CN105722211A - 利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法 - Google Patents

利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105722211A
CN105722211A CN201610166567.5A CN201610166567A CN105722211A CN 105722211 A CN105722211 A CN 105722211A CN 201610166567 A CN201610166567 A CN 201610166567A CN 105722211 A CN105722211 A CN 105722211A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
time
field sensor
signal
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610166567.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105722211B (zh
Inventor
方广有
刘敦歌
许鑫
朱万华
刘小军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electronics of CAS filed Critical Institute of Electronics of CAS
Priority to CN201610166567.5A priority Critical patent/CN105722211B/zh
Publication of CN105722211A publication Critical patent/CN105722211A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105722211B publication Critical patent/CN105722211B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/001—Synchronization between nodes
    • H04W56/0015—Synchronization between nodes one node acting as a reference for the others
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Abstract

本发明提供了一种利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法。该磁场传感器数据时间同步方法包括：两个接收节点的磁场传感器基于自身的节点时钟，按照相同的采样频率分别采集地磁场信号，得到的地磁场时间序列信号；在两个地磁场时间序列信号中分别截取两段节点时钟时间相同的信号；对截取的两段信号分别预处理，得到相应的信号；对该信号进行互相关运算，得到互相关函数R(l)；以及寻找相关函数R(l)最大值对应的时间偏移指数l，以该时间偏移指数l除以信号采样率得到偏移时间；利用该偏移时间调整第二节点对应的数据采集时间，完成数据时间同步。本发明仅需要相关的低频地磁场数据就可以实现数据时间同步，不需要额外数据和硬件，具有较好的实用价值。

