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一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)及方法與流程

文檔序號:11947261閱讀:230來源:國知局
一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)及方法。



背景技術(shù):

分布式大地電磁法儀器作業(yè)時,一般是一臺發(fā)射機向外發(fā)射信號,其按照既定的時刻參數(shù)表在不同的時間段發(fā)射不同的頻率信號。若干臺接收機也依照相同的時刻表設(shè)置參數(shù)設(shè)置相應(yīng)參數(shù),采集信號并處理分析。一般而言,發(fā)射機與接收機所處的作業(yè)區(qū)距離達(dá)幾公里以上,接收機也按照一定的規(guī)劃分布在各處,彼此之間沒有線纜相連,亦無信息交互。

為使得發(fā)射機和接收機在動作上同步,目前所使用的方法是在發(fā)射機和接收機上都配置GPS接收機,依據(jù)GPS授時進(jìn)行同步操作。這種方法的缺點是,發(fā)射機和接收機所遵循的時刻表只能在作業(yè)之前設(shè)定,一旦開始作業(yè),則不能更改或調(diào)整時刻表。然而在實際野外作業(yè)中,由于工區(qū)現(xiàn)場地學(xué)特性不同,不同頻率信號所需的測量時間并不相同,為了取得完整、優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù),在設(shè)計時刻表時需要將各頻率信號的時間設(shè)置到足夠長,而若更改或調(diào)整參數(shù),只能停止當(dāng)前作業(yè),這不利于實現(xiàn)高效率作業(yè)。

另一方面,分布式大地電磁法儀器作業(yè)地通常在野外,公共通信手段相對較為落后或者根本沒有,這使得人工交流較為困難,不利于上述操作流程的進(jìn)行。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)及方法,能夠集授時、定位、通信功能于一體,方便數(shù)據(jù)的及時調(diào)整,從而保證了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步方法包括:發(fā)射機和接收機分別與北斗衛(wèi)星建立連接,實現(xiàn)位置定位和時間同步;所述發(fā)射機和接收機獲取秒脈沖信號,并根據(jù)秒脈沖信號調(diào)整自身溫補晶振,使其頻率達(dá)到預(yù)設(shè)值;在野外作業(yè)過程中,所述發(fā)射機和所述接收機通過所述北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時調(diào)整作業(yè)過程。

其中,實現(xiàn)時間同步的步驟包括:獲取秒脈沖信號,所述秒脈沖信號的上升沿為秒的起始時刻;所述發(fā)射機和接收機分別獲取其自身的NMEA語句,所述NMEA語句包括緯度、高程、時間以及速度信息;所述發(fā)射機和接收機分別根據(jù)自身的NMEA語句與所述秒脈沖信號實現(xiàn)時間同步。

其中,根據(jù)秒脈沖信號調(diào)整自身溫補晶振的步驟包括:

所述接收機和所述發(fā)射機分別對自身的溫補晶振輸出的信號進(jìn)行計數(shù),在N個所述秒脈沖信號的脈沖時間內(nèi),得到的計數(shù)值是n,則溫補晶振的頻率是F=n/N(Hz);

將所述F與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)所述溫補晶振的調(diào)節(jié)控制電壓,使其輸出頻率與預(yù)設(shè)值之間的誤差小于預(yù)設(shè)的閾值。

其中,發(fā)射機和所述接收機通過所述北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信的步驟包括:

采集數(shù)據(jù)步驟:在一特定頻率段內(nèi),所述接收機采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算,并評估所采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量,以確定是否獲取了所述特定頻率段內(nèi)的足夠數(shù)量的數(shù)據(jù);

評估步驟:所述接收機完成采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評估后,通過所述北斗衛(wèi)星將評估結(jié)果傳送給所述發(fā)射機;

調(diào)整步驟:所述發(fā)射機在收到所有入網(wǎng)的接收機的消息后,做進(jìn)一步分析判斷,對發(fā)射信號的功率強度做出調(diào)整,并將時間和功率強度的信息群發(fā)給所有接收機;

反復(fù)執(zhí)行所述采集數(shù)據(jù)步驟、評估步驟以及調(diào)整步驟,以使接收機獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù);

完成一個特定頻率段的信號發(fā)射后,所述發(fā)射機做出調(diào)整,改變發(fā)射頻率,同樣使用北斗衛(wèi)星將新調(diào)整的信息發(fā)送給接收機,所述接收機繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。

其中,基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步方法還包括:

在進(jìn)行采集數(shù)據(jù)前,設(shè)定參數(shù)表,所述參數(shù)表包含發(fā)射信號的頻率及其持續(xù)時間參數(shù)信息,所述接收機和發(fā)射機各自保存,以備用。

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的另一個技術(shù)方案是:提供一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng),該基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)包括發(fā)射機、接收機、北斗衛(wèi)星以及地面控制器,其中:所述發(fā)射機和接收機分別包括第一收發(fā)模塊和第二收發(fā)模塊,所述第一收發(fā)模塊和所述第二收發(fā)模塊分別與所述北斗衛(wèi)星建立連接,實現(xiàn)所述發(fā)射機和接收機的位置定位和時間同步;所述第一收發(fā)模塊和所述第二收發(fā)模塊分別輸出秒脈沖信號,所述發(fā)射機和接收機分別包括第一主控制器和第二主控制器,所述第一主控制器和所述第二主控制器分別獲取所述秒脈沖信號,并根據(jù)秒脈沖信號調(diào)整所述發(fā)射機和所述接收機自身的溫補晶振,使其頻率達(dá)到預(yù)設(shè)值;在野外作業(yè)過程中,所述發(fā)射機的第一收發(fā)模塊和所述接收機的第二收發(fā)模塊通過所述北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時調(diào)整作業(yè)過程。

其中,第一主控制器和所述第二主控器分別獲取秒脈沖信號,所述秒脈沖信號的上升沿為秒的起始時刻;

所述第一收發(fā)模塊和所述第二收發(fā)模塊分別輸出自身的NMEA語句,所述NMEA語句包括緯度、高程、時間以及速度信息;

所述第一主控制器和所述第二主控器分別獲取所述第一收發(fā)模塊和所述第二收發(fā)模塊輸出的NMEA語句,并分別根據(jù)獲取的NMEA語句與所述秒脈沖信號實現(xiàn)時間同步。

其中,發(fā)射機和所述接收機分別包括第一計數(shù)器和第二計數(shù)器,所述第一計數(shù)器和所述第二計數(shù)器分別對所述發(fā)射機和所述接收機自身的溫補晶振輸出的信號進(jìn)行計數(shù),在N個所述秒脈沖信號的脈沖時間內(nèi),得到的計數(shù)值是n,則所述第一主控制器和所述第二主控制器計算各自的溫補晶振的頻率是F=n/N(Hz),并將所述F與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)所述溫補晶振的調(diào)節(jié)控制電壓,使其輸出頻率與預(yù)設(shè)值之間的誤差小于預(yù)設(shè)的閾值。

其中,接收機還包括采集模塊,在一特定頻率段內(nèi),所述采集模塊采集數(shù)據(jù),所述第二主控器進(jìn)行計算,并評估所采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量,以確定是否獲取了所述特定頻率段內(nèi)的足夠數(shù)量的數(shù)據(jù);

所述采集模塊完成采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評估后,所述第二收發(fā)模塊通過所述北斗衛(wèi)星將評估結(jié)果傳送給所述發(fā)射機的第一收發(fā)模塊;

所述第一收發(fā)模塊在收到所有入網(wǎng)的接收機的消息后,所述第一主控器做進(jìn)一步分析判斷,對發(fā)射信號的功率強度做出調(diào)整,所述第一收發(fā)模塊將時間和功率強度的信息群發(fā)給所有接收機;

反復(fù)采集數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評估以及對發(fā)射信號的功率強度進(jìn)行調(diào)整,以使接收機獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù);

完成一個特定頻率段的信號發(fā)射后,所述發(fā)射機的第一主控制器做出調(diào)整,改變發(fā)射頻率,所述第一收發(fā)模塊同樣使用北斗衛(wèi)星將新調(diào)整的信息發(fā)送給接收機,所述接收機繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。

其中,地面控制器在進(jìn)行采集數(shù)據(jù)前,設(shè)定參數(shù)表,所述參數(shù)表包含發(fā)射信號的頻率及其持續(xù)時間參數(shù)信息,所述接收機和發(fā)射機各自保存,以備用。

本發(fā)明的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況,本發(fā)明提供一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)及方法,該方法包括:發(fā)射機和接收機分別與北斗衛(wèi)星建立連接,實現(xiàn)位置定位和時間同步;所述發(fā)射機和接收機獲取秒脈沖信號,并根據(jù)秒脈沖信號調(diào)整自身溫補晶振,使其頻率達(dá)到預(yù)設(shè)值;在野外作業(yè)過程中,發(fā)射機和接收機通過北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時調(diào)整作業(yè)過程。因此,本發(fā)明能夠集授時、定位、通信功能于一體,方便數(shù)據(jù)的及時調(diào)整,從而保證了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式提供的一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步方法的流程圖;

