CN115903436B - 用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置，方法包括计算本机时间差t2及上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；计算t2与上位机时间差t1的时间误差t，及Δt2与Δt1的时间误差Δt，根据t调整本机时间；当Δt小于预设时间阈值时，基于Δt1、Δt2及本机时间校准实时时钟模块；当Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于Δt1以及本机时间校准实时时钟模块。本申请利用上位机与节点的时间误差进行时间校准，避免了因机器指令误差导致的时间精度偏移问题，提高时间同步的精确度。同时，上位机和节点分别计算两次时间校准报文的时间误差，基于两个时间误差判断节点的时钟运行情况，以便及时将节点的时钟情况上报给上位机，有效地检测到异常节点。

Description

用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置

技术领域

本申请涉及时间同步技术领域，特别涉及一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置。

背景技术

目前普遍通过布置海洋中布置地震仪阵列中的各海底地震仪阵列节点协同工作来对海洋进行研究，各海底地震仪阵列节点协同的基础是各海底地震仪阵列节点之间的时间同步。目前海底地震仪阵列系统的时间同步主要是基于以太网的NTP/PTP同步机制，然而由于海洋地震仪节点部署规模大并且能源资源有限，使得现有时间同步机制无法满足海底地震仪阵列系统的时间同步的精度。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置。

为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，所述的方法包括海底地震仪阵列节点的工作过程，所述海底地震仪阵列节点的工作过程具体包括：

接收上位机下发的时间校准报文，其中，所述时间校准报文携带有本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1，上位机时间T，前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1，以及同步延迟时间误差；

计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；

计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t，以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；

当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；

当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。

在一个实现方式中，所述接收上位机下发的时间校准报文之后，所述方法包括：

识别所述海底地震仪阵列节点配置的时间初始化标志；

当所述时间初始化标志为1时，执行计算本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤；

当所述时间初始化标志为0时，根据所述上位机时间、时间误差Δt1以及同步延迟时间误差计算实时时间，并将所述实时时间写入实时时钟模块。

在一个实现方式中，所述将所述实时时间写入实时时钟模块之后，所述方法还包括：

向所述上位机回传本机时间数据包，其中，所述本机时间数据包包括本机时间T1、时间误差Δt2以及本机时间差t2；

将记录时间数据包存入记录时间数据区，并将时间初始化标志配置为1，其中，所述记录时间数据包包括本机接收时间T2，时间误差Δt2、本机时间差t2、时间初始化标志以及RTC故障次数。

在一个实现方式中，所述当所述时间初始化标志为1时，执行获取本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差以及上位机时间与海底地震仪阵列节点时间的第一时间误差的步骤具体包括：

当所述时间初始化标志为1时，将所述RTC故障次数与预设次数阈值进行比较；

当RTC故障次数小于预设次数阈值时，执行计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤；

当RTC故障次数大于或者等于预设次数阈值时，向上位机报告RTC故障信息并控制海底地震仪阵列节点复位。

在一个实现方式中，所述根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间具体包括：

当所述时间误差t大于或者等于预设时间阈值时，将实时时钟模块的实时时间与时间误差t的时间和作为海底地震仪阵列节点的本机时间，并将RTC故障次数增加1；

当所述时间误差t小于预设时间阈值时，保持海底地震仪阵列节点的本机时间不变，并清空RTC故障次数。

在一个实现方式中，所述基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间具体包括：

计算所述时间误差Δt1和所述时间误差Δt2的时间误差均值Δt3；

将所述时间误差均值Δt3和所述本机时间的时间和作为实时时间。

在一个实现方式中，所述海底地震仪阵列系统包括若干海底地震仪阵列节点，若干海底地震仪阵列节点中的每个海底地震仪阵列节点均通过RS485与所述上位机通讯。

在一个实现方式中，所述方法还上位机工作过程，所述上位机工作过程具体包括：

当海底地震仪阵列节点未发生故障时，检测海底地震仪阵列节点是否已上电完成初始化；

当完成上电初始化后，计算时间校准报文的传输时间，并向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文；