Description

利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法
技术领域
本发明涉及海洋地球物理电磁勘探技术领域，尤其涉及一种利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法。
背景技术
近年来，随着海洋资源开发利用和海洋经济的迅猛发展，海洋环境保护和海洋安全问题日益突出，水下磁场传感器网络研究受到越来越多方面的关注。目前，水下磁场传感器网络已被广泛应用于海洋生态系统的监控、海啸的预警、海洋资源勘测、监测航道运输系统、水下战场的侦查和监测、水下目标跟踪定位以及检测等领域。
数据同步技术是水下传感器网络系统协同工作、实现高精度的勘查、监测、定位等重要功能前提。目前，现有的时钟同步方法主要利用GPS同步方法，但是海水屏蔽GPS信号，水下磁场传感器网络不能简单地利用GPS信号实现同步，而是在传感器节点内装载高精度的时钟源，下水之前通过GPS校准时钟，用来获取全局的参考时间。尽管时钟误差可达到微秒级，但是工作一段时间后节点的本地时钟会产生偏差，长时间时钟偏移误差积累，导致不同传感器节点必然产生数据采集时间误差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法，以减弱或者消除不同传感器节点的数据采集时间误差。
(二)技术方案
本发明利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法包括：
步骤A：两个接收节点的磁场传感器基于自身的节点时钟，按照相同的采样频率分别采集地磁场信号，得到地磁场时间序列信号-B1(t)，B2(t)，该两个接收节点中，其中之一作为参考节点，另一个为第二节点；
步骤B：在两个地磁场时间序列信号-B1(t)，B2(t)中分别截取两段节点时钟时间相同的信号；
步骤C：对截取的两段信号分别进行去直流及去线性趋势运算，得到交流信号-
步骤D：对交流信号-进行低通滤波得到相应的信号-
步骤E：对信号-进行互相关运算，得到互相关函数：其中，l为参考节点的偏移指数；以及
步骤F，寻找相关函数R(l)最大值对应的时间偏移指数l，以该时间偏移指数l除以信号采样率得到偏移时间；利用该偏移时间调整第二节点对应的数据采集时间，使该数据采集时间与参考节点的数据采集时间同步。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法具有以下有益效果：
(1)无需复杂的硬件，仅需要软件计算即可进行数据时间同步，同步方式结构简单，实现成本低；
(2)仅需要相关的低频地磁场数据就可以实现数据同步，不需要额外数据，不需要对现有的水下磁场传感器网络进行大的改造；
(3)计算复杂度低，数据结果准确，简便快捷、效率高，具有较好的实用价值。
附图说明
图1为磁场传感器网络中两个节点的磁场传感器的测量示意图；
图2为根据本发明实施例利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法的示意图；
图3为两个传感器节点测量的地磁场信号波形；
图4为两传感器节点处地磁场相关性；
图5为地磁场互相关运算得到传感器节点时钟偏移误差。
具体实施方式
本发明利用地磁场高度相关性的特点，实现采集数据的同步，同步算法计算的复杂程度低，方法简单可靠适用性强。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种利用地磁相关性实现了水下磁场传感器网络中两个传感器节点的磁场传感器数据时间同步方法。如图1所示，本实施例中，系统总共有两个传感器接收节点，该两个传感器节点相隔大约200m，采样时钟偏差10s，每个接收节点均有一个测量地磁场信号的磁场传感器，用来测量低频地磁场信号。
在该两个传感器节点中，其中一个接收节点作为参考节点，除参考节点之外的另一接收节点称为第二节点。本实施例的目的即是以参考节点的数据采集时间为基准，调整第二节点的数据采集时间，实现采集数据的同步。
其中，磁场传感器的自身噪声水平需要远低于地磁背景噪声，并且，满足低功耗、高灵敏度的要求，能在海水等恶劣环境下持续稳定的工作。一般情况下，此处的低频地磁场信号是指频率小于1Hz的地磁场信号。其中，磁场传感器可以采用光泵等标量磁场传感器或者感应式磁场传感器、磁通门等矢量传感器。
图2为根据本发明实施例利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法的示意图。如图2所示，本实例利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法包括：
步骤A：接收水下传感器网络的两个接收节点的磁场传感器基于自身的节点时钟分别以采样率2400Hz采集地磁场信号得到的地磁场时间序列信号-B1(t)，B2(t)；
本领域技术人员应当清楚，此处的采样率是系统预设的，考虑到地磁场信号的特点以及时间误差的量级，该采样率一般设定于500Hz～10kHz之间。
步骤B：在两个地磁场时间序列信号中分别截取两段节点时钟时间相同的信号；
需要说明的是，由于所截取的两段数据需要做时间误差的消除做时间同步，故需要确保排除局部磁异常信号的干扰。
步骤C：对截取的两段信号进行预处理-分别进行去直流及去线性趋势运算，得到交流信号
步骤D：对交流信号以截止频率为15Hz低通滤波器滤波，下采样得到相应的信号滤波后的信号如图3所示。
其中，上述低通滤波器滤波为线性相位滤波器。此外，该低通滤波器还可以为FIR滤波器等时域或频域滤波器，截止频率低于50Hz。
步骤E：对信号进行互相关运算，得到互相关函数：其中，l为参考节点的偏移指数；
本实施例中，频域信号的相关性如图4所示。
需要说明的是，本实施例中水下磁场传感器网络只有两个节点，故该两个节点的互相关函数如步骤F所示，而当水下磁场传感器网络中节点的数目为n个时，其中两个节点的互相关函数应当表示为：其中，li-1为节点i与参考节点的偏移指数，n为节点总数。
步骤F，寻找相关函数R(l)最大值对应的时间偏移指数l，以该时间偏移指数l除以信号采样率得到偏移时间；利用该偏移时间调整参考节点以外的第二节点对应的数据采集时间，使该数据采集时间与参考节点的数据采集时间同步。
如图5所示，计算的偏移指数150，偏移时间为10s。
经由理论推导和试验初步证实，本实施例利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法计算复杂程度低，数据结果准确，满足实际应用的需要。
至此，已经结合附图对本发明以实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法有了清楚的认识。
此外，上述对各方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
此外，上述实施例提供了包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。并且，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。
综上所述，为了解决水下磁场传感器网络节点采集数据同步问题，本发明提出利用地磁场相关性的磁场传感器数据时间同步方法，根据传感器测量相关的地磁场同步采集数据时间，具有计算复杂度低，数据结果准确等特点，具有较好的实用价值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于，包括：
步骤A：两个接收节点的磁场传感器基于自身的节点时钟，按照相同的采样频率分别采集地磁场信号，得到的地磁场时间序列信号-B1(t)，B2(t)，该两个接收节点中，其中之一作为参考节点，另一个为第二节点；
步骤B：在两个地磁场时间序列信号-B1(t)，B2(t)中分别截取两段节点时钟时间相同的信号；
步骤C：对截取的两段信号分别进行去直流及去线性趋势运算，得到交流信号
步骤D：对交流信号进行低通滤波得到相应的信号
步骤E：对信号进行互相关运算，得到互相关函数：其中，l为参考节点的偏移指数；以及
步骤F，寻找相关函数R(l)最大值对应的时间偏移指数l，以该时间偏移指数l除以信号采样率得到偏移时间；利用该偏移时间调整第二节点对应的数据采集时间，使该数据采集时间与参考节点的数据采集时间同步。
2.根据权利要求1所述的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于，所述步骤A中，所述采样频率介于500Hz～10kHz之间。
3.根据权利要求1所述的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于，所述步骤D中，采用时域或频域滤波器对交流信号进行低通滤波。
4.根据权利要求1所述的利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于利用互相关运算实现数据同步。
5.根据权利要求1至3所述的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于，所述低通滤波的截止频率为15Hz。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于，所述两个接收节点为水下磁场传感器网络的两个节点。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁场传感器数据时间同步方法，其特征在于，所述地磁场信号为频率小于1Hz的地磁场信号。
CN201610166567.5A 2016-03-22 2016-03-22 利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法 Active CN105722211B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610166567.5A CN105722211B (zh) 2016-03-22 2016-03-22 利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610166567.5A CN105722211B (zh) 2016-03-22 2016-03-22 利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105722211A true CN105722211A (zh) 2016-06-29
CN105722211B CN105722211B (zh) 2019-03-12

