[發明專利]高精度分布式同步時鐘系統及方法

無效

• 申請號: 201410369304.5
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104122789A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 王國富;陳巍;葉金才;張法全;周波;韋秦明;龐成
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G04R20/02
• 分類號: G04R20/02;G04G3/00;G04G7/00
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

技術領域

本發明涉及微動勘測技術領域，具體涉及一種高精度分布式同步時鐘系統及方法。

背景技術

地球表層時刻存在著非地震引起的微弱震動稱為微動。研究表明，地殼淺部介質的結構在微動觀測中得到反映，可以通過研究地質介質的微弱振動情況，推斷地層的構造，形成微動勘測方法。微動勘測方法利用微動觀測儀采集接收地表各個方向的來波，通過空間自相關(SPAC)法提取頻散曲線，經反演獲取S波速度結構的地球物理勘測方法。通過SPAC法對微動信號提取瑞雷波頻散曲線時，不僅要求觀測臺陣為規則的圓形臺陣(即如圖1所示，各觀測儀沿同心圓分布，且至少在圓周上等間隔布置三個觀測儀)，而且對數據的采集具有嚴格的同步要求。

實現臺陣中各觀測儀對數據采集的高精度同步是微動勘測的關鍵技術之一。目前，實現臺陣中各觀測儀同步的主要方法為有線同步，無線通訊同步，高精度石英鐘同步三種。而這三種同步方法均存在各自的弊端，如有線同步難以實現遠距離同步；無線通訊同步易受環境因素影響；高精度石英鐘價格昂貴且預同步時間長，這些弊端都將大大降低勘測的精度，甚至導致無法勘測的后果。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高精度分布式同步時鐘系統及方法，其可以進行多點分布式同步，并具有同步精度高和穩定性好的特點。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

高精度分布式同步時鐘系統，主要由GPS接收機模塊、穩定性判決模塊、恒溫晶振模塊、倍頻器模塊、分頻器模塊、時間間隔測量模塊和數模轉換調理模塊組成；其中GPS接收機模塊的時間信息輸出端連接觀測儀，GPS接收機模塊的1PPS信號輸出端經穩定性判決模塊與時間間隔測量模塊的一輸入端相連；恒溫晶振模塊的輸出端經倍頻器模塊連接分頻器模塊的輸入端；分頻器模塊的輸出端分為兩路，一路連接觀測儀，另一路連接時間間隔測量模塊的另一輸入端；時間間隔測量模塊的輸出端連接數模轉換調理模塊的輸入端，數模轉換調理模塊的輸出端與恒溫晶振模塊的控制端相連。

上述系統中，所述GPS接收機模塊還設有定位信息輸出端。

上述系統中，所述GPS接收機模塊的時間信息輸出端和定位信息輸出端同時與一液晶顯示器相連。

基于上述高精度分布式同步時鐘系統的高精度分布式同步時鐘方法，包括如下步驟：

步驟1，GPS接收機模塊解算出時間信息，并將該時間信息作為時間標記送入觀測儀，同時GPS接收機模塊還產生1PPS信號送入穩定性判決模塊；

步驟2，穩定性判決模塊對1PPS信號進行穩定性判決，獲得穩定的1PPS信號；

步驟3，恒溫晶振模塊產生的晶振信號經過倍頻器模塊倍頻后，再送入分頻器模塊進行分頻得到本地秒脈沖信號，并分別送入時間間隔測量模塊和觀測儀；

步驟4，時間間隔測量模塊測量1PPS信號和本地秒脈沖信號的時間差；

步驟5，時間差濾波模塊對所測量的時間差進行卡爾曼濾波后，得到數模轉換偏差控制量；

步驟6，數模轉換調理模塊根據得到數模轉換偏差控制量，對恒溫晶振的頻率進行調校，使得本地秒脈沖信號與1PPS信號同步。

上述方法中，所述步驟1還進一步包括，GPS接收機模塊解算出定位信息，以輔助觀測儀布設的步驟。

上述方法中，所述步驟1還進一步包括，將GPS接收機模塊解算出的時間信息和定位信息送入顯示器進行顯示的步驟。

與現有技術相比，本發明具有如下特點：

1、精度高、穩定性好，與傳統GPS產生的同步時鐘相比，具有更高的同步時鐘精度，在一臺或者多臺GPS失效后，能夠繼續高精度同步的有效時間長。

2、多點分布式同步，為滿足數據采集的需要，能夠實現遠距離和近距離的多個點同時進行同步。

3、定位和時間記錄，能夠對分布式的各個數據采集點進行準確的時間記錄和空間定位，能夠更加清楚明了的知道數據的采樣時刻，為觀測儀的野外布置提供更加明確的空間方位。

附圖說明

圖1為微動觀測臺陣示意圖。圖中，—表示測線，○表示測點，●表示中心測點。

圖2為高精度分布式同步時鐘系統原理圖。

圖3為1PPS穩定性判斷原理圖。

圖4為時鐘分相時序圖。

具體實施方式