将所述传输时间写入节点状态数据区，并等待海底地震仪阵列节点的回传报文；

若接收到回传报文，则将上位机时间与本机时间的时间误差Δt1写入节点状态数据区，并获取GPS实时时间以进行下一时间校准报文下发；

若未接收到回传报文，则将海底地震仪阵列节点的传输错误次数增加，并在传输错位次数未达到次数阈值时，继续向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，在传输错位次数达到次数阈值时，将海底地震仪阵列节点的故障码配置为预设标识码。

本申请实施例第二方面提供了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准系统，所述校准系统包括上位机和若干海底地震仪阵列节点，若干海底地震仪阵列节点中的每个海底地震仪阵列节点均包括：

接收模块，用于接收上位机下发的时间校准报文，其中，所述时间校准报文携带有本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1，上位机时间T，以及前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1；

计算模块，用于计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；

调整模块，用于计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；

第一写入模块，用于当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；

第二写入模块，用于当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。

在一个实现方式中，所述上位机包括：

检测模块，用于当海底地震仪阵列节点未发生故障时，检测海底地震仪阵列节点是否已上电完成初始化；

计算模块，用于当完成上电初始化后，计算时间校准报文的传输时间，并向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文；

写入模块，用于将所述传输时间写入节点状态数据区，并等待海底地震仪阵列节点的回传报文；

获取模块，用于在接收到回传报文时，将上位机时间与本机时间的时间误差Δt1写入节点状态数据区，并获取GPS实时时间以进行下一时间校准报文下发；

调节模块，用于在未接收到回传报文时，将海底地震仪阵列节点的传输错误次数增加，并在传输错位次数未达到次数阈值时，继续向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，在传输错位次数达到次数阈值时，将海底地震仪阵列节点的故障码配置为预设标识码。

本申请实施例第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一所述的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的步骤。

本申请实施例第四方面提供了一种终端设备，其包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上任一所述的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的步骤。

有益效果：与现有技术相比，本申请提供了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置，方法包括接收上位机下发的时间校准报文；计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。本申请中上位机与各个节点各自根据自身时间信息计算上位机与节点的时间误差，节点利用本机和上位机的时间误差进行时间校准，可以很好的避免由于机器指令误差导致的时间精度偏移问题，提高时间同步的精确度。同时，上位机与各个节点根据自身的时间计算两次时间校准报文的时间误差，可以很好的判断当前节点的时钟运行是否正常，以便及时将当前节点的RTC时钟情况上报给上位机，可以有效地检测到异常节点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不符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。

图1为海底地震仪阵列系统的结构原理图。

图2本申请提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的海底地震仪阵列节点的工作流程图。

图3为本申请提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的上位机的工作流程图。

图4为MAX3485驱动芯片的电路图。

图5为DS1338时钟芯片的电路图。

图6本申请提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的海底地震仪阵列节点的工作流程示例图。

图7为本申请提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的上位机的工作流程示例图。

图8为现有海底地震仪阵列系统的上位机-海底地震仪阵列节点的时延折线图。

图9为采用本实施例提供的时间校准方法对海底地震仪阵列系统进行时间校准的上位机-海底地震仪阵列节点的时延折线图。

图10本申请提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准系统中的海底地震仪阵列节点的结构原理图。

图11本申请提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准系统中的上位机的结构原理图。

图12为本申请提供的终端设备的结构原理图。

具体实施方式

本申请提供一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法及相关装置，为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

应理解，本实施例中各步骤的序号和大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

发明人经过研究发现，目前普遍通过布置海洋中布置地震仪阵列中的各海底地震仪阵列节点协同工作来对海洋进行研究，各海底地震仪阵列节点协同的基础是各海底地震仪阵列节点之间的时间同步。目前海底地震仪阵列系统的时间同步主要是基于以太网的NTP/PTP同步机制，然而由于海洋地震仪节点部署规模大并且能源资源有限，使得现有时间同步机制无法满足海底地震仪阵列系统的时间同步的精度。

