CN106199665B - 一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统及方法，该方法包括：发射机和接收机分别与北斗卫星建立连接，实现位置定位和时间同步；发射机和接收机获取秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整自身温补晶振，使其频率达到预设值；在野外作业过程中，发射机和接收机通过北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程。通过上述方式，本发明能够集授时、定位、通信功能于一体，方便数据采集流程的及时调整，从而保证采集数据的质量并提高野外作业的效率。

Description

一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统及方法
技术领域
本发明涉及野外数据采集技术领域，特别是涉及一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统及方法。
背景技术
分布式大地电磁法仪器作业时，一般是一台发射机向外发射信号，其按照既定的时刻参数表在不同的时间段发射不同的频率信号。若干台接收机也依照相同的时刻表设置参数设置相应参数，采集信号并处理分析。一般而言，发射机与接收机所处的作业区距离达几公里以上，接收机也按照一定的规划分布在各处，彼此之间没有线缆相连，亦无信息交互。
为使得发射机和接收机在动作上同步，目前所使用的方法是在发射机和接收机上都配置GPS接收机，依据GPS授时进行同步操作。这种方法的缺点是，发射机和接收机所遵循的时刻表只能在作业之前设定，一旦开始作业，则不能更改或调整时刻表。然而在实际野外作业中，由于工区现场地学特性不同，不同频率信号所需的测量时间并不相同，为了取得完整、优质的数据，在设计时刻表时需要将各频率信号的时间设置到足够长，而若更改或调整参数，只能停止当前作业，这不利于实现高效率作业。
另一方面，分布式大地电磁法仪器作业地通常在野外，公共通信手段相对较为落后或者根本没有，这使得人工交流较为困难，不利于上述操作流程的进行。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统及方法，能够集授时、定位、通信功能于一体，方便数据的及时调整，从而保证了采集数据的质量。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法包括：发射机和接收机分别与北斗卫星建立连接，实现位置定位和时间同步；所述发射机和接收机获取秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整自身温补晶振，使其频率达到预设值；在野外作业过程中，所述发射机和所述接收机通过所述北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程。
其中，实现时间同步的步骤包括：获取秒脉冲信号，所述秒脉冲信号的上升沿为秒的起始时刻；所述发射机和接收机分别获取其自身的NMEA语句，所述NMEA语句包括纬度、高程、时间以及速度信息；所述发射机和接收机分别根据自身的NMEA语句与所述秒脉冲信号实现时间同步。
其中，根据秒脉冲信号调整自身温补晶振的步骤包括：
所述接收机和所述发射机分别对自身的温补晶振输出的信号进行计数，在N个所述秒脉冲信号的脉冲时间内，得到的计数值是n，则温补晶振的频率是F＝n/N(Hz)；
将所述F与其预设值进行对比，根据误差调节所述温补晶振的调节控制电压，使其输出频率与预设值之间的误差小于预设的阈值。
其中，发射机和所述接收机通过所述北斗卫星进行相互通信的步骤包括：
采集数据步骤：在一特定频率段内，所述接收机采集数据并进行计算，并评估所采集的数据的质量，以确定是否获取了所述特定频率段内的足够数量的数据；
评估步骤：所述接收机完成采集的数据的质量评估后，通过所述北斗卫星将评估结果传送给所述发射机；
调整步骤：所述发射机在收到所有入网的接收机的消息后，做进一步分析判断，对发射信号的功率强度做出调整，并将时间和功率强度的信息群发给所有接收机；
反复执行所述采集数据步骤、评估步骤以及调整步骤，以使接收机获取到预设质量的数据；
完成一个特定频率段的信号发射后，所述发射机做出调整，改变发射频率，同样使用北斗卫星将新调整的信息发送给接收机，所述接收机继续采集数据。
其中，基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法还包括：
在进行采集数据前，设定参数表，所述参数表包含发射信号的频率及其持续时间参数信息，所述接收机和发射机各自保存，以备用。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统，该基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统包括发射机、接收机、北斗卫星以及地面控制器，其中：所述发射机和接收机分别包括第一收发模块和第二收发模块，所述第一收发模块和所述第二收发模块分别与所述北斗卫星建立连接，实现所述发射机和接收机的位置定位和时间同步；所述第一收发模块和所述第二收发模块分别输出秒脉冲信号，所述发射机和接收机分别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别获取所述秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整所述发射机和所述接收机自身的温补晶振，使其频率达到预设值；在野外作业过程中，所述发射机的第一收发模块和所述接收机的第二收发模块通过所述北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程。
其中，第一主控制器和所述第二主控器分别获取秒脉冲信号，所述秒脉冲信号的上升沿为秒的起始时刻；
所述第一收发模块和所述第二收发模块分别输出自身的NMEA语句，所述NMEA语句包括纬度、高程、时间以及速度信息；
所述第一主控制器和所述第二主控器分别获取所述第一收发模块和所述第二收发模块输出的NMEA语句，并分别根据获取的NMEA语句与所述秒脉冲信号实现时间同步。
其中，发射机和所述接收机分别包括第一计数器和第二计数器，所述第一计数器和所述第二计数器分别对所述发射机和所述接收机自身的温补晶振输出的信号进行计数，在N个所述秒脉冲信号的脉冲时间内，得到的计数值是n，则所述第一主控制器和所述第二主控制器计算各自的温补晶振的频率是F＝n/N(Hz)，并将所述F与其预设值进行对比，根据误差调节所述温补晶振的调节控制电压，使其输出频率与预设值之间的误差小于预设的阈值。
其中，接收机还包括采集模块，在一特定频率段内，所述采集模块采集数据，所述第二主控器进行计算，并评估所采集的数据的质量，以确定是否获取了所述特定频率段内的足够数量的数据；
所述采集模块完成采集的数据的质量评估后，所述第二收发模块通过所述北斗卫星将评估结果传送给所述发射机的第一收发模块；
所述第一收发模块在收到所有入网的接收机的消息后，所述第一主控器做进一步分析判断，对发射信号的功率强度做出调整，所述第一收发模块将时间和功率强度的信息群发给所有接收机；
反复采集数据、对数据进行质量评估以及对发射信号的功率强度进行调整，以使接收机获取到预设质量的数据；
完成一个特定频率段的信号发射后，所述发射机的第一主控制器做出调整，改变发射频率，所述第一收发模块同样使用北斗卫星将新调整的信息发送给接收机，所述接收机继续采集数据。
其中，地面控制器在进行采集数据前，设定参数表，所述参数表包含发射信号的频率及其持续时间参数信息，所述接收机和发射机各自保存，以备用。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统及方法，该方法包括：发射机和接收机分别与北斗卫星建立连接，实现位置定位和时间同步；所述发射机和接收机获取秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整自身温补晶振，使其频率达到预设值；在野外作业过程中，发射机和接收机通过北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程。因此，本发明能够集授时、定位、通信功能于一体，方便数据的及时调整，从而保证了采集数据的质量。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法的流程图；
图2是本发明实施方式提供的一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1，图1是本发明实施方式提供的一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法的流程图。如图1所示，本实施例的方法包括以下步骤：
步骤S1：发射机和接收机分别与北斗卫星建立连接，实现位置定位和时间同步。
本步骤中，发射机和接收机具体是通过北斗卫星的短消息传送功能建立通信管道，以建立连接。
实现时间同步的具体步骤为：首先获取秒脉冲信号，秒脉冲信号的上升沿为秒的起始时刻，其精度可达40nS。然后发射机和接收机分别获取其自身的NMEA语句，其中，NMEA语句包括纬度、高程、时间以及速度信息。NMEA语句是按照一定时间的间隔周期性输出的，并且输出间隔优选为1秒。最后发射机和接收机分别根据自身的NMEA语句与秒脉冲信号实现时间同步。不同的发射机和接收机的时间同步精度最高可以到40nS。
步骤S2：发射机和接收机获取秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整自身温补晶振，使其频率达到预设值。
本步骤中，具体为首先将秒脉冲信号作为计数的启停信号。然后接收机和发射机分别对自身的温补晶振输出的信号进行计数，在N个秒脉冲信号的脉冲时间内，得到的计数值是n，则温补晶振的频率是F＝n/N(Hz)，最后将F与其预设值进行对比，根据误差调节温补晶振的调节控制电压，使其输出频率与预设值之间的误差小于预设的阈值。
步骤S3：在野外作业过程中，发射机和接收机通过北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程。
本步骤中，发射机是根据预设的参数通过北斗卫星和接收机进行通信。
具体包括采集数据步骤、评估步骤以及调整步骤。具体而言，采集数据步骤为：在一特定频率段内，接收机采集数据并进行计算，并评估所采集的数据的质量，以确定是否获取了特定频率段内的足够数量的数据。评估步骤为接收机完成采集的数据的质量评估后，通过北斗卫星将评估结果传送给发射机，具体是通过北斗卫星的短消息传送功能进行传送。调整步骤为发射机在收到所有入网的接收机的消息后，做进一步分析判断，对发射信号的功率强度做出调整，并将时间和功率强度的信息群发给所有接收机。