圖2是本發(fā)明實施方式提供的一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

參閱圖1,圖1是本發(fā)明實施方式提供的一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步方法的流程圖。如圖1所示,本實施例的方法包括以下步驟:

步驟S1:發(fā)射機和接收機分別與北斗衛(wèi)星建立連接,實現(xiàn)位置定位和時間同步。

本步驟中,發(fā)射機和接收機具體是通過北斗衛(wèi)星的短消息傳送功能建立通信管道,以建立連接。

實現(xiàn)時間同步的具體步驟為:首先獲取秒脈沖信號,秒脈沖信號的上升沿為秒的起始時刻,其精度可達(dá)40nS。然后發(fā)射機和接收機分別獲取其自身的NMEA語句,其中,NMEA語句包括緯度、高程、時間以及速度信息。NMEA語句是按照一定時間的間隔周期性輸出的,并且輸出間隔優(yōu)選為1秒。最后發(fā)射機和接收機分別根據(jù)自身的NMEA語句與秒脈沖信號實現(xiàn)時間同步。不同的發(fā)射機和接收機的時間同步精度最高可以到40nS。

步驟S2:發(fā)射機和接收機獲取秒脈沖信號,并根據(jù)秒脈沖信號調(diào)整自身溫補晶振,使其頻率達(dá)到預(yù)設(shè)值。

本步驟中,具體為首先將秒脈沖信號作為計數(shù)的啟停信號。然后接收機和發(fā)射機分別對自身的溫補晶振輸出的信號進(jìn)行計數(shù),在N個秒脈沖信號的脈沖時間內(nèi),得到的計數(shù)值是n,則溫補晶振的頻率是F=n/N(Hz),最后將F與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)溫補晶振的調(diào)節(jié)控制電壓,使其輸出頻率與預(yù)設(shè)值之間的誤差小于預(yù)設(shè)的閾值。

步驟S3:在野外作業(yè)過程中,發(fā)射機和接收機通過北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時調(diào)整作業(yè)過程。

本步驟中,發(fā)射機是根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)通過北斗衛(wèi)星和接收機進(jìn)行通信。

具體包括采集數(shù)據(jù)步驟、評估步驟以及調(diào)整步驟。具體而言,采集數(shù)據(jù)步驟為:在一特定頻率段內(nèi),接收機采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行計算,并評估所采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量,以確定是否獲取了特定頻率段內(nèi)的足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)。評估步驟為接收機完成采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評估后,通過北斗衛(wèi)星將評估結(jié)果傳送給發(fā)射機,具體是通過北斗衛(wèi)星的短消息傳送功能進(jìn)行傳送。調(diào)整步驟為發(fā)射機在收到所有入網(wǎng)的接收機的消息后,做進(jìn)一步分析判斷,對發(fā)射信號的功率強度做出調(diào)整,并將時間和功率強度的信息群發(fā)給所有接收機。

進(jìn)一步的,反復(fù)執(zhí)行上述的采集數(shù)據(jù)步驟、評估步驟以及調(diào)整步驟,以使接收機獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

更進(jìn)一步的,在完成一個特定頻率段的信號發(fā)射后,發(fā)射機做出調(diào)整,改變發(fā)射頻率,同樣使用北斗衛(wèi)星的短消息傳送功能將新調(diào)整的信息發(fā)送給接收機,接收機繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。即繼續(xù)執(zhí)行上述的的采集數(shù)據(jù)步驟、評估步驟以及調(diào)整步驟。直到完成預(yù)設(shè)的測量周期。

其中,在進(jìn)行采集數(shù)據(jù)前,進(jìn)一步設(shè)定參數(shù)表,參數(shù)表包含發(fā)射信號的頻率及其持續(xù)時間參數(shù)信息,接收機和發(fā)射機各自保存,以備用。

請參閱圖2,圖2是本發(fā)明實施例提供的一種基于北斗衛(wèi)星的分布式電磁法儀器同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示,本實施例的系統(tǒng)10包括發(fā)射機11、接收機12、北斗衛(wèi)星13以及地面控制器14。其中,發(fā)射機11包括第一收發(fā)模塊111、第一主控制器112以及第一計數(shù)器113。接收機12包括第二收發(fā)模塊121、第二主控制器122以及第二計數(shù)器123。

第一收發(fā)模塊111和第二收發(fā)模塊121分別與北斗衛(wèi)星13建立連接,實現(xiàn)發(fā)射機11和接收機12的位置定位和時間同步。

具體的,第一收發(fā)模塊111和第二收發(fā)模塊121作為用戶端集成在用戶的儀器中,即發(fā)射機11和接收機12中。在實際工作中,第一收發(fā)模塊111和第二收發(fā)模塊121作為一個獨立功能模塊,與北斗衛(wèi)星13建立通信管道,完成衛(wèi)星信號接收、位置與時間信息解算、短消息收發(fā)通道建立等功能,其與主控制器之間通過通用的通信接口相連。

本實施例中,第一收發(fā)模塊111和第二收發(fā)模塊121按照一定時間的間隔周期性輸出自身的NMEA語句,優(yōu)選輸出間隔為1秒。NMEA語句包含經(jīng)緯度、高程、時間、速度等信息,除此之外,還使用獨立的IO口輸出秒脈沖信號,該秒脈沖信號的上升沿為秒的起始時刻,精度可達(dá)40nS。

第一主控制器112和第二主控器113分別獲取秒脈沖信號以及獲取第一收發(fā)模塊111和第二收發(fā)模塊121輸出的NMEA語句,并分別根據(jù)獲取的NMEA語句與秒脈沖信號實現(xiàn)時間同步。不同的發(fā)射機、接收機的時間同步精度最高可以到40nS。

進(jìn)一步的,第一主控制器112和第二主控制器122分別獲取秒脈沖信號,并根據(jù)秒脈沖信號調(diào)整發(fā)射機11和接收機12自身的溫補晶振,使其頻率達(dá)到預(yù)設(shè)值。具體的,將秒脈沖信號作為計數(shù)器計數(shù)的啟停信號,第一計數(shù)器113和第二計數(shù)器123分別對發(fā)射機11和接收機12自身的溫補晶振輸出的信號進(jìn)行計數(shù),在N個秒脈沖信號的脈沖時間內(nèi),得到的計數(shù)值是n,則第一主控制器111和第二主控制器121計算各自的溫補晶振的頻率是F=n/N(Hz),并將F與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)溫補晶振的調(diào)節(jié)控制電壓,使其輸出頻率與預(yù)設(shè)值之間的誤差小于預(yù)設(shè)的閾值。

在野外作業(yè)過程中,發(fā)射機11的第一收發(fā)模塊111和接收機12的第二收發(fā)模塊121通過北斗衛(wèi)星13進(jìn)行相互通信,及時調(diào)整作業(yè)過程具體的,發(fā)射機11的第一收發(fā)模塊111是根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)通過北斗衛(wèi)星13和接收機12的第二收發(fā)模塊121進(jìn)行通信。具體通信過程為:

接收機12還包括采集模塊124,在一特定頻率段內(nèi),采集模塊124采集數(shù)據(jù),第二主控器123進(jìn)行計算,并評估所采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量,以確定是否獲取了特定頻率段內(nèi)的足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)。采集模塊124完成采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評估后,第二收發(fā)模塊121通過北斗衛(wèi)星13將評估結(jié)果傳送給發(fā)射機11的第一收發(fā)模塊111。第一收發(fā)模塊111在收到所有入網(wǎng)的接收機12的消息后,第一主控器112做進(jìn)一步分析判斷,對發(fā)射信號的功率強度做出調(diào)整,第一收發(fā)模塊111將時間和功率強度的信息群發(fā)給所有接收機12。反復(fù)采集數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評估以及對發(fā)射信號的功率強度進(jìn)行調(diào)整,以使接收機獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù)。完成一個特定頻率段的信號發(fā)射后,發(fā)射機11的第一主控制器112做出調(diào)整,改變發(fā)射頻率,第一收發(fā)模塊111同樣使用北斗衛(wèi)星13將新調(diào)整的信息發(fā)送給接收機,接收機繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。

其中,地面控制器14在進(jìn)行采集數(shù)據(jù)前,設(shè)定參數(shù)表,參數(shù)表包含發(fā)射信號的頻率及其持續(xù)時間參數(shù)信息,接收機和發(fā)射機各自保存,以備用。

綜上所述,本發(fā)明能夠集授時、定位、通信功能于一體,接收機能及時將結(jié)果反饋給發(fā)射機,發(fā)射機能夠及時進(jìn)行調(diào)整,工作效率更高,并保證了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換,或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。

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