海底地震仪阵列系统节点同步精度受多种因素影响，主要包括消息交互的延迟不确定性以及节点系统RTC时钟的不稳定性，其中，消息交互的延迟不确定性包括发送延迟、接入延迟、接收延迟以及响应延迟等。然而，为了降低同步精度受到消息交互的不确定性影响，需要尽量上位机与海底地震仪阵列节点间的传输速度。为了提高节点系统RTC时钟的稳定性，则需要在节点系统受到干扰后及时的发现并进行时间同步操作。

基于此，本申请实施例中，接收上位机下发的时间校准报文；计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。本申请中上位机与各个节点各自根据自身时间信息计算上位机与节点的时间误差，节点利用本机和上位机的时间误差进行时间校准，可以很好的避免由于机器指令误差导致的时间精度偏移问题，提高时间同步的精确度。同时，上位机与各个节点根据自身的时间计算两次时间校准报文的时间误差，可以很好的判断当前节点的时钟运行是否正常，以便及时将当前节点的RTC时钟情况上报给上位机，可以有效地检测到异常节点。

下面结合附图，通过对实施例的描述，对申请内容作进一步说明。

本实施例提供了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，应用海底地震仪阵列系统，如图1所示，海底地震仪阵列系统包括上位机和若干海底地震仪阵列节点，每个海底地震仪阵列节点均与上位机通讯，接收上位机下发的时间校准报文，其中，上位机可以同步向各海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，各海底地震仪阵列节点在接到的时间校准报文后执行相同操作。这里以一个海底地震仪阵列节点为例进行说明。此外，各海底地震仪阵列节点均通过RS485与所述上位机通讯。本实施例中的海底地震仪阵列系统采用RS485通讯，不仅简化了海底地震仪阵列节点的硬件结构，使得海底地震仪阵列节点的设计复杂度降低，抗震性能增强。同时也降低了上位机的设计复杂度，使得上位机更简单易上手。另外，上位机通过RS485通讯同步向各海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，实现了一主多从工作模式，从而实现了多个从设备节点之间的时间同步。

在一个具体实现方式中，海底地震仪阵列节点的控制器采用MCU，MCU搭配MAX3485-RS485驱动芯片以及实时时钟模块(例如DS1338时钟芯片)，其中，MAX3485-RS485驱动芯片用于与上位机进行RS485通讯，实时时钟模块用于反映海底地震仪阵列节点的实时时间。其中，RS485传输距离与速度的对应关系可以如表1所示。

表1、RS485传输距离与速度的对应关系

基于此，上位机可以为搭载高精度GPS的PC或者是TCU系统等，并且上位机串口通讯采用PL2303驱动芯片，通讯线路采用型号为RVSP的2芯带屏蔽双绞线，上位机和单片机端各连接120R电阻，使得在通讯最大距离32m左右时速率可达到6.25Mbps，提高了上位机与海底地震仪阵列节点之间的传输速度，降低了因为传输速度限制导致的时延误差，进而可以降低消息交互不确定性对同步精度的影响，提高时间同步的精确度。

所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法包括海底地震仪阵列节点的工作过程和上位机的工作过程，如图2所示，海底地震仪阵列节点的工作过程具体包括：

S10、接收上位机下发的时间校准报文；

S20、计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；

S30、计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；

S40、当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；

S50、当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。

具体地，在所述步骤S10中，所述时间校准报文携带有本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1，上位机时间T，前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1以及同步延迟时间误差。其中，上位机时间T为上位机通过时间获取系统(例如，GPS系统等)获取的年、月、日、时、分以及秒等信息；上位机时间差t1为上位前一次下发时间校准报文和本次下发时间校准报文的间隔时间。此外，所述上位机中存储有海底地震仪阵列节点的时间状态数据，时间状态数据包括前一次下发时间校准报文的上位机时间，前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1，海底地震仪阵列节点的传输错误次数err_cnt以及海底地震仪阵列节点的故障码。其中，传输错误次数err_cnt以及故障码可以很好的检测各海底地震仪阵列节点的运行状况，前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1以及本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1使得海底地震仪阵列节能够更充分校准时间信息。