Family

ID=56158766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610166567.5A Active CN105722211B (zh) 2016-03-22 2016-03-22 利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105722211B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107144343A (zh) * 2017-07-10 2017-09-08 薛天 低频振动位移传感器组网方法、系统及装置
CN108303753A (zh) * 2018-02-01 2018-07-20 中国地震局地球物理研究所 地磁矢量场观测数据一致性校正方法
CN110646856A (zh) * 2019-09-10 2020-01-03 北京自动化控制设备研究所 磁探测系统多传感器数据同步方法
CN111665565A (zh) * 2019-03-06 2020-09-15 中国石油天然气集团有限公司 节点时钟漂移类型的确定方法、校正方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102752843A (zh) * 2012-06-20 2012-10-24 中国科学院信息工程研究所 一种时间同步方法
US8954608B1 (en) * 2012-01-20 2015-02-10 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Network clock synchronization using total-field magnetometers and the spatial coherence of the earth's geomagnetic field

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8954608B1 (en) * 2012-01-20 2015-02-10 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Network clock synchronization using total-field magnetometers and the spatial coherence of the earth's geomagnetic field
CN102752843A (zh) * 2012-06-20 2012-10-24 中国科学院信息工程研究所 一种时间同步方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王建平 等: "一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制", 《传感技术学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107144343A (zh) * 2017-07-10 2017-09-08 薛天 低频振动位移传感器组网方法、系统及装置
CN108303753A (zh) * 2018-02-01 2018-07-20 中国地震局地球物理研究所 地磁矢量场观测数据一致性校正方法
CN108303753B (zh) * 2018-02-01 2019-07-26 中国地震局地球物理研究所 地磁矢量场观测数据一致性校正方法
CN111665565A (zh) * 2019-03-06 2020-09-15 中国石油天然气集团有限公司 节点时钟漂移类型的确定方法、校正方法及系统
CN111665565B (zh) * 2019-03-06 2023-09-26 中国石油天然气集团有限公司 节点时钟漂移类型的确定方法、校正方法及系统
CN110646856A (zh) * 2019-09-10 2020-01-03 北京自动化控制设备研究所 磁探测系统多传感器数据同步方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105722211B (zh) 2019-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105722211A (zh) 利用地磁相关性的磁场传感器数据时间同步方法
CN101556340B (zh) 三维小面元大地电磁连续阵列数据采集方法
CN100373171C (zh) 电磁信号强度和信号方向的数字检测方法和设备
AU2011232464B2 (en) Seismic clock timing correction using ocean acoustic waves
US9103940B2 (en) Seismic clock timing correction using ocean acoustic waves
WO2010017318A2 (en) Differential gradiometric magnetometer, system and method of use
CN102508031B (zh) 一种基于傅里叶级数的局部放电脉冲相角测量方法
AU2007287443A1 (en) Reduction of noise in electrical field measurements
CN102435186A (zh) 一种光纤陀螺的数字信号处理方法、装置及光纤陀螺仪
CN103499834A (zh) 恢复模拟检波器地震数据低频信号的方法和装置
WO2021036780A1 (zh) 一种大地电磁数据的三维采集方法、装置及终端设备
Xu et al. Effects of a major storm on GPS amplitude scintillations and phase fluctuations at Wuhan in China
CA2895099A1 (en) Method of determining the location and depth of magnetic sources in the earth
US8954608B1 (en) Network clock synchronization using total-field magnetometers and the spatial coherence of the earth's geomagnetic field
CN102841266A (zh) 竖直地电场仪及其观测方法
CN110058319B (zh) 一种大地电磁数据采集方法、装置及终端设备
CN114137625B (zh) 一种基于两套惯导互观测的海洋垂线偏差测量方法
CN109188504A (zh) 一种地下管廊探测方法
CN103471593A (zh) 一种基于gps信息的惯性导航系统测量误差修正方法
CN114114433A (zh) 全张量梯度的坝体渗漏通道探测装置及方法
Ouadfeul et al. Multiscale analysis of geophysical signals using the 2D continuous wavelet transform
Castiello et al. Enhanced methods for interpreting microgravity anomalies in urban areas
Zhu et al. Noise analysis of common mode error in CMONOC GPS coordinate time series
CN111983684B (zh) 四维地震数据的时间校准方法及系统
CN112464521A (zh) 走滑断裂确定方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant