CN117930333A - 基于负反馈控制的数字调零方法及应用其的宽频带行星地震仪 - Google Patents
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Abstract
本发明系一种基于负反馈控制的数字调零方法及应用其的宽频带行星地震仪，用于减小调零步进，以降低其本底噪声。本发明调零过程包括：获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；分解所述数字信号中的零点偏移信号；根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；根据所述二值信号调整数模转换后的输出电压；以及根据数模转换后的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零。
Description
技术领域
本发明涉及宽频带行星地震仪调零技术领域，更具体的说是涉及基于负反馈控制的数字调零方法及应用其的宽频带行星地震仪。
背景技术
宽频带行星地震仪是探测行星内部结构和行星地下资源的最有效手段，然而宽频带行星地震仪容易受到温度、气压、倾斜等外部环境的影响而偏离正常工作点，这就要求宽频带行星地震仪具有一个方便、快捷且精准的调零机制。
当前已布设的行星地震仪，如阿波罗时期的月震仪，采用自动调平机构，包括电机和常平架，显著增加了月震仪的重量和体积；而洞察号探测器则通过机械臂安装了火震仪，当仪器倾斜时，会通过三台电机进行调平，但该种方法导致火震仪重量高达28公斤。为了减小行星地震仪的重量和体积，数字调零技术得到了广泛的应用。
但由于远震的地震波在传播过程中经历了较长的传播距离，且地层介质对高频地震波的吸收能力较强，因此使得远震信号变得微弱且频率较低；然而目前采用的数字调零方法如PWM（脉宽调制）方法，在低频段具有较大的本底噪声，进而导致行星地震仪无法采集到微弱的远震信号。
因此，如何解决上述技术问题是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于负反馈控制的数字调零方法及应用其的宽频带行星地震仪；目的在于通过减小数字调零步进，降低整机在低频段本底噪声，从而提高低频地震波的信噪比。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明公开了一种基于负反馈控制的数字调零方法，应用于宽频带行星地震仪，其中负反馈控制调零过程包括：
S1、获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；
S2、分解所述数字信号中的零点偏移信号；
S3、根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；
S4、当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；以及根据所述二值信号调整数模转换后的输出电压；
S5、根据数模转换后的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零。
另一方面，本申请还公开了一种宽频带行星地震仪，其中，该地震仪应用如上所述的基于负反馈控制的数字调零方法；且所述宽频带行星地震仪包括依次相连的数字信号获取模块、数据处理模块和数模转换模块；
所述数字信号获取模块，用于获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；
所述数据处理模块，用于分解所述数字信号中的零点偏移信号；根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；以及当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；以及根据所述二值信号调整数模转换后的输出电压进行数字调零。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于负反馈控制的数字调零方法及应用其的宽频带行星地震仪，一方面，本申请可准确可靠的判断极板的漂移情况，从而实现及时准确的调零；另一方面，本发明通过采用高阶闭环反馈控制，可有效减小数字调零步进，从而使整机在低频段本底噪声更小，低频地震波的信噪比更高。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明基于负反馈控制的数字调零方法流程图；