在一个典型实现方式中，时间校准报文的报文结构可以为：

时间状态数据的存储结构可以为：

在一个实现方式中，在接收上位机下发的时间校准报文之前，海底地震仪阵列节点需要上电并初始化串口以及实时时钟模块，以使得海底地震仪阵列节点进入正常运行状态，并海底地震仪阵列节点将其自身存储的时间初始化标志和RTC-error标志置零。在海底地震仪阵列节点已完成上电初始化操作后，接收上位机下发的时间校准报文，以便基于所述时间校准报文进行时间校准。

进一步，在上位机接收到时间校准报文后，海底地震仪阵列节点还可以判断是否是在已完成上电初始化操作后第一次接收到时间校准报文，也就是说，海底地震仪阵列节点可以识别时间初始化标志是否为0。基于此，所述接收上位机下发的时间校准报文之后，所述方法包括：

识别所述海底地震仪阵列节点配置的时间初始化标志；

当所述时间初始化标志为1时，执行计算本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤；

当所述时间初始化标志为0时，根据所述上位机时间、时间误差Δt1以及同步延迟时间误差计算实时时间，并将所述实时时间写入实时时钟模块，并将所述实时时间写入实时时钟模块。

具体地，时间初始化标志为1时，说明不是在已完成上电初始化操作后第一次接收到时间校准报文，也就是说，海底地震仪阵列节点内存储有上次时间校准报文的时间信息，从而可以直接执行计算本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤。反之，当时间初始化标志为0时，说明是在已完成上电初始化操作后第一次接收到时间校准报文。此时，首先计算上位机时间T、时间误差Δt1以及同步延迟时间误差的时间和，并将该时间和作为本机时间T1写入实时时钟模块；其次，将本机时间T1传输给上位机；再次，立即读取实时时钟模块，将本机接收时间T2、时间误差Δt2以及本机时间差t2保存至海底地震仪阵列节点本地；最后，将时间初始化标志置1。

基于此，所述将所述实时时间写入实时时钟模块之后，所述方法还包括：

向所述上位机回传本机时间数据包；

将记录时间数据包存入记录时间数据区，并将时间初始化标志配置为1。

具体地，本机时间数据包用于回传给上位机，其中，所述本机时间数据包包括本机时间T1、时间误差Δt2以及本机时间差t2，其可以报文机构结构可以为：

此外，海底地震仪阵列节点自身设置有记录时间数据区，记录时间数据区用于存储记录时间数据包，其中，记录时间数据区可以采用如下存储结构：

在一个实现方式中，所述当所述时间初始化标志为1时，执行获取本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差以及上位机时间与海底地震仪阵列节点时间的第一时间误差的步骤具体包括：

当所述时间初始化标志为1时，将所述RTC故障次数与预设次数阈值进行比较；

当RTC故障次数小于预设次数阈值时，执行计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤；

当RTC故障次数大于或者等于预设次数阈值时，向上位机报告RTC故障信息并控制海底地震仪阵列节点复位。

具体地，预设次数阈值用于横梁海底地震仪阵列节点进行时间校准的错误次数，通过RTC故障次数用于反映RTC的故障情况，通过对RTC故障次数的判断，这样一方面可以检测出RTC故障，一方面是可以及时发现因外界恶劣的运行环境导致的系统短时间时钟漂移，使得系统能够自我纠正时间信息。

在所述步骤S20中，所述本机时间差t2为本次时间校准报文对应的本机时间与前一次时间校准报文对应的本机时间的时间误差，其中，前一次时间校准报文对应的本机时间存储于海底地震仪阵列节点内。

在所述步骤S30中，分别计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，通过述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t可以很好的判断本机RTC时钟稳定程度，为后续时间校准提供可靠保证。此外，所述根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间具体包括：

