专利名称：对来自对应的测量设备的信号的相位进行时间同步的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对来自对应的测量设备的信号的相位进行时间同步的方法和系统。
背景技术：
不同的系统、过程及技术要求进行不同转换设备之间的相位测量的时间同步，这些转换设备在它们各自的采样过程中不共享一个相同的时钟。许多现有的系统通过一个锁定在公共时间参考上的时钟来执行采样。这种方法要求设备获得采样时钟的相位与时间参考之间的反馈(锁相环)，而这增加了成本。进一步地，这种方法限制了降噪的策略，因为采样时钟的噪声以及参考时钟的噪声是与时钟驱动错误相混合的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种为来自对应的测量设备的信号的相位进行时间同步的方法和系统，与现有技术相比，本发明具有低成本，并且可能更加精确。本发明的另一个目的是为常用的设备提供一种替代物，该设备用于通过对测量信号样本进行时间标记而进行相位测量的时间同步，随后通过计算来校正采样频率、对相位进行参考的时间标签、以及信号中所感兴趣的每个分量的时间特征及相位值。根据本发明的一个方面，提供了一种对来自对应的测量设备的信号的相位进行时间同步的方法，该方法包括以下步骤对于每个测量设备接收每个测量设备的可获得的一个同步信号；产生一个具有高于该同步信号的速率的参考时钟信号；响应该参考时钟信号而运行一个计数器以产生多个计数值；使用该计数器提供的计数值完成该同步信号；选择至少一个时间块，该时间块在来自该测量设备的信号中具有有限的样本；使用该已完成的同步信号，建立每个时间块中至少两个样本的时间位置；估算来自该测量设备的信号的至少一个分量在每个时间块中的相位值及时间特征；为每个时间块分配一个衍生自该已完成的同步信号的时间标签；并且为每个时间块产生代表该至少一个分量、该相位值、该时间特征、该时间位置及该时间标签的数据；以及对所有的测量设备对与这些时间块相关的数据进行重组，这些时间块在相同的时间标签下具有类似的时间标签用作公共时间参考；并且根据对应的公共时间参考及相应的时间位置，为来自这些测量设备的信号的相位的时间同步计算在这些时间块中的该至少一个分量的新的相位值。根据本发明的另一个方面，提供了一种对来自对应的测量设备的信号的相位进行时间同步的系统，该系统包括对于每个测量设备,一个相位测量单元,该相位测量单元包括一个接收每个相位测量单元可获得的同步信号的接收器；一个产生具有高于该同步信号的速率的参考时钟信号的时钟；一个处理单元；以及 对于所有的测量设备，一个包括处理单元的相位处理单元；每个相位测量单元的处理单元被配置成用于接收来自相应的测量设备的信号、接收该同步信号、接受该参考时钟信号、提供一个响应于该参考时钟信号运行从而产生计数值的计数器、使用该计数器提供的计数值完成该同步信号、选择至少一个在来自该测量设备的信号中具有有限样本数的时间块、使用所完成的同步信号建立每个时间块的至少两个样本的时间位置、估算来自该测量设备的信号的至少一个分量在每个时间块的相位值及时间特征、并且产生代表该至少一个分量、该相位值、该时间特征、及这些时间位置的数据；相位测量单元及相位处理单元的各一个处理单元被配置成用于为每个时间块分配一个衍生自所完成的同步信号的时间标签，该时间标签形成与每个时间块的相关的部分数据；并且该相位处理单元的处理单元被配置成用于对这些在相同的时间标签下具有类似的时间标签用作公共的时间参考的时间块相关的数据进行重组，并且根据对应的公共时间参考及相应的时间位置，为来自这些测量设备的信号的相位的时间同步计算在这些时间块中的该至少一个分量的新的相位值。以下提供了本发明的某些可能优选的特征的概述，这些特征被认为是非限制性的。本发明是针对两个或若干个测量设备之间的相位的时间同步的，这些测量设备在它们各自对有待测量的信号采样时不共享一个相同的时钟。这些测量设备把在多个时间块中或者在一个连续模型中的一个或若干个模拟信号数字化。相位的时间同步存在于调整相位值中，从而使得它们指的是在不同的设备之间的一个公共时间参考。相位同步与一个或若干个频谱分量相关。辅助地，还可以实现对每个分量的频率的校正。频谱分量可以是傅立叶变换、小波分析或其他任何导致为一个信号分量分配相位值的过程的结果。与这些测量设备相关联的转换单元可以是一个永久的、便携的或者移动的系统的元件。代表公共时间参考的同步信号优选地衍生自一个GPS接收器，但它仍可以衍生自一个本地生成的并且通过无线电、通过导电或者通过其他任何手段(例如IEEE 1588)发射的、并且在需要时被数字化转换的载波。本发明具体地是针对使用一种分布式测量系统并需要所测量的相位的同步具有高精确度的系统、进程、及技术，并且其材料成本较低。例如，在电力传送网络区域，要求实现同步的相位测量的PMU(相位测量单元)具有快速响应时间，而这损害了成本及精确度。相反地，根据本发明的方法带来的精确度增益及其低成本具体地允许对变压器套管的介电状态的经济监测。在工业区中，可以利用本发明控制远程发动机或者其他过程，以便使不同的设备同步(尤其是造纸装置及传送装置)。重要的是对不同测量的相位与角度传感器或提供该过程中所涉及的单元的循环状态信息(位移、速度、加速度、转数表)的其他任何传感器所产生的相位进行比较。在振动测量领域，及更具体地说在模态分析领域中，在如钻探平台上的广泛区域中，本发明允许定位在不同位置的不同设备执行相位测量的精确同步。在定位领域中，如声纳及雷达，本发明允许对来自静止的或移动的接收器的分布的一个或若干个波前的方向的精确估算。总之，根据本发明进行相位的时间同步的方法涉及若干个相位测量单元PCU( “相位计算单元”)以及至少一个相位处理单元PPU。每个rcu连接到一个(或若干个)测量设备上，用作一个传感器，该传感器可以形成PCU的一部分或者被附装在另一个设备外，并且可包括一个处理单元、一个提供同步信号的GPS接收器、一个参考时钟及一个通信接口。该PPU可包括一个处理单元及一个通信接口。在每个P⑶中，可执行以下步骤
(a)当需要时，首先将来自与该PCU相关联的传感器的信号数字化，并且将其路由到其处理单元；(b)该处理单元接收一个来自GPS接收器的同步信号及参考时钟信号；(C)该处理单元具有一个计数器，该计数器接收该参考时钟信号并且响应于一个时间标记(如在该参考时钟信号中的每个时钟周期)而增加其计数；(d)该计数器优选地被重置以响应于在由该GPS接收器提供的同步信号中一个时间标记，如该同步信号的跃迁，并且该处理单元在该同步信号中的时间标记出现时存储与该计数器的一个计数值相对应的“0PPS”值；(e)该处理单元为该数字化后的信号的某些样本分配一个计数值；(f)该处理单元在该数字化后的信号中选择一个具有有限样本数(例如，包括16到65536个样本之间)的时间块；(g)该处理单元保留连接到选中的块中的样本上的至少一个并且优选地两个计数值以及所存储的OPPS值；(h)该处理单元为选中的块的样本中的至少一个保留一个时间参考，例如由该GPS接收器提供的{时分秒}及可选地{日月年};(i)该处理单元在一个表示域上执行对被数字化的信号(时域)的变换，在该表示域上该数字化后的信号所感兴趣的分量是可辨别的；(j)该处理单元估算并保留在选中的块中观察到的一个或若干个所感兴趣的分量的相位值及时间特征值，如其频率、其比例或其周期性；并且(k)该处理单元传送代表这些保留值的数据到该PTO上或者继续进行进一步的处理。可以在每个P⑶或该PPU中执行以下步骤(I)该OPPS值用于为已被保留的、连接到选中的块的样本上的计数值分配对应的时间值；(m)从这些保留的计数值的时间值中，(P⑶或者PPU的，取决于情况)该处理单元为每个所感兴趣的分量分配一个时间特征值(例如频率、比例、周期性)；(η)从这些保留的计数值的时间值之一中，该处理单元为选中的块分配一个时间标签；(O)如果该相位值的时间参考与分配的时间标签的位置不对应，则该处理单元从这些保留的计数值的时间值中调整每个分量的相位值，从而使其与选中的块的时间标签所决定的时间参考相对应；并且(P)在先前的步骤由P⑶执行的情况下，该P⑶的处理单元传送代表选中的块的时间标签及相位值的数据、以及选中的块中观察到的这个(些)分量的时间特征值到该PPU上。可以在该PPU中执行以下步骤(q)在来自若干个P⑶的块中，该处理单元根据一个预先确定的相似性准则重组那些具有一个类似的时间标签的块；(r)该处理单元根据由一个分配到这些重组块的公共时间标签确定的公共时间参考对每个重组块的每个所感兴趣的分量的相位值进行转换；并且
(s)该处理单元提供在公共时间标签下重组的这些块中观察到的这个(些)分量的公共时间标签、转换的相位值、以及时间特征值，从而实现这些测量信号的相位的时间同
止/J/ O这些rcu和PI3U可以是一个系统中永久的、便携的、或移动的元件。该PI3U可以集成在一个P⑶的处理单元中。若干个P⑶可以共享一个GPS接收器、一个参考时钟、和/或
