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(shí),一般是一臺(tái)發(fā)射機(jī)向外發(fā)射信號(hào),其按照既定的時(shí)刻參數(shù)表在不同的時(shí)間段發(fā)射不同的頻率信號(hào)。若干臺(tái)接收機(jī)也依照相同的時(shí)刻表設(shè)置參數(shù)設(shè)置相應(yīng)參數(shù),采集信號(hào)并處理分析。一般而言,發(fā)射機(jī)與接收機(jī)所處的作業(yè)區(qū)距離達(dá)幾公里以上,接收機(jī)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(jī)和接收機(jī)在動(dòng)作上同步,目前所使用的方法是在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)上都配置GPS接收機(jī),依據(jù)GPS授時(shí)進(jìn)行同步操作。這種方法的缺點(diǎn)是,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所遵循的時(shí)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(shí)刻表。然而在實(shí)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(hào)所需的測量時(shí)間并不相同,為了取得完整、優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù),在設(shè)計(jì)時(shí)刻表時(shí)需要將各頻率信號(hào)的時(shí)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(shí)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(duì)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(shí)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(shí)、定位、通信功能于一體,方便數(shù)據(jù)的及時(shí)調(diào)整,從而保證了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的一個(gè)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(jī)和接收機(jī)分別與北斗衛(wèi)星建立連接,實(shí)現(xiàn)位置定位和時(shí)間同步;所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)獲取秒脈沖信號(hào),并根據(jù)秒脈沖信號(hào)調(diào)整自身溫補(bǔ)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(jī)和所述接收機(jī)通過所述北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時(shí)調(diào)整作業(yè)過程。
其中,實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的步驟包括:獲取秒脈沖信號(hào),所述秒脈沖信號(hào)的上升沿為秒的起始時(shí)刻;所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別獲取其自身的NMEA語句,所述NMEA語句包括緯度、高程、時(shí)間以及速度信息;所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別根據(jù)自身的NMEA語句與所述秒脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。
其中,根據(jù)秒脈沖信號(hào)調(diào)整自身溫補(bǔ)晶振的步驟包括:
所述接收機(jī)和所述發(fā)射機(jī)分別對(duì)自身的溫補(bǔ)晶振輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),在N個(gè)所述秒脈沖信號(hào)的脈沖時(shí)間內(nèi),得到的計(jì)數(shù)值是n,則溫補(bǔ)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(duì)比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)所述溫補(bǔ)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(jī)和所述接收機(jī)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(jī)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算,并評(píng)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(píng)估步驟:所述接收機(jī)完成采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)估后,通過所述北斗衛(wèi)星將評(píng)估結(jié)果傳送給所述發(fā)射機(jī);
調(diào)整步驟:所述發(fā)射機(jī)在收到所有入網(wǎng)的接收機(jī)的消息后,做進(jìn)一步分析判斷,對(duì)發(fā)射信號(hào)的功率強(qiáng)度做出調(diào)整,并將時(shí)間和功率強(qiáng)度的信息群發(fā)給所有接收機(jī);
反復(fù)執(zhí)行所述采集數(shù)據(jù)步驟、評(píng)估步驟以及調(diào)整步驟,以使接收機(jī)獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù);
完成一個(gè)特定頻率段的信號(hào)發(fā)射后,所述發(fā)射機(jī)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(jī),所述接收機(jī)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(hào)的頻率及其持續(xù)時(shí)間參數(shù)信息,所述接收機(jī)和發(fā)射機(jī)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(gè)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(jī)、接收機(jī)、北斗衛(wèi)星以及地面控制器,其中:所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(shí)現(xiàn)所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置定位和時(shí)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(hào),所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(hào),并根據(jù)秒脈沖信號(hào)調(diào)整所述發(fā)射機(jī)和所述接收機(jī)自身的溫補(bǔ)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(jī)的第一收發(fā)模塊和所述接收機(jī)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(shí)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(hào),所述秒脈沖信號(hào)的上升沿為秒的起始時(shí)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(shí)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(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。
其中,發(fā)射機(jī)和所述接收機(jī)分別包括第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器,所述第一計(jì)數(shù)器和所述第二計(jì)數(shù)器分別對(duì)所述發(fā)射機(jī)和所述接收機(jī)自身的溫補(bǔ)晶振輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),在N個(gè)所述秒脈沖信號(hào)的脈沖時(shí)間內(nèi),得到的計(jì)數(shù)值是n,則所述第一主控制器和所述第二主控制器計(jì)算各自的溫補(bǔ)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(duì)比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)所述溫補(bǔ)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(jī)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(jì)算,并評(píng)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(píng)估后,所述第二收發(fā)模塊通過所述北斗衛(wèi)星將評(píng)估結(jié)果傳送給所述發(fā)射機(jī)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(jī)的消息后,所述第一主控器做進(jìn)一步分析判斷,對(duì)發(fā)射信號(hào)的功率強(qiáng)度做出調(diào)整,所述第一收發(fā)模塊將時(shí)間和功率強(qiáng)度的信息群發(fā)給所有接收機(jī);
反復(fù)采集數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估以及對(duì)發(fā)射信號(hào)的功率強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整,以使接收機(jī)獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù);
完成一個(gè)特定頻率段的信號(hào)發(fā)射后,所述發(fā)射機(jī)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(jī),所述接收機(jī)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(hào)的頻率及其持續(xù)時(shí)間參數(shù)信息,所述接收機(jī)和發(fā)射機(jī)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(jī)和接收機(jī)分別與北斗衛(wèi)星建立連接,實(shí)現(xiàn)位置定位和時(shí)間同步;所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)獲取秒脈沖信號(hào),并根據(jù)秒脈沖信號(hào)調(diào)整自身溫補(bǔ)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(jī)和接收機(jī)通過北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時(shí)調(diào)整作業(yè)過程。因此,本發(fā)明能夠集授時(shí)、定位、通信功能于一體,方便數(shù)據(jù)的及時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施方式
參閱圖1,圖1是本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的方法包括以下步驟:
步驟S1:發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別與北斗衛(wèi)星建立連接,實(shí)現(xiàn)位置定位和時(shí)間同步。
本步驟中,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的具體步驟為:首先獲取秒脈沖信號(hào),秒脈沖信號(hào)的上升沿為秒的起始時(shí)刻,其精度可達(dá)40nS。然后發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別獲取其自身的NMEA語句,其中,NMEA語句包括緯度、高程、時(shí)間以及速度信息。NMEA語句是按照一定時(shí)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(jī)和接收機(jī)分別根據(jù)自身的NMEA語句與秒脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。不同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的時(shí)間同步精度最高可以到40nS。
步驟S2:發(fā)射機(jī)和接收機(jī)獲取秒脈沖信號(hào),并根據(jù)秒脈沖信號(hào)調(diào)整自身溫補(bǔ)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(hào)作為計(jì)數(shù)的啟停信號(hào)。然后接收機(jī)和發(fā)射機(jī)分別對(duì)自身的溫補(bǔ)晶振輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),在N個(gè)秒脈沖信號(hào)的脈沖時(shí)間內(nèi),得到的計(jì)數(shù)值是n,則溫補(bǔ)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(duì)比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)溫補(bǔ)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(jī)和接收機(jī)通過北斗衛(wèi)星進(jìn)行相互通信,及時(shí)調(diào)整作業(yè)過程。
本步驟中,發(fā)射機(jī)是根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)通過北斗衛(wèi)星和接收機(jī)進(jìn)行通信。