当所述时间误差t大于或者等于预设时间阈值时，将实时时钟模块的实时时间与时间误差的时间和作为海底地震仪阵列节点的本机时间，并将RTC故障次数增加1；

当所述时间误差t小于预设时间阈值时，保持海底地震仪阵列节点的本机时间不变，并清空RTC故障次数。

具体地，预设时间阈值为预先设置的，可以横梁海底地震仪阵列节点的实时时钟模块是否发生故障以导致实时时钟模块的时间准确，其中，当时间误差t大于或者等于预设时间阈值时，说明实时时钟模块发生故障，反之，当所述时间误差t小于预设时间阈值时，说明实时时钟模块未发生故障。在实时时钟模块发生故障时，更新实时时钟模块的实时时间，当实时时钟模块未发生故障，保持实时时钟模块的实时不变。其中，当需要更新实时时钟模块的实时时间时，将实时时钟模块的实时时间与时间误差的时间和作为海底地震仪阵列节点的本机时间。

在步骤S40和步骤S50中，时间误差Δt用于反映两次时间校准过程中时间延误的误差，当时间误差Δt达到预设时间阈值时，说明本次时间校准存在由于机器指令导致的时间精度偏移问题，此时基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，当时间误差Δt未达到预设时间阈值时，说明本次时间校准未存在由于机器指令导致的时间精度偏移问题，可以基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间。其中，当基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间时，直接将本机时间和时间误差Δt1的时间和作为实时时间；当所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间时，可以计算所述时间误差Δt1和所述时间误差Δt2的时间误差均值Δt3；将所述时间误差均值Δt3和本机时间的时间和作为实时时间。当然，实际应用中，还可以采用其他方式，例如，选取时间误差Δt1和所述时间误差Δt2中较小的一个时间误差，并将选取到的时间误差与本机时间的时间和作为实时时间等。

在一个实现方式中，所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法包括上位机工作过程，如图3所示，所述上位机工作过程具体包括：

A10、当海底地震仪阵列节点未发生故障时，检测海底地震仪阵列节点是否已上电完成初始化；

A20、当完成上电初始化后，计算时间校准报文的传输时间，并向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文；

A30、将所述传输时间写入节点状态数据区，并等待海底地震仪阵列节点的回传报文；

A40、若接收到回传报文，则将上位机时间与本机时间的时间误差Δt1写入节点状态数据区，并获取GPS实时时间以进行下一时间校准报文下发；

A50、若未接收到回传报文，则将海底地震仪阵列节点的传输错误次数增加，并在传输错位次数未达到次数阈值时，继续向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，在传输错位次数达到次数阈值时，将海底地震仪阵列节点的故障码配置为预设标识码。

具体地，上位机获取GPS实时时间，并将获取到的GPS实时时间同步下发给各海底地震仪阵列节点，以使得各海底地震仪阵列节点同步进行时间校准，并且各海底地震仪阵列节点接收的GPS实时时间相同，这样可以提高各海底地震仪阵列节点的时间同步性。此外，上位机在向各海底地震仪阵列节点下发时间校准报文之前检测各海底地震仪阵列节点的故障状态，当海底地震仪阵列节点未发生故障会检测海底地震仪阵列节点是否完成上电初始化，而当海底地震仪阵列节点发生故障时，会提示海底地震仪阵列节点发生故障，例如，控制发生故障的海底地震仪阵列节点对应的警示指示灯亮红灯等。

综上所述，本实施例提供了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，方法包括接收上位机下发的时间校准报文；计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。本申请中上位机与各个节点各自根据自身时间信息计算上位机与节点的时间误差，节点利用本机和上位机的时间误差进行时间校准，可以很好的避免由于机器指令误差导致的时间精度偏移问题，提高时间同步的精确度。同时，上位机与各个节点根据自身的时间计算两次时间校准报文的时间误差，可以很好的判断当前节点的时钟运行是否正常，以便及时将当前节点的RTC时钟情况上报给上位机，可以有效地检测到异常节点。