一个通信接口。在传感器提供模拟信号的情况下，该模拟信号经过一个对信号进行采样并将其数字化的模数转换器(ADC)。在到达一个PCU的处理单元前，该信号可以经过保护及调节电路。该调节电路可包括一个放大器、一个滤波器、和/或一个积分器或者微分器。在该调节电路或者该转换器还可以包括一个抗混叠滤波器。该数字化后的信号可以在被一个P⑶的处理单元接收前经过一个电镀绝缘层。一个或若干个数字化子单元可以通过一个公共的总线连接到一个PCU的处理单元上。一个PCU的处理单元可将一个计数值分配到该数字化后的信号的所有样本中，而不仅仅是某些样本。在对一个传感器下发的信号进行持续数字化的情况下，该信号被优选地分为时间上重叠或不重叠的连续时间块中。该数字化后的信号可在其一个块被提取前经历抽选。一个PCU的处理单元可保留该计数器的两个计数值，分别由例如与选中的时间块的第一样本相对应的count_0及与相同的块的最后一个样本相对应的count_N-l组成。count_0及count_N-l的值与该块中的或者选中的时间块的附近区域中的远程样本相对应。在该同步信号的时间损耗可能发生的情况下，被PCU保留以供其计算的可能是最后的OPPS值。该PCU可被配置成用于检测同步损耗、标记相应的块、及相应地管理该计数器。例如，可以通过若干标准偏差相对于最后的OPPS的滑动平均值的计数差异来检测该同步损耗。该PCU可将每个块的同步状态传送到PI3U上，提醒其最终的同步损耗。由GPS接收器传送到该P⑶上的GPS接收器的状态也可由该P⑶继电到该PI3U上。OPPS值可与GPS接收器提供的时间参考的值一起用于为该计数器的已被保留的计数值分配一个时间标签。该时间标签可指向PCU中的选中的块的开始、中间或结束，或者当需要时指向该块中的另一个预先确定的位置。
当需要时，由GPS接收器提供的时间参考的值可由另一个时间单元表达，例如从一个给定的日期后的秒数。一个PCU的处理单元还可以估算并保留在选中的块中观察到的一个或若干个分量的振幅值，并且为了与其他数据进行处理的目的，将它或它们传送到PPU。该PPU中的这些块的重组可在一个给定的时间间隔中进行，响应于一个命令进行或者在每一次来自这些PCU的一个新的数据集到达时进行。该公共时间参考可以是一个预先确定的值、重组后的数据集的这些时间标签的值之一、或者与重组后的数据集的这些时间标签的时间平均值相关的一个标签。为了限制由这些分量的频谱重叠所引入的错误，可以将一个谱窗应用在经历变换的选中的块上。这个(些)分量可以由傅立叶变换、小波分析、周期平稳特性分析或其他任何导致为一个信号分量分配相位值的过程所产生。在这三个具体的情况中，频率、比例及周期性将会分别地将一个分量特征化。 在无源雷达定位的情况下，可以通过一个在该信号中可被不同的PCU识别的密钥(图案)来选择一个块。例如，该密钥可与来自AM、FM、电视台或其他且显示良好信噪比的一个独特的RF瞬态相对应。每次反射创建了该密钥的一个复制品。在该PCU中，随后粗略地根据其包络并且精细地根据其相位在两个等级上建立一个密钥或其复制品的时间位置。对由不同的PCU捕获的密钥进行比较允许将衍生自一次相同的传输的密钥相关联，并且推断延迟及相关的多普勒效应。为了使用所获得的定位的统计巧合以增加鲁棒性及精确性，可以在多于一个RF信号段上对这些块进行采样。该方法允许通过减少同步信号的时间离差来增加相位的时间同步的精确度，通过以下步骤(a)对于每个块，将在该块的处理中使用的计数值(包括OPPS值)从一个P⑶传送到PPU中，并且存储在该PPU中；(b)在由该PPU收集的连续OPPS值上应用一个数字滤波器，并且因此生成新的OPPS 值；(c)根据新的过滤后的OPPS值重新生成该P⑶的计数器的计数值；(d)使用这些新的OPPS值为这些已被保留的计数值分配时间值；(e)使用旧的计数值以找回在这些具有相同的时间标签的块中观察到的分量的初相及时间特征值；(f)根据这些在(b)和(d)中所计算的新的OPPS及计数值和在(e)中恢复的原有值重新计算在这些具有相同的时间标签的块中观察到的分量的相位及时间特征值；并且(g)根据过滤后的OPPS值重新计算这些重组块的时间标签，或者根据原有的公共时间标签转换相位值。可以通过对由于在来自该PI3U收集的连续OPPS值上应用一个数字滤波器所产生的值(例如，FIR( “有限脉冲响应”)或者IIR( “无限脉冲响应”))的相位和时间特征进行校正来代替步骤(b)、(c)、(d)及(e)。可通过减少该参考时钟信号的时间漂移来代替步骤(f)，通过以下步骤(a)通过对OPPS值进行插值来生成一个时间传递函数，该时间传递函数将由这些过滤后的OPPS值产生的新的计数值转换为与由一个恒定频率时钟驱动的一个计数器产生的计数值相对应的计数值，该恒定频率时钟显示了一个在下文中被称为OPPSP的恒定的OPPS 值；(b)对这些新的计数值应用该传递函数以对其进行校正；(c)使用新的OPPSP值为这些已被保留的计数值分配时间值；并且(d)根据该OPPSP值及这些校正后的计数时间值重新计算在这些具有相同的时间标签的块中观察到的分量的相位及时间特征值。