进一步的，反复执行上述的采集数据步骤、评估步骤以及调整步骤，以使接收机获取到预设质量的数据。
更进一步的，在完成一个特定频率段的信号发射后，发射机做出调整，改变发射频率，同样使用北斗卫星的短消息传送功能将新调整的信息发送给接收机，接收机继续采集数据。即继续执行上述的的采集数据步骤、评估步骤以及调整步骤。直到完成预设的测量周期。
其中，在进行采集数据前，进一步设定参数表，参数表包含发射信号的频率及其持续时间参数信息，接收机和发射机各自保存，以备用。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统的结构示意图。如图2所示，本实施例的系统10包括发射机11、接收机12、北斗卫星13以及地面控制器14。其中，发射机11包括第一收发模块111、第一主控制器112以及第一计数器113。接收机12包括第二收发模块121、第二主控制器122以及第二计数器123。
第一收发模块111和第二收发模块121分别与北斗卫星13建立连接，实现发射机11和接收机12的位置定位和时间同步。
具体的，第一收发模块111和第二收发模块121作为用户端集成在用户的仪器中，即发射机11和接收机12中。在实际工作中，第一收发模块111和第二收发模块121作为一个独立功能模块，与北斗卫星13建立通信管道，完成卫星信号接收、位置与时间信息解算、短消息收发通道建立等功能，其与主控制器之间通过通用的通信接口相连。
本实施例中，第一收发模块111和第二收发模块121按照一定时间的间隔周期性输出自身的NMEA语句，优选输出间隔为1秒。NMEA语句包含经纬度、高程、时间、速度等信息，除此之外，还使用独立的IO口输出秒脉冲信号，该秒脉冲信号的上升沿为秒的起始时刻，精度可达40nS。
第一主控制器112和第二主控器113分别获取秒脉冲信号以及获取第一收发模块111和第二收发模块121输出的NMEA语句，并分别根据获取的NMEA语句与秒脉冲信号实现时间同步。不同的发射机、接收机的时间同步精度最高可以到40nS。
进一步的，第一主控制器112和第二主控制器122分别获取秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整发射机11和接收机12自身的温补晶振，使其频率达到预设值。具体的，将秒脉冲信号作为计数器计数的启停信号，第一计数器113和第二计数器123分别对发射机11和接收机12自身的温补晶振输出的信号进行计数，在N个秒脉冲信号的脉冲时间内，得到的计数值是n，则第一主控制器111和第二主控制器121计算各自的温补晶振的频率是F＝n/N(Hz)，并将F与其预设值进行对比，根据误差调节温补晶振的调节控制电压，使其输出频率与预设值之间的误差小于预设的阈值。
在野外作业过程中，发射机11的第一收发模块111和接收机12的第二收发模块121通过北斗卫星13进行相互通信，及时调整作业过程具体的，发射机11的第一收发模块111是根据预设的参数通过北斗卫星13和接收机12的第二收发模块121进行通信。具体通信过程为：
接收机12还包括采集模块124，在一特定频率段内，采集模块124采集数据，第二主控器123进行计算，并评估所采集的数据的质量，以确定是否获取了特定频率段内的足够数量的数据。采集模块124完成采集的数据的质量评估后，第二收发模块121通过北斗卫星13将评估结果传送给发射机11的第一收发模块111。第一收发模块111在收到所有入网的接收机12的消息后，第一主控器112做进一步分析判断，对发射信号的功率强度做出调整，第一收发模块111将时间和功率强度的信息群发给所有接收机12。反复采集数据、对数据进行质量评估以及对发射信号的功率强度进行调整，以使接收机获取到预设质量的数据。完成一个特定频率段的信号发射后，发射机11的第一主控制器112做出调整，改变发射频率，第一收发模块111同样使用北斗卫星13将新调整的信息发送给接收机，接收机继续采集数据。
其中，地面控制器14在进行采集数据前，设定参数表，参数表包含发射信号的频率及其持续时间参数信息，接收机和发射机各自保存，以备用。
综上所述，本发明能够集授时、定位、通信功能于一体，接收机能及时将结果反馈给发射机，发射机能够及时进行调整，工作效率更高，并保证了采集数据的质量。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法，其特征在于，所述基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法包括：
发射机和接收机分别与北斗卫星建立连接，实现位置定位和时间同步；
所述发射机和接收机获取秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整自身温补晶振，使其频率达到预设值；