具體包括采集數(shù)據(jù)步驟、評(píng)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(jī)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算,并評(píng)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(píng)估步驟為接收機(jī)完成采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量評(píng)估后,通過北斗衛(wèi)星將評(píng)估結(jié)果傳送給發(fā)射機(jī),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(jī)在收到所有入網(wǎng)的接收機(jī)的消息后,做進(jìn)一步分析判斷,對(duì)發(fā)射信號(hào)的功率強(qiáng)度做出調(diào)整,并將時(shí)間和功率強(qiáng)度的信息群發(fā)給所有接收機(jī)。
進(jìn)一步的,反復(fù)執(zhí)行上述的采集數(shù)據(jù)步驟、評(píng)估步驟以及調(diào)整步驟,以使接收機(jī)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(gè)特定頻率段的信號(hào)發(fā)射后,發(fā)射機(jī)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(jī),接收機(jī)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(píng)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(hào)的頻率及其持續(xù)時(shí)間參數(shù)信息,接收機(jī)和發(fā)射機(jī)各自保存,以備用。
請(qǐng)參閱圖2,圖2是本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的系統(tǒng)10包括發(fā)射機(jī)11、接收機(jī)12、北斗衛(wèi)星13以及地面控制器14。其中,發(fā)射機(jī)11包括第一收發(fā)模塊111、第一主控制器112以及第一計(jì)數(shù)器113。接收機(jī)12包括第二收發(fā)模塊121、第二主控制器122以及第二計(jì)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(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)11和接收機(jī)12的位置定位和時(shí)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(jī)11和接收機(jī)12中。在實(shí)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(gè)獨(dú)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(hào)接收、位置與時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間、速度等信息,除此之外,還使用獨(dú)立的IO口輸出秒脈沖信號(hào),該秒脈沖信號(hào)的上升沿為秒的起始時(shí)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(hào)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(hào)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。不同的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的時(shí)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(hào),并根據(jù)秒脈沖信號(hào)調(diào)整發(fā)射機(jī)11和接收機(jī)12自身的溫補(bǔ)晶振,使其頻率達(dá)到預(yù)設(shè)值。具體的,將秒脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的啟停信號(hào),第一計(jì)數(shù)器113和第二計(jì)數(shù)器123分別對(duì)發(fā)射機(jī)11和接收機(jī)12自身的溫補(bǔ)晶振輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),在N個(gè)秒脈沖信號(hào)的脈沖時(shí)間內(nèi),得到的計(jì)數(shù)值是n,則第一主控制器111和第二主控制器121計(jì)算各自的溫補(bǔ)晶振的頻率是F=n/N(Hz),并將F與其預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)誤差調(diào)節(jié)溫補(bǔ)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(jī)11的第一收發(fā)模塊111和接收機(jī)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(shí)調(diào)整作業(yè)過程具體的,發(fā)射機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)算,并評(píng)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(píng)估后,第二收發(fā)模塊121通過北斗衛(wèi)星13將評(píng)估結(jié)果傳送給發(fā)射機(jī)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(jī)12的消息后,第一主控器112做進(jìn)一步分析判斷,對(duì)發(fā)射信號(hào)的功率強(qiáng)度做出調(diào)整,第一收發(fā)模塊111將時(shí)間和功率強(qiáng)度的信息群發(fā)給所有接收機(jī)12。反復(fù)采集數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估以及對(duì)發(fā)射信號(hào)的功率強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整,以使接收機(jī)獲取到預(yù)設(shè)質(zhì)量的數(shù)據(jù)。完成一個(gè)特定頻率段的信號(hào)發(fā)射后,發(fā)射機(jī)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(jī),接收機(jī)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(hào)的頻率及其持續(xù)時(shí)間參數(shù)信息,接收機(jī)和發(fā)射機(jī)各自保存,以備用。
綜上所述,本發(fā)明能夠集授時(shí)、定位、通信功能于一體,接收機(jī)能及時(shí)將結(jié)果反饋給發(fā)射機(jī),發(fā)射機(jī)能夠及時(shí)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(shí)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(yùn)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(hù)范圍內(nèi)。