在同步信号的时间损耗可能发生的情况下，PTO可以通过考虑在同步损耗前后的有效的OPPS计数来恢复一个PCU的计算。在继续进行在衍生自经历同步信号损耗的PCU的这些块中观察到的分量的时间标签及相位和时间特征值的计算前，可以 实现对一个遗漏的计数的线性插值。该插值可应用在由一系列OPPS值的连续和形成的一系列上。对某一个时间段而言，重新生成的计数值可以不包括重置，以便给出一个连续的级数计数。一个观察到的分量可以是一个被振幅、周期性及相位所特征化的周期平稳特性，其中周期性被处理为与频率相反。PPU可被配置成用于识别可能由例如气候现象(如下雨或者一个对测量具有类似影响的现象)导致的偏倚的测量，以便例如拒绝它们并且不在用于建立基于根据本发明的相位测量的时间同步的诊断的计算中使用它们，如例如，用于对变压器套管的监测(即，对可能的有缺陷的条件)。在这类情况中，PPU可执行以下步骤(a)基于这些重组块的分量的相位值，连续估算相角差的时间差；(b)计算这些连续估算的标准偏差；并且(c)取决于相应的标准偏差是否超过一个预先确定的拒绝门限而使一个测量无效。该PTO然后可被配置成用于在这些测量再次有效前停止这些用于建立诊断的计算，这意味着这些引起不同测量的重要瞬态的扰乱现象已经结束。当需要时，这些连续估算可在相角差的正切的时间差上进行。
将会在下文参考以下附图给出本发明的优选实施方案的详细说明图I是示出了根据本发明的一个系统的架构的实例的原理图。图2是示出了根据本发明的一个相位测量单元(P⑶)的原理图。图3是示出了根据本发明的一个在不同的相位测量单元(PCU)之间共享的配置的原理图。图4是示出了根据本发明的由一个相位测量单元(P⑶)执行的一个处理的原理图。图5是示出了根据本发明的在一个变压器套管上获得的信号的一个相位测量单元(P⑶)的原理图。图6是示出了根据本发明的一种用于监测变压器套管的系统的原理图。
具体实施例方式如结合本披露所使用的，术语“时间特征”指代一个信号中所感兴趣的分量的频率、比例、周期性或类似的参数。参见图1，示出了根据本发明的一个系统的架构的实例，其中若干个相位测量单元I (在下文中也被成为相位计算单元或P⑶)通过一个本地通信网络3连接到一个相位处理单元或者PPU 2上，该本地通信网络可将其自身连接到一个更大的网络4上。也可通过该更大的网络4添加其他的PCU(未示出)。在根据本发明的系统的一个可能的配置中，每个PCU I的作用是估算一个被测量的信号的一个或若干个频谱分量的振幅、相位以及频率值，同时将一个时间标签关联到这些数据上；而PPU 2的作用是处理衍生自rcu I的数据，从而在类似的时间标签下对其进行重组以实现测量信号的相位的时间同步，并且传送这些数据以使其被处理，例如，使这些数据被一个需要此类数据的设备所使用，或者用于存储在一个数据库中。
参见图2，一个P⑶I可配备有一个数字化单元以产生关于有待监测的设备的一个特征的一个测量信号，该数字化单元包括集成到一个设备(未示出)或附装在其外部的一个传感器5或者另一个测量设备。在一个转换器8对模拟信号进行数字转换前，该信号
可经过一个保护电路6及一个调节电路7(例如，放大器、滤波器、积分器、微分器......)。
该调节电路7或者该转换器8还可以包括一个抗混叠滤波器。一个或若干个数字化单元可通过一个公共总线10连接到一个处理单元11上。优选地，每个数字化单元具有一个相对于将其连接到系统的其余部分的总线10的电镀绝缘层9。在一个传感器具有一个数字输出的情况下，不需要该转换器8。该处理单元11接收同步信号以及来自一个参考时钟13的信号。该同步信号优选地衍生自一个GPS接收器12，但也可以衍生自一个载波，该载波是本地生成的并且在需要时通过无线电、导电或其他任何合适的传输介质来传送。该同步信号可表现为每秒一个脉冲的形式，或在预先建立的时间单元中提供允许时间同步的时间标记的另一种形式。该处理单元11具有一个计数器14，该计数器接收来自参考时钟13的信号并且响应于如在时钟13的信号中的一个时钟周期的一个时间标记而增加其计数。时钟13具有根据预期应用及材料环境(例如，电源的温度及稳定性)所选择的稳定性规范。计数器14优选地在来自GPS接收器12的同步信号跃迁时被重置。该测量信号可在连续模型中或者由时间块数字化。在连续数字化的情况下，该测量信号被分为可以时间重叠或不重叠的连续时间块。在P⑶I的一个可能的配置中，处理单元11估算一个数字化信号时钟的一个或若干个频谱分量的振幅、频率(或另一个时间特征)以及相位，并且为该时钟分配一个时间标签。这些操作可由一个处理器27或者一个在该处理单元11中的具有一个存储器的类似的电路执行。该处理所产生的数据通过一个通信接口 15被传送到PPU 2(如在图I中所示)O参见图3，若干个P⑶I可共享一个相同的GPS接收器12、一个相同的参考时钟13及一个相同的通信接口 15。参见图4，示出了一个P⑶I (如图I所示)可执行的处理。由于实践性的原因，采样后的信号16、谱窗17及计数值21作为连续值出现，然而在现实中，它们是一系列的离散值。采样后的信号16可与数字化信号或该数字化信号的抽选相对应。为了限制由这些分量的频谱重叠而引入的错误(频谱泄漏，参看F. J.哈瑞斯(F.J. Harris)的“使用离散傅里叶变换的谱窗使用的谐波分析(On the use of windows for harmonic analysis withthe discrete Fourier transform), IEEE 会刊,Vol. 66, no. I, pp. 51-83,1978),—个谱窗17被优选地应用在经历一个变换18的信号块上。该谱窗17将优选地具有一个近乎高斯的形状，并且将显示一个高旁瓣报废率。在一个音调的能量在一个频率上用一个振幅和一个相位重组时，该转换18将该时间信号转换为频谱信息。优选地，此变换将对应于一个快速傅里叶变换(FFT)。该频谱信息被提交到一个分量估算仪19。该估算仪19依次找到一个或若干个音调的谱线的振幅、相位及频率。此时PCU I可停止该处理并且将该振幅、频率及相位值及GPS接收器12的时间标签20以及连接到参考时钟13上的计数器14的三个值(如图2所示)传送到PPU 2(如在图I中所示)。优选地，计数器14的这三个计数值21分别包括对应于选中的时间块的一个第一样本的count_022、对应于选中的时间块的最后一个样本的Count_N-l 24以及当在由GPS接收器12提供的同步信号的最后一次跃迁时重置该计数器14 (例如，每秒一个脉冲)时的一个OPPS值21。时间标签可指向所选中的块的开始、中间或结束，或者当需要时指向该块中的另一个具体的点。应当注意如计数方向的跃迁的另一个变化可被实现，而不用重置该计数器14。或者仍然，假如保留了计数器14的指示由该同步信号提供的一个时间标记的OPPS计数值，则计数器14可以不改变。在此情况中，由同步信号提供的时间标记的速率将会优选地高于计数器14的计算循环，以简化这些时间标记的处理。当需要时，只有OPPS计数值23以及另一个计数值可被传送。以下处理可在一个rcu 1(如图I和2中所示)中或PPU 2(如图I所示)中执行。对于频率的估算、将相位调整到给定的时间参考及时间标签的生成，估算仪19使用由GPS接收器12传送到它的信息20以及连接到参考时钟13的计数器14的三个计数值21。GPS接收器12的信息20与当前的时间标签时/分/秒(并且可能地为日/月/年)相对应。OPPS值23允许对参考时钟13的频率进行特征化，并且从而将一个时间值给予每个计数21。例如，对于一个IOOMHz的参考时钟，计数21给予一个可典型地与大约一亿个样本的一些单元不同的OPPS值23。对于将要随后对应该时间标签的第k个计数
权利要求
1.一种用于对来自对应的测量设备的信号的相位进行时间同步的方法，该方法包括以下步骤 对于每个测量设备 接收每个测量设备的可获得的一个同步信号； 产生一个具有高于该同步信号的速率的参考时钟信号； 响应于该参考时钟信号来运行一个计数器，以产生多个计数值； 使用该计数器提供的这些计数值完成该同步信号； 选择至少一个时间块，该时间块在来自该测量设备的信号中具有有限的样本； 使用该已完成的同步信号建立每个时间块的至少两个样本的时间位置； 估算来自该测量设备的信号的至少一个分量在每个时间块中的相位值及时间特征； 为每个时间块分配一个衍生自该已完成的同步信号的时间标签；并且为每个时间块产生代表该至少一个分量、该相位值、该时间特征、该时间位置及该时间标签的数据；并且 对于所有的测量设备 对与这些时间块相关的数据进行重组，这些时间块在用作公共时间参考的相同时间标签下具有类似的时间标签；并且 根据对应的公共时间参考及相应的时间位置，为来自这些测量设备的信号的相位的时间同步计算该至少一个分量在这些时间块中的新的相位值。
2.根据权利要求I所述的方法，其中由该计数器提供的这些计数值基于该参考时钟信号的一个循环元，响应于在该同步信号中的一个时间标记来操作该计数器从而改变该计数值或者计数方向，在该时间标记出现时的样本的时间位置与这些相应的计数值是相关的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该至少两个样本具有相对于该时间块的具体位置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中这些具体位置与该时间块的第一个和最后一个样本之一相对应，并且与一个对应于在该同步信号中的时间标记的样本相对应。
5.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤接收每个测量设备可获得的一个时间信号，并且其中被分配到每个时间块的时间标签基于一个时间测量单元，该时间测量单元是由在该同步信号中的一个时间标记出现时的时间信号所指示的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中该同步信号及该时间信号衍生自一个相同的信号。
7.根据权利要求I所述的方法，其中该信号的该至少一个分量的时间特征被估算为该时间块的样本的时间位置的函数。
8.根据权利要求I所述的方法，其中所估算的相位值被调整为与该时间块的时间标签相对应的时间位置的函数。
9.根据权利要求I所述的方法，其中通过在一个表示域中执行来自该测量设备的信号的变换来获得该至少一个分量，在该表示域中该至少一个分量是可辨别的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中该变换是以下各项之一傅立叶变换、小波分析及周期平稳特性分析，并且该至少一个分量的时间特征分别是频率、比例及周期性。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤在每个经历该变换的时间块上应用一个谱窗。
12.根据权利要求I所述的方法，其中这些类似的时间标签是根据一个预先确定的相似性准则确定的。
13.根据权利要求I所述的方法，其中一个相同的同步信号和一个相同的参考时钟信号中的至少一个用于处理来自这些测量设备中的一些的信号。
14.根据权利要求I所述的方法，其中该同步信号衍生自一个GPS。
15.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下初始步骤中的至少一个 对来自这些测量设备的信号进行滤波； 对来自这些测量设备的信号进行放大； 对来自这些测量设备的信号进行积分或微分； 对来自这些测量设备的信号进行抽�。� 对于提供模拟信号的每个测量设备，将来自该测量设备的模拟信号数字化为一个数字信号；并且 使来自这些测量设备的模拟信号通过一个电镀绝缘层。
16.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤在用在损耗期间由该计数器提供的计数值完成损耗之前，根据同步信号检测该将要被估算的至少一个分量的同步信号、相位值及时间特征的时间损耗。
17.根据权利要求16所述的方法,其中该损耗由若干标准偏差相对于每个在时间上定位的时间块的样本之一的计数值的滑动平均值的计数差异来检测的。
18.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤在每个时间块中对来自测量设备的信号的该至少一个分量的振幅值进行估算，该振幅值被添加到为每个时间块产生的数据中。
19.根据权利要求I所述的方法，其中该数据在一个预先确定的时间间隔中响应于一个命令或在每次一个产生的新数据集到达时被重组。
20.根据权利要求I所述的方法，其中每个公共时间参考由一个预先确定的值所限定，该预先确定的值与这些重组块、这些重组块的时间标签之一、或者这些重组块的时间标签的时间平均值相对应的一个标签相关联。
21.根据权利要求I所述的方法，对于所有的测量设备，进一步包括以下步骤 收集在该同步信号中与这些时间标记重合的时间块中的样本的连续计数值；并且 校正在这些块中观察到的该至少一个分量的相位值及时间特征，这些块具有相同的时间标签，该相同的时间标签来自新的计数值，这些计数值是通过对这些收集的计数值应用一个数字滤波器所产生的。
22.根据权利要求21所述的方法，其中该数字滤波器是一个有限或者无限脉冲响应滤波器。
