CN112711075B - 一种海洋地震节点的时钟校准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋地震节点的时钟校准系统，该系统包括：天线模块、与天线模块连接的多个时钟源、与每个时钟源连接的多个脉冲分配器、与每个脉冲分配器连接的多个海洋地震节点、与多个海洋地震节点连接的服务器，其中，天线模块用于采集第一时间脉冲信号；时钟源用于获得与第一时间脉冲信号同步的多路第二时间脉冲信号；脉冲分配器用于将每路第二时间脉冲信号分配成多路第三时间脉冲信号；服务器用于生成时钟校准指令，向海洋地震节点发送时钟校准指令；海洋地震节点用于根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟。本发明可以实现大规模的海洋地震节点的时钟校准，提高时钟校准的效率和准确性。

Description

一种海洋地震节点的时钟校准系统
技术领域
本发明涉及海洋地震勘探技术领域，特别涉及一种海洋地震节点的时钟校准系统。
背景技术
近年来，海洋油气资源逐渐成为国际能源争夺的焦点，海上油气勘探也成为油气勘探技术领域的研究热点。OBN(Ocean Bottom Node)海洋地震节点设备正在成为海上油气勘探的主流采集设备。海洋地震节点是一种不带传输电缆的水下地震节点采集站，可以自动进行地震数据采集和存储。解决了海上高密度地震勘探设备有线传输造成采集设备冗余量大，勘探成本高的问题。海洋地震节点具有较高的灵活性，系统布设、回收方便，能够满足高密度、高覆盖次数的勘探要求，能够获得全方位高保真数据，提高地震采集成像质量。基于海洋地震节点的作业方式具有易操作性，安全风险相对较小，是海洋勘探的重要发展趋势。
海洋地震节点的精确同步采集是节点控制的核心技术，海洋地震节点内部采用高精度时钟，通过控制时钟可以有效的提高同步采集的精确度，但是，时钟会随着时间的推移老化，时钟的频率精度也会随之下降，这样将导致同步采集不准确。为了保证同步采集的准确性，每次施工前都要对海洋地震节点内部的时钟进行校准，使其时钟频率恢复原有的精度，现有的时钟校准方法效率比较低，且只适用于数量比较少海洋地震节点的时钟校准。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供一种海洋地震节点的时钟校准系统，用以实现大规模的海洋地震节点的时钟校准，提高时钟校准的效率和准确性，该系统包括：
天线模块、与天线模块连接的多个时钟源、与每个时钟源连接的多个脉冲分配器、与每个脉冲分配器连接的多个海洋地震节点、与多个海洋地震节点连接的服务器；
其中，天线模块用于采集第一时间脉冲信号；
时钟源用于，根据第一时间脉冲信号，获得与第一时间脉冲信号同步的多路第二时间脉冲信号；
脉冲分配器用于，将每路第二时间脉冲信号分配成多路第三时间脉冲信号；
服务器用于，生成时钟校准指令，向海洋地震节点发送时钟校准指令；
海洋地震节点用于，根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟。
本发明实施例通过：将天线模块与多个时钟源连接，将每个时钟源与多个脉冲分配器连接，将每个脉冲分配器与多个海洋地震节点连接，将多个海洋地震节点与服务器连接，能够将时间脉冲信号高效、同步的传输至大规模的海洋地震节点中，同时能够实现服务器与大规模的海洋地震节点的数据传输；海洋地震节点根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟，可以实现大规模的海洋地震节点的高精度的时钟校准，本发明解决了大规模的海洋地震节点的时钟随时间老化导致同步采集不准确的问题，为海洋地震节点的同步采集奠定了时间基准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中海洋地震节点的时钟校准系统结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
海洋地震节点的精确同步采集是节点控制的核心技术，而如何保证海洋地震节点的时钟在下水前的准确性是同步采集技术的关键，为了实现大规模的海洋地震节点的时钟校准，提高时钟校准的效率和准确性，本发明实施例中提供了一种海洋地震节点的时钟校准系统，图1为本发明实施例中提供的海洋地震节点的时钟校准系统结构的示意图，如图1所示，该系统包括：
天线模块01、与天线模块连接的多个时钟源02、与每个时钟源02连接的多个脉冲分配器03、与每个脉冲分配器03连接的多个海洋地震节点04、与多个海洋地震节点04连接的服务器07；
其中，天线模块01用于采集第一时间脉冲信号；
时钟源02用于，根据第一时间脉冲信号，获得与第一时间脉冲信号同步的多路第二时间脉冲信号；
脉冲分配器03用于，将每路第二时间脉冲信号分配成多路第三时间脉冲信号；
服务器用07于，生成时钟校准指令，向海洋地震节点04发送时钟校准指令；
海洋地震节点04用于，根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟。
如图1所示，本发明实施例通过：将天线模块与多个时钟源连接，将每个时钟源与多个脉冲分配器连接，将每个脉冲分配器与多个海洋地震节点连接，将多个海洋地震节点与服务器连接，能够将时间脉冲信号高效、同步的传输至大规模的海洋地震节点中，同时能够实现服务器与大规模的海洋地震节点的数据传输；海洋地震节点根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟，可以实现大规模的海洋地震节点的高精度的时钟校准，本发明解决了大规模的海洋地震节点的时钟随时间老化导致同步采集不准确的问题，为海洋地震节点的同步采集奠定了时间基准。
具体实施时，天线模块01可以与10个时钟源02分别连接，每个时钟源02可以与16个脉冲分配器03分别连接，每个脉冲分配器03可以与15个海洋地震节点04分别连接，这样可以将时间脉冲信号高效、同步的传输至2400个海洋地震节点04中，天线模块01、时钟源02、脉冲分配器03的数量可以根据海洋地震节点04的数量进行扩展和调整。
实施例中，天线模块01、时钟源02和脉冲分配器03之间用射频线连接，射频线可以保证时间脉冲信号的精度。
实施例中，海洋地震节点的时钟校准系统还包括：与服务器07连接的第一交换机06，以及与第一交换机06连接的多个第二交换机05；其中，每个第二交换机05与多个海洋地震节点04连接。
实施例中，第一交换机06为万兆交换机；第二交换机05为千兆交换机。
实施例中，服务器07包括万兆网卡，用于连接万兆交换机。
实施例中，服务器07与万兆交换机之间用光纤连接；万兆交换机与千兆交换机之间用6类以上网线连接；千兆交换机与海洋地震节点04之间用5类以上网线连接。
具体实施时，服务器07可以安装两块万兆网卡、两块万兆网卡分别与2个万兆交换机连接，每个万兆交换机可以与48个千兆交换机分别连接，每个千兆交换机与23个海洋地震节点04分别连接，服务器07可以通过万兆交换机、千兆交换机同时与2208个海洋地震节点04进行数据传输，并控制2208个海洋地震节点04进行时钟校准，服务器07、万兆交换机、千兆交换机的数量可以根据海洋地震节点04的数量进行扩展和调整。
具体实施时，天线模块01采集第一时间脉冲信号。第一时间脉冲信号可以是GPS和/或北斗射频信号，天线模块01可以采集GPS和/或北斗射频信号，并可以与10个时钟源02分别连接，将GPS和/或北斗射频信号传输至10个时钟源02。
实施例中，天线模块01具体用于接入两路天线。
实施例中，天线模块01具体用于对来自两路天线的GPS和/或北斗射频信号进行合路。
实施例中，天线模块01还用于在任意一路天线所接收信号不可用时动切换至另一路天线接收信号。
具体实施时，天线模块01可以接入两路天线，天线可以是GPS/北斗双模天线，用于接受GPS卫星和/或北斗卫星的射频信号，在两路天线均正常接收信号时，将两路GPS天线的GPS和/或北斗射频信号进行合路，在任意一路天线所接收信号不可用时动切换至另一路天线接收信号。
具体实施时，时钟源02根据第一时间脉冲信号，获得与第一时间脉冲信号同步的多路第二时间脉冲信号。第二时间脉冲信号可以是与GPS和/或北斗射频信号同步的秒脉冲信号，时钟源02可以接收来自天线模块01的GPS和/或北斗射频信号，输出与GPS和/或北斗射频信号同步的秒脉冲信号，秒脉冲电平为TTL电平信号，精度小于等于30ns，每一个时钟源02可以与16个脉冲分配器分别连接，将秒脉冲信号传输至16个脉冲分配器03。
实施例中，时钟源还可以包括:铷原子钟，用于在天线模块01丢失第一时间脉冲信号时进行自守时。
具体实施时，铷原子钟是一种高精度、高可靠性的同步时钟，当因外部恶劣环境导致天线模块01的两路天线接收的信号均不可用时，铷原子钟可以精确守时，继续提供高可靠性的时间脉冲信号，铷原子钟的守时能力：500ns(24小时)。
具体实施时，脉冲分配器03将每路第二时间脉冲信号分配成多路第三时间脉冲信号。脉冲分配器03可以将1路秒脉冲信号分配成15路秒脉冲信号，脉冲分配器03的输入与输出通道延迟小于50ns，输入与输出通道间相差正负2ns，可以保证输入与输出的秒脉冲信号的一致性，每一个脉冲分配器03可以与15个海洋地震节点04分别连接，将秒脉冲信号传输至15个海洋地震节点04。
具体实施时，服务器07用于生成时钟校准指令，向海洋地震节点发送时钟校准指令。
实施例中，服务器07还用于查看海洋地震节点的时钟状态。
具体实施时，服务器07可以包括：双CPU主频3.2G12核、64G内存、10块2.4T机械硬盘、万兆网卡带光模块，极大的提高了数据传输速率。其中，万兆网卡可以扩展多块，每一块万兆网卡通过光纤连接1个万兆交换机。服务器07可以包括时钟校准软件，该校准软件可以查看所有海洋地震节点04的时钟状态信息，并且在所有海洋地震节点04下水前生成时钟校准指令，向所有海洋地震节点04发送时钟校准指令，服务器07的时钟校准指令和海洋地震节点04的时钟状态信息全部通过光纤网络传输。
服务器07可以通过万兆交换机、千兆交换机同时与多个海洋地震节点04进行数据传输，每个万兆交换机包括：48个千兆网络接口、4个万兆光接口，其中，4个光接口与服务器07的万兆网卡连接，48个千兆接口与48个千兆交换机连接，每个千兆交换机包括：1个输入端口和23个输出端口，其中1个输入端口与万兆交换机连接，23个输出端口与23个海洋地震节点04连接。
具体实施时，海洋地震节点04用于根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟。
实施例中，海洋地震节点04包括：
MCU，用于接收时钟校准指令和第三时间脉冲信号，根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号校准本地时钟。
具体实施时，服务器07上的时钟校准软件基于光纤网络，通过万兆交换机和千兆交换机批量给每一个海洋地震节点04发送时钟校准控制指令，海洋地震节点04通过天线模块01、时钟源02、脉冲分配器03获得高精度的秒脉冲信号，海洋地震节点04内部的MCU收到时钟校准指令后，比较秒脉冲信号与本地时钟信息，基于秒脉冲信号与本地时钟信息的时间差，通过内部串口来控制时钟使其进行时钟校准。
综上所述，本发明实施例通过：将天线模块与多个时钟源连接，将每个时钟源与多个脉冲分配器连接，将每个脉冲分配器与多个海洋地震节点连接，将多个海洋地震节点与服务器连接，能够将时间脉冲信号高效、同步的传输至大规模的海洋地震节点中，同时能够实现服务器与大规模的海洋地震节点的数据传输；海洋地震节点根据时钟校准指令和第三时间脉冲信号，校准本地时钟，可以实现大规模的海洋地震节点的高精度的时钟校准，本发明解决了大规模的海洋地震节点的时钟随时间老化导致同步采集不准确的问题，为海洋地震节点的同步采集奠定了时间基准。
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，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种海洋地震节点的时钟校准系统，其特征在于，包括：天线模块、与所述天线模块连接的多个时钟源、与每个时钟源连接的多个脉冲分配器、与每个脉冲分配器连接的多个海洋地震节点、与多个海洋地震节点连接的服务器；
其中，所述天线模块用于采集第一时间脉冲信号；
所述时钟源用于，根据所述第一时间脉冲信号，获得与所述第一时间脉冲信号同步的多路第二时间脉冲信号；
所述脉冲分配器用于，将每路第二时间脉冲信号分配成多路第三时间脉冲信号；
所述服务器用于，生成时钟校准指令，向海洋地震节点发送所述时钟校准指令；
所述海洋地震节点用于，根据所述时钟校准指令和所述第三时间脉冲信号，校准本地时钟。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述时钟源包括:铷原子钟，用于在所述天线模块丢失第一时间脉冲信号时进行自守时。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：与所述服务器连接的第一交换机，以及与所述第一交换机连接的多个第二交换机；
其中，每个第二交换机与多个海洋地震节点连接。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一交换机为万兆交换机；所述第二交换机为千兆交换机。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述服务器包括万兆网卡，用于连接所述万兆交换机。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述服务器与所述万兆交换机之间用光纤连接；所述万兆交换机与所述千兆交换机之间用6类以上网线连接；所述千兆交换机与海洋地震节点之间用5类以上网线连接。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器还用于查看海洋地震节点的时钟状态。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线模块具体用于接入两路天线。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述天线模块具体用于对来自两路天线的GPS和/或北斗射频信号进行合路。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述海洋地震节点包括：
MCU，用于接收所述时钟校准指令和所述第三时间脉冲信号，根据所述时钟校准指令和所述第三时间脉冲信号校准本地时钟。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线模块、时钟源和脉冲分配器之间用射频线连接。
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