为了进一步说明本实施例提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，下面分别给出海底地震仪阵列节点工作过程的例子和上位机工作过程的例子。

海底地震仪阵列节点的控制器采用单片机，单片机搭载MAX3485-RS485驱动芯片以及采用DS1338时钟芯片的实时时钟模块，其中，MAX3485-RS485驱动芯片的电路图如图4所示，DS1338时钟芯片的电路图如图5所示。如图6所示，所述海底地震仪阵列节点工作过程具体包括：

H10、单片机上电，并初始化硬件资源以进入正常运行状态，其中，硬件资源至少包括串口时钟芯片；

H20、将单片机记录时间数据区的时间初始化标志和RTC故障次数RTC-error置零；

H30、单片机接收到上位机下发的时间校准报文；

H40、单片机识别记录时间数据区中的时间初始化标志，若为零，则将本机时间T1立即写入实时时钟模块中；若不为零，则跳转到步骤H100，其中，本机时间T1＝上位机时间T+上位机与单片机的时间误差Δt1+同步延迟时间误差)；

H50、计算上位机时间与本机时间的时间误差Δt2，将本机实时时间T1+Δt2(初次传输为0)立即传输给上位机；

H60、立即读取实时时钟模块时间数据，将本机接收时间T2写入单片机记录时间数据区中；

H70、将Δt2(初次传输为0)写入记录时间数据区中，将两次时间校准报文本地时间误差t2(初次传输为0)写入单片机记录时间数据区中；

H80、将时间初始化标志置1以完成第一次时间校准传输；

H90、重复上述步骤H30和步骤H40；

H100、识别RTC-error，若RTC-error>5，则向上位机报告单片机RTC时钟故障信息；

H110、读取实时时间模块时间数据，计算两次时间校准报文的本机时间差t2以及上位机与本机时间差Δt2，其中，t2＝本次时间校准指令的本机时间-单片机记录时间数据区中前一次时间校准指令的本机时间；

H120、计算单片机两次时间校准报文的本机时间差t2与上位机报文中的两次时间校准报文的上位机时间差t1的时间误差t，若误差时间t小于1ms，则清空RTC-error标志，并执行步骤H130；反之，RTC-error标志加1并跳转到如下步骤H140；

H130、计算上位机与本机时间差Δt2以及上位机报文中的上位机与担单片机的时间误差Δt1的时间误差Δt，若时间误差Δt小于1ms，则继续步骤H150，反之，跳转到步骤H160；

H140、读取实时时钟模块时间，将实时时钟模块时间+t写入实时时钟模块；

H150、计算Δt1与Δt2的均值Δt3，读取实时时钟模块，将实时时钟模块时间+Δt3写入实时时钟模块，执行步骤H170；

H160、读取实时时钟模块，将实时时钟模块时间+Δt1写入实时时钟模块；

H170、读取实时时钟模块时间，将本机实时时间T1+Δt2(初次传输为0)打包传输给上位机。

如图7所示，所述海上位机工作过程具体包括：

D10、上位机初始化状态完成，等待开始；

D20、检测海底地震仪阵列节点n是否已完成上电初始化操作，已完成则继续步骤D30，未完成，则重复步骤D20；

D30、根据串口通信字符传输时间计算方法计算传输时间；

D40、上位机时间T为实时获取GPS时间信息+传输时间，发送上位机时间校准报文给海底地震仪阵列节点n，等待海底地震仪阵列节点n回包，其中，初次传输上位机时间与海底地震仪阵列节点n时间误差Δt1为0；

D50、计算上位机时间与海底地震仪阵列节点n时间误差Δt1，其中，Δt1为实时GPS时间与(节点n时间+传输时间)之差值；

D60、实时获取GPS时间，然后重复步骤D40和步骤D50。

此外，为了进一步说明本实施例提供的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法的有益效果，本实施例对采用本方法的时间校准方法的时间同步精度与现有时间同步方法的时间同步精度进行比较，其中，图8为现有海底地震仪阵列系统中上位机-海底地震仪阵列节点的时延折线图，图9为采用本方法的时间校准方法的海底地震仪阵列系统中上位机-海底地震仪阵列节点的时延折线图。由图8和图9可以看出，本实施例提供的时间校准方法的时间同步精度高于现有海底地震仪阵列系统的时间同步精度，从而使得本实施例提供的时间校准方法的时间精度可以满足海底地震仪阵列系统的要求。