图2为本发明采用的高阶闭环反馈控制算法信号流图；
图3为本发明一种实施例中基于负反馈控制的数字调零方法流程框图；
图4为本发明中零点偏移信号分离实例图；
图5为本发明实施例中经滤波后的数字调零结果图；
图6为本发明调零方法与PWM方法的噪声谱密度波形对比图；
图7为本发明宽频带行星地震仪结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于负反馈控制的数字调零方法及应用其的宽频带行星地震仪，目的在于提高宽频带行星地震仪在低频段的信噪比，弥补PWM（脉宽调制）方法在低频段本底噪声大的问题，进而能够准确采集微弱的远震信号。
作为一种示例性的实施例，本申请公开了一种基于负反馈控制的数字调零方法；主要依托宽频带行星地震仪中中心极板的位置，根据其位置变化检测对应的电压变化，进而计算出地动信号的幅度和振动方向；以此同时，通过负反馈控制输出一个电压信号，用以产生与地动信号幅度相同、方向相反的电磁力，以使中心极板回归中心位置，从而实现调零的效果。
本发明中数字调零方法，如图1，包括如下步骤：
S1、获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；
S2、分解所述数字信号中的零点偏移信号；
S3、根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；
S4、当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；以及根据所述二值信号调整数模转换后的输出电压；
S5、根据数模转换后的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零。
下面对各步骤的执行过程进行说明。
步骤一、获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号，
本实施例中，可在中心极板的上下方设置上定极板和下定极板，通过电容电压转换模块检测中心极板相对于上下定极板之间的电容变化，进而利用前置放大模块和模数转换模块得到与中心极板位置相对应的数字信号。
步骤二、分解所述数字信号中的零点偏移信号；
通常当中心极板缓慢发生偏移，且采集到的数据长度足够长时，其对应的数字信号为稳态信号，即均值为零，且满足如下公式：
x(n)为一段时间（如N个点）的模数转换模块转换后的数字信号（也就是传感器记录的信号）中第n个点的信号；
根据该理论，本发明提出根据如下步骤分解所述数字信号中的零点偏移信号：
S21、求取所述数字信号中所有极大值和极小值，得到极大值曲线和极小值曲线；
本实施例中，按如下过程求取每时刻其原始时间域波形x(t)上的所有极大值和极小值：
1）对信号x(t)求导数，xˊ(t)；
2）求xˊ(t)=0的根；
3）对xˊ(t)再求导数，如果x" (t)大于0，那么x(t)在这个根处取得极小值，如果x"(t)小于0，那么x(t)在这个根处取得极大值。
极大值对应时刻记为tdi={ td1，td2，…，tdn}，且满足tdi为x(t)的前向差分序列的过零点时刻，即x(tdi)- x(tdi-1)>0，x(tdi+1)- x(tdi)<0,则极大值曲线可表示为b(t) =x（tdi）；
极小值对应时刻记为txi={ tx1，tx2，…，txn}，且满足txi为x(t)的前向差分序列的过零点时刻，即x(txi)- x(txi-1) <0，x(txi+1)- x(txi) >0,则极小值曲线可表示为r(t)=x（txi）。
S22、确定所述极大值曲线和极小值曲线的平均值，记为a(t)；
即a(t)= b(t)/2+r(t)/2= x（tdi）/2+ x（txi）/2；
S23、从所述数字信号中剥离出a(t)，以当前剥离后的信号波形为第一信号分量，同时，判断从所述数字信号中分离出第一信号分量后的余量信号是否均值为零，若不为零，则所述余量信号为零点偏移信号；若为零，以所述余量信号作为原始信号，重复执行S21-S23，直至得到零点偏移信号。
本实施例中，记剥离后的信号波形为h1(t)，则h1(t)=x(t)-a(t)，且h1(t)满足均值为零，
记第一分量数据c1(t)= h1(t), 余量数据x1(t)= x(t)- c1(t)
判断余量数据信号x1(t)是否满足均值为零，若
则余量数据x1(t)作为零点偏移信号s(t)，可表示为x(t)= c1(t)+ s(t)。
若x1(t)满足均值为零，则将数据x1(t)作为原始数据，重复执行S21-S23，依次分解出第二分量数据c2(t)、第三分量数据c3(t)、第n分量数据cn(t)和零点偏移信号s(t)，可表示为x(t)= c1(t)+ c2(t)+…+ cn(t)+ s(t)。
步骤三、根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；
作为优选实施例，以零点偏移信号中最后一秒中所有数据的平均值作为偏移量；
同时，如果所得零点偏移信号s(t)的趋势是向上漂移，尾段偏移量的平均值是正数，且超过设定的阈值时，说明行星地震仪的中心极板在这一段时间内一直在向上定极板漂移，且当前处于中心位置偏上；反之，当零点偏移信号s(t)的趋势是向下漂移，且尾段偏移量的平均值是负数，说明行星地震仪的中心极板在这一段时间内一直在向下定极板漂移，且当前处于中心位置偏下；
步骤四、当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列T(i),i=1,2…N，并考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；进而根据所述二值信号调整数模转换后的输出电压；
其中，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号的过程包括：
1）如图2，按如下信号流图变换得到下列时域关系；
Z1[n+1]=Z1[n]+k*(T[i]-g3*Y)；
Z2[n+1]=Z2[n]+k*(Z1[n+1]-g2*Y)；
Z3[n+1]=Z3[n]+k*(Z2[n+1]-g*Y)；
式中，T[i]表示时间序列，Z1[n+1]、Z1[n]、Z2[n+1]、Z2[n]、Z3[n+1]、Z3[n]表示变量，且初始值为0；g为反馈系数，k为增益系数，Y为二值信号输出值，本实施例中初始值为0；
本实施例中，劳斯稳定判据和高阶闭环反馈控制要求系统特征方程式系数所排列的劳斯表第一列均为正数，由此得到使得系统稳定的反馈系数和增益系数，并且用代码仿真确认参数稳定性。通过对行星地震仪的噪声谱密度反复测试计算，最终确定反馈系数和增益系数的最优值。
2）根据Z3[n+1]输出二值信号；同时将变量按下式赋值，以根据T[i]时间序列进行迭代计算；
Z1[n]= Z1[n+1]；Z2[n]= Z2[n+1]；Z3[n]= Z3[n+1]。
进一步，考虑中心极板的偏移方向，根据Z3[n+1]输出二值信号，以及根据所述二值信号调整数模转换输出电压的步骤包括：
设置数模转换模块，用于实现数模转换，并定义M为数模转换模块的初始输入值；
当中心极板向上偏移时，判断Z3[n+1]是否大于0，若大于0，二值信号输出为+1，此时数模转换模块的输入值为M+1；若小于0，二值信号输出为-1，数模转换模块的输入值为M-1；
当中心极板向下偏移时，判断Z3[n+1]是否大于0，若大于0，二值信号输出为-1，此时数模转换模块的输入值为M-1；若不大于0，二值信号输出为+1，此时数模转换模块的输入值为M+1。
本发明通过线性时间序列T(i)，在数模转换模块的最小步进中插入i个点，有效缩小了调零步进。
本发明中，进一步采用了高阶闭环反馈控制调零算法，即调零后再次判断中心极板的偏移量，若仍超过设定阈值，则调整数模转换模块的初始输入值后再次调零；其中，
数模转换模块的初始输入值的调整方法为：
若中心极板仍向上偏移，将数模转换模块的初始输入值进行减一操作；
若中心极板仍向下偏移，将数模转换模块的初始输入值进行加一操作；
直至零点偏移不超过设定阈值。
步骤五、根据所述负反馈控制的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零。
即根据数模转换模块的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零；本发明中，行星地震仪会以固定周期去重新读取解析中心极板的数字信号来判断中心极板是否有零点偏移，如果有零点偏移，则启动数字调零模块，开启数字调零算法，否则进入常规数据采集模式。
