[發明專利]一種基于低功耗原子鐘的局部授時定位系統

無效

• 申請號: 201310243722.5
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103323865A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 郭思宇;喬東海
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01S19/27
• 分類號: G01S19/27;G01S19/14
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種授時與定位系統，具體涉及一種基于低功耗原子鐘在局部地區提供授時與定位的系統。

背景技術

地震檢波器是用于天然地震測量、地質勘探和工程測量的專用傳感器，是一種將地面振動轉變為電信號的傳感器。地震數據采集系統主要由分布設置的地震檢波器和數字地震采集站組成。檢波器將地震波引起的地面震動轉換成電信號并傳送至地震采集站；地震采集站將接受到的電信號放大、經過模/數轉換器轉換成二進制數據、組織數據、存貯數據并根據情況進行處理。其中，檢波器和采集站之間的信號傳送包括有線和無線兩種方式，有線方式由于電纜鋪設受地形影響，難度大，電纜鋪設和維護成本高，而逐步被無線方式所取代。

目前無纜自定位地震檢波器通常采用GPS衛星定位系統授時作為時間服務系統。例如，中國發明專利CN1417593A公開了一種GPS衛星授時遙測地震儀，其定時啟動放炮單元由GPS定時與觸發板、CPU板和一臺改造后的爆炸機組成。中國發明專利CN101661111A公開了一種“利用短信進行地震儀控制和數據傳送的方法及短信控制傳送型無纜地震儀”，采用GPS進行授時同步，同時，為了獲得較高的定位精度，該方法需要布設幾百甚至幾萬個GPS站點形成大型GPS站點網絡，進行測量消除誤差，以達到厘米級的定位精度。但是在大山附近，叢林茂密地區等衛星信號較差的條件下GPS定位系統授時信息不可獲得，或因電磁干擾等原因，GPS信號失鎖可能導致采集站無法實現同步數據采集使得整個采集系統無法正常工作，進而陷入癱瘓。而大規模布設GPS站點的方法更是會導致實現難度和成本的增加。

再者，因為在野外工作的采集終端將面臨長時間無法續電的情況，所以就要求采集設備應盡量具有低功耗，以保證正常的采集工作。而GPS接收系統功耗很高，很大程度上限制了采集終端的帶電時間，從而影響采集系統的工作效率。

此外，其它一些野外工作的終端，例如石油勘探系統、無線傳感網等，也存在授時定位的需求。

因此，需要提供一種不使用GPS的授時定位系統，以解決以上傳統的基于GPS的無纜自授時定位系統無法解決的問題。?

發明內容

本發明的發明目的是提供一種基于低功耗原子鐘的局部授時定位系統，在不需要接收GPS衛星信號的前提下，實現低功耗、低成本、穩定、精確的無纜授時定位，以適應石油勘探、無纜自定位地震檢波器系統、無線傳感網等的需求。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是：一種基于低功耗原子鐘的局部授時定位系統，包括至少4個固定基站，每一固定基站上設置有時鐘信號無線發送機，每一固定基站發出的時鐘信號具有不同的編碼；所述固定基站分布設置于進行授時定位的地區，使得該地區的終端設備至少能同時接收其中4個固定基站發出的信號；在要獲得授時定位的終站設備上，設置有接收所述時鐘信號的無線接收機、解碼單元和定位計算單元。

上述技術方案中，通過在位置已知的固定基站發出攜帶編碼的無線時鐘信號，在需要授時和定位的終端設備處接收時鐘編碼信號，進行解碼和定位計算，實現授時和定位。

上述技術方案中，所述時鐘信號無線發送機包括時鐘源、時鐘編碼模塊和無線發送機，所述時鐘源為原子鐘。

優選的技術方案，所述時鐘編碼模塊為IRIG-B（Inter?Range?Instrumentation?Group）編碼模塊，所述無線發送機包括擴頻調制模塊、BPSK調制模塊、數模轉換模塊、功率放大模塊和發送模塊。無線發送機采用直擴系統（Direct?Sequence?Spread?Spectrum，直接序列擴頻），用BPSK（Binary?Phase?Shift?Keying，移相鍵控）方式調制。時鐘信號無線發送機原理為：首先用同步的原子鐘提供的高精度時鐘源將本地時間經過IRIG-B編碼后變為包含秒脈沖信息、年、天、時、分、秒和二進制秒計日等在內的絕對時間信息，再將上述碼流輸入無線發送機，無線發送機先對此碼流進行擴頻調制，再經過BPSK調制將信號頻譜搬移到發送頻率，最后經過D/A轉換和功率放大后通過天線發送。

上述技術方案中，所述時鐘編碼模塊、擴頻調制模塊和BPSK調制模塊設置于同一現場可編程門陣列（Field?Programmable?Gate?Array，FPGA）中。