基于上述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，本实施例提供了一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准系统，所述校准系统包括上位机和若干海底地震仪阵列节点，如图10所示。若干海底地震仪阵列节点中的每个海底地震仪阵列节点均包括：

接收模块101，用于接收上位机下发的时间校准报文，其中，所述时间校准报文携带有本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1，上位机时间T，以及前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1；

计算模块102，用于计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；

调整模块103，用于计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；

第一写入模块104，用于当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；

第二写入模块105，用于当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。

如图11所示，所述上位机包括：

检测模块201，用于当海底地震仪阵列节点未发生故障时，检测海底地震仪阵列节点是否已上电完成初始化；

计算模块202，用于当完成上电初始化后，计算时间校准报文的传输时间，并向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文；

写入模块203，用于将所述传输时间写入节点状态数据区，并等待海底地震仪阵列节点的回传报文；

获取模块204，用于在接收到回传报文时，将上位机时间与本机时间的时间误差Δt1写入节点状态数据区，并获取GPS实时时间以进行下一时间校准报文下发；

调节模块205，用于在未接收到回传报文时，将海底地震仪阵列节点的传输错误次数增加，并在传输错位次数未达到次数阈值时，继续向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，在传输错位次数达到次数阈值时，将海底地震仪阵列节点的故障码配置为预设标识码。

基于上述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上述实施例所述的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的步骤。

基于上述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，本申请还提供了一种终端设备，如图12所示，其包括至少一个处理器(processor)20；显示屏21；以及存储器(memory)22，还可以包括通信接口(Communications Interface)23和总线24。其中，处理器20、显示屏21、存储器22和通信接口23可以通过总线24完成相互间的通信。显示屏21设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口23可以传输信息。处理器20可以调用存储器22中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。

此外，上述的存储器22中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器22作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器20通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。

存储器22可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

此外，上述存储介质以及终端设备中的多条指令处理器加载并执行的具体过程在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述的方法包括海底地震仪阵列节点的工作过程，所述海底地震仪阵列节点的工作过程具体包括：

接收上位机下发的时间校准报文，其中，所述时间校准报文携带有本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1，上位机时间T，前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1，以及同步延迟时间误差；

计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；

计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t，以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；

当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；

当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。

2.根据权利要求1所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述接收上位机下发的时间校准报文之后，所述方法包括：

识别所述海底地震仪阵列节点配置的时间初始化标志；

当所述时间初始化标志为1时，执行计算本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤；

当所述时间初始化标志为0时，根据所述上位机时间、时间误差Δt1以及同步延迟时间误差计算实时时间，并将所述实时时间写入实时时钟模块。

3.根据权利要求1或2所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述将所述实时时间写入实时时钟模块之后，所述方法还包括：

向所述上位机回传本机时间数据包，其中，所述本机时间数据包包括本机时间T1、时间误差Δt2以及本机时间差t2；

将记录时间数据包存入记录时间数据区，并将时间初始化标志配置为1，其中，所述记录时间数据包包括本机接收时间T2，时间误差Δt2、本机时间差t2、时间初始化标志以及RTC故障次数。

4.根据权利要求3所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述当所述时间初始化标志为1时，执行获取本次时间校准指令与前一次时间校准报文的本机时间差以及上位机时间与海底地震仪阵列节点时间的第一时间误差的步骤具体包括：

