雷电定位系统是基于网络技术的大面积、全自动、实时监测雷电活动的计算机在线系统,是目前电力系统研究雷电活动最先进的手段。雷电定位系统一般同时使用两种基本方法实现综合定位,一种是定向法,另一种是时差法。定向法的监测点可以探测到雷电的方向,并且达到一定的精度要求。理论上,联合两个监测点的数据,就可以实现雷电定位。受探测器精度的限制,定向法的定位误差较大。而且雷电发生的位置距离监测点越远,误差越大。时差法的监测点可以记录下监测到雷电信号时的精确时间,通过对比多个监测点记录的监测到同一雷电信号的时间,实现雷电定位。这种方法和卫星定位以及基站AGPS(assisted global positioning system,辅助全球卫星定位系统)定位方法在本质上是一样的,都是利用时差换算成距离差来实现定位。从时差定位原理中不难看出,雷电定位系统时钟同步的精度直接决定了定位精度。如果按照北斗最低100 ns的授时精度计算,定位误差约为30 m。相比定向法,时差法是效果更好的一种定位方法,其定位精度很大程度上取决于时钟同步的精度。随着北斗授时精度的不断提高,利用RNSS(radio navigation satellite system,卫星无线电导航业务)授时技术可以极大地提高雷电定位系统时钟同步的精度,从而提升雷电定位系统的应用水平。北斗授时技术主要分为RDSS(radio determination satellite service,卫星无线电测定业务)单向授时、RDSS双向授时和RNSS授时。从时间同步精度上来说,RNSS授时的秒脉冲精度优于23.7 ns,虽然不是最高的,但是完全可以满足电力应用需要。而且RNSS授时方式可进行连续授时,具有用户机功率小、用户数量无限制、保密性高等优点,是北斗授时技术应用于电力系统时最佳技术选择。为了提高雷电定位系统的精度,本文研究了雷电定位和RNSS授时的基本原理,并介绍了一种基于北斗RNSS方式的授时终端。该终端主要由北斗授时模块、高精度温补晶振、FPGA(field programmable gate array,现场可编程门阵列)主控模块以及其他接口和显示模块构成。其中,FPGA主控模块及其软件算法是授时终端设计的技术核心。软件算法的主要设计思想是:北斗授时模块产生的1 pps脉冲信号经过卡尔曼滤波后,可以消除无卫星信号时脉冲信号异常带来的影响,并且提高1 pps信号的精度。晶振产生的信号经过计数器计数后,与1 pps信号进行频率比对,利用PID(proportion integral differential)算法来决定对晶振频率进行加快或减慢的调整。通过DAC(digital to analog converter,数字模拟转换器)得到调节电压,对压控温补晶振进行调整,使其振荡频率更接近1 pps信号的频率,实现驯钟。以基准秒脉冲为准确的整秒时刻,在整秒时刻之间以驯服后的10 MHz振荡器输出波形为更小的时间单位,实现时钟同步与跟随,生成1 pps信号、IRIG-B信号以及用户钟面时间。该授时终端的每个整秒时间采用经过卡尔曼滤波的秒脉冲,其误差优于20ns。在之后的1 s内,采用振荡器的输出为时间刻度计时,其1 s内的累计误差优于10 ns,整体误差优于30 s,对于雷电定位系统优于100 ns的精度要求,完全能够满足。即使在8 s内失去北斗卫星信号,仅利用本地守时,也能够保证时钟的误差在100 ns以内。仿真和测试的结果表明,通过使用本文的终端授时和守时技术,可以实现低成本、高精度的电力系统北斗RNSS授时,完全能够满足雷电定位系统的应用需求,对进一步提高雷电定位的精度具有积极意义。而雷电定位系统是所有电力业务中对时间同步要求最高的应用系统,北斗授时技术在雷电定位系统中的成功应用也标志着北斗技术理论上可以满足所有电力业务对时钟同步精度的要求。