一种实施例中，整体调零流程图如图3所示；包括：
1）宽频带行星地震仪开机；
2）读取一段时间模数转换模块转换后的数字信号x（t）并解析出零点偏移信号s（t）；
3）判断零点偏移信号s（t）的趋势是否是向上漂移，尾段数据平均值是正数且超过阈值；若是，执行4），若否，执行6）；
4）开启数字调零算法，按照信号流图的时域关系进行循环迭代计算，其中在量化操作步骤中，如果变量z[5]大于零则输出信号Y为+1，输出给数模转换器（DAC）M+1；否则Y输出为-1，输出给数模转换器（DAC）为M-1；
5）实时读取5组模数转换器后的数字信号并做平均，判断平均值是否仍然为正数且大于阈值？若是，输出给数模转换器（DAC）的初始值M进行减一，返回执行4）；若否，结束调零；
6）判断零点偏移信号s（t）的趋势是向下漂移，尾段数据平均值是负数且绝对值超过阈值，若否，返回执行2），若是，执行7）；
7）开启数字调零算法，按照信号流图的时域关系进行循环迭代计算，其中在量化操作步骤中，如果变量z[5]大于零则输出信号Y为-1，输出给数模转换器（DAC）M-1；否则Y输出为+1，输出给数模转换器（DAC）为M+1；
8）实时读取5组模数转换器后的数字信号并做平均，判断平均值是否仍然为负数且绝对值大于阈值，若否，结束调零，若是，输出给数模转换器（DAC）的初始值M进行加一，返回执行7）。
下面通过具体实施例，验证本申请中效果。
A1.宽频带行星地震仪开机
A2.受外界环境的影响，宽频带行星地震仪开机一段时间后，电容传感器的中心极板一般会偏离正常工作点，进而不能采集到完整的震动信号。首先以200HZ的采样率采集16秒模数转换模块转换后的数字信号x(n)，通过上述解析步骤将其分解为八个稳态数据分量和一个零点偏移信号，如图4所示。
可表示为；
从图中可看出解析出的零点偏移信号s(t)的趋势是向上漂移。
A3.中心极板的零点偏移信号s(t)的第i个样点值可表示为si=(s1, s2,…,s3200),i=1,2,…,3200。求得最后一秒数据的平均值sn，sn=(s3000+si+…+s3200)/200,
i=3000, 3001,…,3200；
若sn为正数且大于0.5V（本实施例中的设定阈值），说明宽频带行星地震仪电容传感器的中心极板当前时刻处于中心位置偏上，此时需要通过数字调零将中心极板推回中心位置。
A4.设输出信号Y的初始值为0，数模转换器（DAC）的初始值为M，
输入信号为线性时间序列T，T是按1KHz，60秒生成的时间序列。设变量z[0]、z[1]、z[2]、z[3]、z[4]、z[5]初始值均为0，反馈系数g为1.3，增益系数k为0.3，将其带入下列公式依次计算，可得:
z[1]=z[0]+k*(T-g3*Y)
z[3]=z[2]+k*(z[1]-g2*Y)
z[5]=z[4]+k*(z[3]-g*Y)
然后判断z[5]是否大于0，如果大于0则输出信号Y为+1，输出给数模转换器（DAC）为M+1；否则Y输出为-1,输出给数模转换器（DAC）为M-1。其次进行赋值操作:
z[0]=z[1]；z[2]=z[3]；z[4]=z[5]；
最后按照生成的时间序列T进行60000次循环迭代计算。
滤波后的波形如图5所示，其中横坐标为时间，一共60000个点；纵坐标为DAC输出对应的电压值。
A5.然后以200HZ的采样率实时采集5组，每组为2秒时长的模数转换模块转换后的数字信号X1、X2、X3、X4、X5并做平均得到Xp，可表示如下，
Xp=（X1+X2+X3+X4+X5）/5；
若平均值Xp仍然为正数且大于0.5V，则重复步骤A4，将输出给数模转换器（DAC）的初始值进行减一操作。直到将中心极板按照设定的步进缓慢的由中心位置偏上调至中心位置范围0.5V以内。
A6. 若解析出的零点偏移信号s(t)的趋势是向下漂移，sn为负数，且绝对值大于0.5V，说明宽频带行星地震仪电容传感器的中心极板一直在向下定极板漂移且当前时刻处于中心位置的下方，此时需要通过数字调零将中心极板推到中心位置。
A7.重复步骤A4，其中在进行量化操作步骤中，判断z[5]是否大于0，如果大于0，输出信号Y为-1，输出给数模转换器（DAC）为M-1;否则Y输出为+1,输出给数模转换器（DAC）为M+1。此时重复步骤A5,若平均值Xp仍然为负数且绝对值大于0.5V，则重复步骤A4，将输出给数模转换器（DAC）的初始值进行加一操作，直到将检波器的中心极板按照设定的步进缓慢的由中心位置的下方调至中心位置范围0.5V以内。
A8. 每隔一周时间重新读取并解析模数转换器（ADC）转换后的数字信号，若解析出的零点偏移信号s(t)满足数字调零条件，则开启数字调零模块，否则继续进行地震常规数据采集模式。
基于宽频带行星地震仪的数字调零方法的噪声谱密度波形如图6所示，相较于PWM方法，其低频段的噪声更低，量化噪声被推到高频，高频段的噪声会在硬件电路里进行滤波。
作为另外一种示例性的实施例，本申请公开了一种应用如上所述基于负反馈控制的数字调零方法的宽频带行星地震仪；其结构如图7所示，即宽频带行星地震仪由电容传感器和采集控制模块组成；
其中，采集控制模块包括依次相连的数字信号获取模块、数据处理模块以及数模转换模块；
数字信号获取模块，包括依次相连的电容电压转换模块、前置放大模块和模数转换模块，用于获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；
数据处理模块，用于分解所述数字信号中的零点偏移信号；根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；以及当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；以及根据所述二值信号调整数模转换模块后的输出电压；进一步根据数模转换模块的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零。
一种实施例中，数模转换模块后面设置零漂移缓冲模块，用于滤波，即滤掉算法后的高频信号；同时具有隔离放大、零漂移，和低温漂的作用。
一般采用16位数模转换模块，即1/216是数字调零的最小步进，应用本发明中数字调零方法时，可在最小步进1/216中间增加多个（时间序列T）插值，以减小最小步进，进而根据分解出的低频趋势量做调零算法开始与结束的判据，使每个步进阶梯造成的噪声小于仪器本底噪声。
进一步，电容传感器，包括传感器外壳、上定极板、下定极板、中心极板、弹簧、阻尼、质量体、电磁力矩器、反馈线圈；
各部分连接关系为：上定极板、下定极板、电磁力矩器刚性安装在传感器外壳上；中心极板、反馈线圈刚性安装在质量体上，质量体与传感器外壳之间通过弹簧和阻尼器弹性连接。同时反馈线圈悬嵌于电磁力矩器内部，所述中心极板上下布设有上下定极板。
电容传感器的输出通过电容电压转换模块后转换成电压信号，经过前置放大模块和模数转换模块后转换成数字信号，进入数据处理模块进行相应处理；数据处理模块与数模转换模块相连，转换成模拟信号，经过零漂移缓冲模块后与电容传感器的反馈线圈相连接。
本实施例中，宽频带行星地震仪的工作原理为：
地面震动会导致传感器外壳与悬挂的质量体发生相对运动，从而导致安装在质量体上的中心极板与上定极板、下定极板之间的电容发生变化，电容传感器输出的电容信号经过电容电压转换模块、前置放大模块、模数转换模块送入数据处理模块，通过检测这种电压变化就可以算出地动信号的幅度和振动方向；与此同时，数据处理模块经过一套数字调零负反馈控制算法，经过数模转换模块和零漂移缓冲模块输出给反馈线圈一个电压信号，使其在电磁力矩器内产生一个与地动信号幅度相同、方向相反的电磁力，从而使质量体始终处于上定极板和下定极板之间的中心位置附近。
本申请公开的宽频带行星地震仪在低频段本底噪声更小，低频地震波的信噪比更高；并可长期运行在行星内部不活跃、地动信号微弱的行星上。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于负反馈控制的数字调零方法，其特征在于，应用于宽频带行星地震仪，其中负反馈控制调零过程包括：
S1、获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；
S2、分解所述数字信号中的零点偏移信号；
S3、根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；
S4、当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；以及根据所述二值信号调整数模转换后的输出电压；
S5、根据数模转换后的输出电压对宽频带行星地震仪进行调零。