当所述时间初始化标志为1时，将所述RTC故障次数与预设次数阈值进行比较；

当RTC故障次数小于预设次数阈值时，执行计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2的步骤；

当RTC故障次数大于或者等于预设次数阈值时，向上位机报告RTC故障信息并控制海底地震仪阵列节点复位。

5.根据权利要求1所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间具体包括：

当所述时间误差t大于或者等于预设时间阈值时，将实时时钟模块的实时时间与时间误差t的时间和作为海底地震仪阵列节点的本机时间，并将RTC故障次数增加1；

当所述时间误差t小于预设时间阈值时，保持海底地震仪阵列节点的本机时间不变，并清空RTC故障次数。

6.根据权利要求1所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间具体包括：

计算所述时间误差Δt1和所述时间误差Δt2的时间误差均值Δt3；

将所述时间误差均值Δt3和所述本机时间的时间和作为实时时间。

7.根据权利要求1所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述海底地震仪阵列系统包括若干海底地震仪阵列节点，若干海底地震仪阵列节点中的每个海底地震仪阵列节点均通过RS485与所述上位机通讯。

8.根据权利要求1所述用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法，其特征在于，所述方法还包括上位机工作过程，所述上位机工作过程具体包括：

当海底地震仪阵列节点未发生故障时，检测海底地震仪阵列节点是否已上电完成初始化；

当完成上电初始化后，计算时间校准报文的传输时间，并向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文；

将所述传输时间写入节点状态数据区，并等待海底地震仪阵列节点的回传报文；

若接收到回传报文，则将上位机时间与本机时间的时间误差Δt1写入节点状态数据区，并获取GPS实时时间以进行下一时间校准报文下发；

若未接收到回传报文，则将海底地震仪阵列节点的传输错误次数增加，并在传输错位次数未达到次数阈值时，继续向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，在传输错位次数达到次数阈值时，将海底地震仪阵列节点的故障码配置为预设标识码。

9.一种用于海底地震仪阵列系统的时间校准系统，其特征在于，所述校准系统包括上位机和若干海底地震仪阵列节点，若干海底地震仪阵列节点中的每个海底地震仪阵列节点均包括：

接收模块，用于接收上位机下发的时间校准报文，其中，所述时间校准报文携带有本次时间校准报文和前一次时间校准报文的上位机时间差t1，上位机时间T，以及前一次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt1；

计算模块，用于计算本次时间校准报文与前一次时间校准报文的本机时间差t2，以及本次时间校准中上位机时间与本机时间的时间误差Δt2；

调整模块，用于计算所述本机时间差t2与所述上位机时间差t1的时间误差t以及所述时间误差Δt2与时间误差Δt1的时间误差Δt，并根据所述时间误差t调整海底地震仪阵列节点的本机时间；

第一写入模块，用于当所述时间误差Δt小于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1、所述时间误差Δt2以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块；

第二写入模块，用于当所述时间误差Δt大于或者等于预设时间阈值时，基于所述时间误差Δt1以及所述本机时间确定实时时间，并将实时时间写入实时时钟模块。

10.根据权利要求9所述的用于海底地震仪阵列系统的时间校准系统，其特征在于，所述上位机包括：

检测模块，用于当海底地震仪阵列节点未发生故障时，检测海底地震仪阵列节点是否已上电完成初始化；

计算模块，用于当完成上电初始化后，计算时间校准报文的传输时间，并向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文；

写入模块，用于将所述传输时间写入节点状态数据区，并等待海底地震仪阵列节点的回传报文；

获取模块，用于在接收到回传报文时，将上位机时间与本机时间的时间误差Δt1写入节点状态数据区，并获取GPS实时时间以进行下一时间校准报文下发；

调节模块，用于在未接收到回传报文时，将海底地震仪阵列节点的传输错误次数增加，并在传输错位次数未达到次数阈值时，继续向海底地震仪阵列节点下发时间校准报文，在传输错位次数达到次数阈值时，将海底地震仪阵列节点的故障码配置为预设标识码。

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-8任意一项所述的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的步骤。

12.一种终端设备，其特征在于，包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；

所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如权利要求1-8任意一项所述的用于海底地震仪阵列系统的时间校准方法中的步骤。