用于計算這些與重新計算后的數據相對應的新的相位值。
52.根據權利要求26所述的系統(tǒng)，其中該相位處理單元的處理單元被配置成用于 基于這些重組塊的分量的相位值，連續(xù)估算相角差的時間差； 計算這些連續(xù)估算的標準偏差；并且 取決于相應的標準偏差是否超過一個預先確定的拒絕門限來使一個測量無效。
全文摘要
根據本發(fā)明，各自對其信號進行采樣時不共享一個單一時鐘的測量設備之間的相位的時間同步是通過對時間塊中的信號的樣本進行時間標記并隨后對分組時間塊中的信號的所感興趣的分量的相位值進行調整來執(zhí)行的，從而使得所述值被稱為測量設備之間的公共的時間參考。該標記過程是通過測量設備可獲得的一個同步信號、以及由每個設備的參考時鐘操作的一個計數器提供的計數值來執(zhí)行的。
文檔編號G01D21/00GK102859334SQ201180015742
公開日2013年1月2日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2010年3月24日
發(fā)明者S·里恩德奧, F·萊奧納德, P·皮徹爾, M·高文, H·貝爾特蘭德, L·杜邦 申請人:魁北克水電公司