在野外作业过程中，所述发射机和所述接收机通过所述北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程；所述发射机和所述接收机通过所述北斗卫星进行相互通信的步骤包括：采集数据步骤：在一特定频率段内，所述接收机采集数据并进行计算，并评估所采集的数据的质量，以确定是否获取了所述特定频率段内的足够数量的数据；评估步骤：所述接收机完成采集的数据的质量评估后，通过所述北斗卫星将评估结果传送给所述发射机；调整步骤：所述发射机在收到所有入网的接收机的消息后，做进一步分析判断，对发射信号的功率强度做出调整，并将时间和功率强度的信息群发给所有接收机；反复执行所述采集数据步骤、评估步骤以及调整步骤，以使接收机获取到预设质量的数据；完成一个特定频率段的信号发射后，所述发射机做出调整，改变发射频率，同样使用北斗卫星将新调整的信息发送给接收机，所述接收机继续采集数据。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法，其特征在于，所述实现时间同步的步骤包括：
获取秒脉冲信号，所述秒脉冲信号的上升沿为秒的起始时刻；
所述发射机和接收机分别获取其自身的NMEA语句，所述NMEA语句包括纬度、高程、时间以及速度信息；
所述发射机和接收机分别根据自身的NMEA语句与所述秒脉冲信号实现时间同步。
3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法，其特征在于，所述根据秒脉冲信号调整自身温补晶振的步骤包括：
所述接收机和所述发射机分别对自身的温补晶振输出的信号进行计数，在N个所述秒脉冲信号的脉冲时间内，得到的计数值是n，则温补晶振的频率是F＝n/N Hz；
将所述F与其预设值进行对比，根据误差调节所述温补晶振的调节控制电压，使其输出频率与预设值之间的误差小于预设的阈值。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法，其特征在于，所述基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步方法还包括：
在进行采集数据前，设定参数表，所述参数表包含发射信号的频率及其持续时间参数信息，所述接收机和发射机各自保存，以备用。
5.一种基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统，其特征在于，所述基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统包括发射机、接收机、北斗卫星以及地面控制器，其中：
所述发射机和接收机分别包括第一收发模块和第二收发模块，所述第一收发模块和所述第二收发模块分别与所述北斗卫星建立连接，实现所述发射机和接收机的位置定位和时间同步；
所述第一收发模块和所述第二收发模块分别输出秒脉冲信号，所述发射机和接收机分别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别获取所述秒脉冲信号，并根据秒脉冲信号调整所述发射机和所述接收机自身的温补晶振，使其频率达到预设值；
在野外作业过程中，所述发射机的第一收发模块和所述接收机的第二收发模块通过所述北斗卫星进行相互通信，及时调整作业过程；
接收机还包括采集模块，在一特定频率段内，所述采集模块采集数据，所述第二主控器进行计算，并评估所采集的数据的质量，以确定是否获取了所述特定频率段内的足够数量的数据；
所述采集模块完成采集的数据的质量评估后，所述第二收发模块通过所述北斗卫星将评估结果传送给所述发射机的第一收发模块；
所述第一收发模块在收到所有入网的接收机的消息后，所述第一主控器做进一步分析判断，对发射信号的功率强度做出调整，所述第一收发模块将时间和功率强度的信息群发给所有接收机；
反复采集数据、对数据进行质量评估以及对发射信号的功率强度进行调整，以使接收机获取到预设质量的数据；
完成一个特定频率段的信号发射后，所述发射机的第一主控制器做出调整，改变发射频率，所述第一收发模块同样使用北斗卫星将新调整的信息发送给接收机，所述接收机继续采集数据。
6.根据权利要求5所述的基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统，其特征在于，所述第一主控制器和所述第二主控器分别获取秒脉冲信号，所述秒脉冲信号的上升沿为秒的起始时刻；
所述第一收发模块和所述第二收发模块分别输出自身的NMEA语句，所述NMEA语句包括纬度、高程、时间以及速度信息；
所述第一主控制器和所述第二主控器分别获取所述第一收发模块和所述第二收发模块输出的NMEA语句，并分别根据获取的NMEA语句与所述秒脉冲信号实现时间同步。
7.根据权利要求5所述的基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统，其特征在于，所述发射机和所述接收机分别包括第一计数器和第二计数器，所述第一计数器和所述第二计数器分别对所述发射机和所述接收机自身的温补晶振输出的信号进行计数，在N个所述秒脉冲信号的脉冲时间内，得到的计数值是n，则所述第一主控制器和所述第二主控制器计算各自的温补晶振的频率是F＝n/N Hz，并将所述F与其预设值进行对比，根据误差调节所述温补晶振的调节控制电压，使其输出频率与预设值之间的误差小于预设的阈值。
8.根据权利要求5所述的基于北斗卫星的分布式电磁法仪器同步系统，其特征在于，所述地面控制器在进行采集数据前，设定参数表，所述参数表包含发射信号的频率及其持续时间参数信息，所述接收机和发射机各自保存，以备用。
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