23.根据权利要求21所述的方法，对于所有的测量设备，进一步包括以下步骤 通过对所收集的计数值进行插值,生成一个时间传递函数,该时间传递函数将新的过滤后的计数值转换为由一个恒定频率参考时钟操作的计数器所提供的一个计数值，该恒定频率参考时钟在该同步信号中的一个时间标记出现时展示一个恒定的计数值； 对这些新的计数值应用该传递函数以对其进行校正；使用该恒定的计数值以校正这些样本的时间位置；并且 从该恒定的计数值及校正后的时间位置重新计算从这些具有相同的时间标签的时间块中观察到的该至少一个分量的相位值及时间特征。
24.根据权利要求I所述的方法，进一步包括以下步骤，对于所有的测量设备 检测用于产生与来自这些测量设备之一的信号相关的该同步信号的时间损耗；并且通过考虑与在损耗前后在该同步信号中的这些时间标记重合的计数值并且通过对这些遗漏的计数值进行插值来重新计算损耗期间的数据，用于计算与重新计算后的数据相对应的新的相位值。
25.根据权利要求I所述的方法，对于所有的测量设备，进一步包括以下步骤 基于这些重组块的分量的相位值，连续估算相角差的时间差； 计算这些连续估算的标准偏差；并且 取决于相应的标准偏差是否超过一个预先确定的拒绝门限而使一个测量无效。
26.一种用于来自对应的测量设备的信号的相位的时间同步的系统，该系统包括 对于每个测量设备，一个相位测量单元，该相位测量单元包括 一个接收每个相位测量单元可获得的同步信号的接收器； 一个产生具有高于该同步信号的速率的参考时钟信号的时钟； 一个处理单元；以及 对于所有的测量设备，一个相位处理单元，该相位处理单元包括一个处理单元； 每个相位测量单元的处理单元被配置成用于接收来自相应的测量设备的信号、接收该同步信号、接受该参考时钟信号、提供一个响应于该参考时钟信号运行从而产生计数值的计数器、使用该计数器提供的计数值完成该同步信号、选择至少一个在来自该测量设备的信号中具有有限样本数的时间块、使用所完成的同步信号建立每个时间块的至少两个样本的时间位置、估算来自该测量设备的信号的至少一个分量在每个时间块中的相位值及时间特征、并且产生代表该至少一个分量、该相位值、该时间特征、及这些时间位置的数据； 每个相位测量单元及该相位处理单元之一的处理单元被配置成用于为每个时间块分配一个衍生自该完成的同步信号的时间标签，该时间标签形成与每个时间块相关的部分数据；并且 该相位处理单元的处理单元被配置成用于对这些在用作公共时间参考的相同时间标签下具有类似的时间标签的时间块相关的数据进行重组，并且根据对应的公共时间参考及相应的时间位置，为来自这些测量设备的信号的相位的时间同步计算在这些时间块中的该至少一个分量的新的相位值。
27.根据权利要求26所述的系统，其中由该计数器提供的这些计数值基于该参考时钟信号的一个循环元，响应于在该同步信号中的一个时间标记来操作该计数器从而改变该计数值或者计数方向，在该时间标签出现时的这些样本的时间位置与这些相应的计数值是相关的。
28.根据权利要求26所述的系统，其中该至少两个样本具有相对于该时间块的具体位置。
29.根据权利要求28所述的系统，其中这些具体位置与所述时间块的第一个和最后一个样本之一相对应，并且与一个对应于在该同步信号中的时间标记的样本相对应。
30.根据权利要求26所述的系统，其中每个相位测量单元的处理单元被配置成用于接收每个测量设备可获得的一个时间信号，并且被分配到每个时间块的时间标签基于一个时间测量单元，该时间测量单元是由在该同步信号中的在一个时间标记出现时的时间信号所指示的。
31.根据权利要求30所述的系统，其中该同步信号及该时间信号衍生自一个相同的信号。
32.根据权利要求26所述的系统，其中该信号的该至少一个分量的时间特征被估算为该时间块的样本的时间位置的函数。
33.根据权利要求26所述的系统，其中所估算的相位值被调整为与该时间块的时间标签相对应的时间位置的函数。
34.根据权利要求26所述的系统，其中每个相位测量单位的处理单元被配置用于通过在一个表示域中执行来自该测量设备的信号的变换获得该至少一个分量，在该表示域中该至少一个分量是可辨别的。
35.根据权利要求34所述的系统，其中该变换是以下各项之一傅立叶变换、小波分析及周期平稳特性分析，并且该至少一个分量的时间特征分别是频率、比例及周期性。
36.根据权利要求34所述的系统，其中每个相位测量单元的处理单元被配置成用于对每个经历该变换的时间块应用一个谱窗。
37.根据权利要求26所述的系统，其中这些类似的时间标签是根据一个预先确定的相似性准则确定的。
38.根据权利要求26所述的系统，其中一组相位测量单元通过一条公共总线共享一个相同的接收器及一个相同的时钟中的至少一个，该公共总线处于该相同的接收器及该相同的时钟中的至少一个与该组相位测量单元的处理单元之间。
39.根据权利要求26所述的系统，其中每个相位测量单元及该相位处理单元包括连接到一个网络上的对应的通信接口。
40.根据权利要求26所述的系统，其中该接收器是一个GPS接收器。
41.根据权利要求26所述的系统，对于每个相位测量单元，进一步包括至少以下各项之一 一个对来自这些测量设备的信号进行滤波的滤波器； 一个对来自这些测量设备的信号进行放大的放大器； 对来自这些测量设备的信号进行积分或微分的一个积分器或一个差分器； 一个对来自这些测量设备的信号进行抽取的抽取器； 对于提供模拟信号的每个测量单元，一个把来自该测量设备的模拟信号数字化为数字信号的模数转换器；以及 一个使相位测量单元与相应的测量设备绝缘的电镀绝缘层。
42.根据权利要求26所述的系统，其中该相位处理单元的处理单元被配置成用于在其计数器在损耗过程中所提供的计数值完成损耗之前根据其同步信号为这些相位测量单元中的任何一个检测同步信号的时间损耗、检测由有待估算的有缺陷的相位测量单元估算的至少一个分量的相位值及时间特征。
43.根据权利要求42所述的系统，其中该损耗由若干标准偏差相对于每个在时间上定位的时间块的样本之一的计数值的滑动平均值的计数差异来检测。
44.根据权利要求42所述的系统，其中每个相位测量单元的处理单元被配置成用于增加代表每个时间块的同步状态或者由该接收器发射到为每个时间块产生的数据的状态的数据。
45.根据权利要求26所述的系统，其中每个相位测量单元的处理单元被配置成用于对在每个时间块中来自测量设备的信号的该至少一个分量的振幅值进行估算，该振幅值被添加到为每个时间块产生的数据中。
46.根据权利要求26所述的系统，其中该数据在一个预先确定的时间间隔中响应于一个命令或在每次这些相位测量单元产生的新数据集到达时被重组。
47.根据权利要求26所述的系统，其中每个公共时间参考由一个预先确定的值所限定，该预先确定的值与这些重组块、这些重组块的时间标签之一、或者这些重组块的时间标签的时间平均值相对应的一个标签相关联。
48.根据权利要求26所述的系统，其中该相位处理单元的处理单元被配置成用于 收集在该同步信号中与这些时间标记重合的时间块中的样本的连续计数值；并且 校正在块中观察到的该至少一个分量的相位值及时间特征，这些块具有相同的时间标签，该相同的时间标签来自新的计数值，这些新的计数值是由在这些收集的计数值上应用一个数字滤波器而产生的。
49.根据权利要求48所述的系统，其中该数字滤波器是一个有限或者无限脉冲响应滤波器。
50.根据权利要求48所述的系统，其中该相位处理单元的处理单元被配置成用于 通过对所收集的计数值进行插值,生成一个时间传递函数,该时间传递函数将新的过滤后的计数值转换为由一个恒定频率参考时钟操作的计数器所提供的一个计数值，该恒定频率参考时钟在该同步信号中的一个时间标记出现时展示一个恒定的计数值； 对这些新的计数值应用该传递函数以对其进行校正； 使用该恒定的计数值以校正这些样本的时间位置；并且 从该恒定的计数值及校正后的时间位置重新计算从这些具有相同的时间标签的时间块中观察到的该至少一个分量的相位值及时间特征。
51.根据权利要求26所述的系统，其中该相位处理单元的处理单元被配置成用于 检测用于产生与来自这些测量设备之一的信号相关的该同步信号的时间损耗；并且 通过在该损耗前后考虑与在该同步信号中的这些时间标记重合的计数值并且通过对这些遗漏的计数值进行插值来重新计算在该损耗中的数据，用于计算这些与重新计算后的数据相对应的新的相位值。
52.根据权利要求26所述的系统，其中该相位处理单元的处理单元被配置成用于 基于这些重组块的分量的相位值，连续估算相角差的时间差； 计算这些连续估算的标准偏差；并且 取决于相应的标准偏差是否超过一个预先确定的拒绝门限来使一个测量无效。
全文摘要
根据本发明，各自对其信号进行采样时不共享一个单一时钟的测量设备之间的相位的时间同步是通过对时间块中的信号的样本进行时间标记并随后对分组时间块中的信号的所感兴趣的分量的相位值进行调整来执行的，从而使得所述值被称为测量设备之间的公共的时间参考。该标记过程是通过测量设备可获得的一个同步信号、以及由每个设备的参考时钟操作的一个计数器提供的计数值来执行的。
文档编号G01D21/00GK102859334SQ201180015742
公开日2013年1月2日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年3月24日
发明者S·里恩德奥, F·莱奥纳德, P·皮彻尔, M·高文, H·贝尔特兰德, L·杜邦 申请人:魁北克水电公司
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