2.根据权利要求1所述的基于负反馈控制的数字调零方法，其特征在于，S2中，分解所述数字信号中的零点偏移信号的步骤包括：
S21、求取所述数字信号中所有极大值和极小值，得到极大值曲线和极小值曲线；
S22、确定极大值曲线和极小值曲线的平均值，记为a(t)；
S23、从所述数字信号中剥离出a(t)，令当前剥离后的信号波形为第一信号分量，同时，判断从所述数字信号中分离出第一信号分量后的余量信号是否均值为零，若不为零，则所述余量信号为零点偏移信号；若为零，以所述余量信号作为原始信号，重复执行S21-S23，直至得到零点偏移信号。
3.根据权利要求1所述的基于负反馈控制的数字调零方法，其特征在于，所述偏移量为零点偏移信号中最后一秒中所有数据的平均值。
4.根据权利要求1所述的基于负反馈控制的数字调零方法，其特征在于，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号的过程包括；
按如下时域关系对时间序列进行变换；
Z1[n+1]= Z1[n]+k*(T[i]-g3*Y)
Z2[n+1]= Z2[n]+k*( Z 1[n+1]-g2*Y)
Z3[n+1]= Z3[n]+k*( Z2[n+1]-g*Y)
式中，T[i]表示时间序列，g为反馈系数，k为增益系数，Z1[n+1]、Z1[n]、Z2[n+1]、Z2[n]、Z3[n+1]、Z3[n]表示变量，且初始值为0；Y为二值信号输出值；
根据Z3[n+1]输出二值信号；同时将变量按下式赋值，以根据T[i]时间序列进行迭代计算；
Z1[n]= Z1[n+1]；Z2[n]= Z2[n+1]；Z3[n]= Z3[n+1]。
5.根据权利要求4所述的基于负反馈控制的数字调零方法，其特征在于，根据Z3[n+1]输出二值信号，以及根据所述二值信号调整数模转换输出电压的步骤包括：
设置数模转换模块用于实现数模转换，并定义M为数模转换模块的初始输入值；
当中心极板向上偏移时，判断Z3[n+1]是否大于0，若大于0，二值信号输出为+1，此时数模转换模块的输入值为M+1；若小于0，二值信号输出为-1，数模转换模块的输入值为M-1；
当中心极板向下偏移时，判断Z3[n+1]是否大于0，若大于0，二值信号输出为-1，此时数模转换模块的输入值为M-1；若小于0，二值信号输出为+1，此时数模转换模块的输入值为M+1。
6.根据权利要求5所述的基于负反馈控制的数字调零方法，其特征在于，调零后再次判断中心极板的偏移量，若仍超过设定阈值，则调整数模转换模块的初始输入值后再次调零；其中，
数模转换模块初始输入值的调整方法为：
若中心极板仍向上偏移，将数模转换模块的初始输入值进行减一操作；
若中心极板仍向下偏移，将数模转换模块的初始输入值进行加一操作；
直至零点偏移不超过设定阈值。
7.一种宽频带行星地震仪，其特征在于，应用权利要求1-6任一所述的基于负反馈控制的数字调零方法；其中，所述宽频带行星地震仪包括依次相连的数字信号获取模块、数据处理模块和数模转换模块；
所述数字信号获取模块，用于获取预设时间段内中心极板位置对应的数字信号；
所述数据处理模块，用于分解所述数字信号中的零点偏移信号；根据零点偏移信号确定中心极板的偏移方向以及偏移量；以及当偏移量超过设定阈值时，按所需步进确定时间序列，考虑中心极板的偏移方向，根据时间序列通过高阶闭环反馈输出离散二值信号；以及根据所述二值信号调整数模转换模块的输出电压，并根据所述输出电压进行数字调零。
8.根据权利要求7所述的一种宽频带行星地震仪，其特征在于，所述数字信号获取模块，包括依次相连的电容电压转换模块、前置放大模块和模数转换模块。
9.根据权利要求8所述的一种宽频带行星地震仪，其特征在于，所述中心极板固定于电容传感器中，所述电容传感器还包括外壳、刚性固定于外壳上的电磁力矩器、以及通过弹簧和阻尼器弹性连接于外壳上的质量体；
所述质量体上固定连接有反馈线圈和中心极板；其中，
所述反馈线圈悬嵌于电磁力矩器内部，所述中心极板上下布设有上下定极板。
10.根据权利要求9所述的一种宽频带行星地震仪，其特征在于，所述上下定极板刚性固定于外壳上，并与所述电容电压转换模块的输入端相连；所述反馈线圈与零漂移缓冲模块的输出端相连，所述零漂移缓冲模块的输入端连接数模转换模块的输出端。
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