RU2805775C1 - Astronomical time signal generator for stand-alone digital seismometers - Google Patents
Astronomical time signal generator for stand-alone digital seismometers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805775C1 RU2805775C1 RU2023114837A RU2023114837A RU2805775C1 RU 2805775 C1 RU2805775 C1 RU 2805775C1 RU 2023114837 A RU2023114837 A RU 2023114837A RU 2023114837 A RU2023114837 A RU 2023114837A RU 2805775 C1 RU2805775 C1 RU 2805775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- controller
- mark
- output
- marks
- gps receiver
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к сейсмологии, а точнее к аппаратуре для сейсмических исследований, и может быть использовано при создании систем регистрации сейсмических данных.The invention relates to seismology, and more precisely to equipment for seismic research, and can be used to create seismic data recording systems.
Известен формирователь сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров, содержащий приёмник GPS [1].A known astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers, containing a GPS receiver [1].
Недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает точную привязку регистрируемого сейсмического сигнала к астрономическому времени только при условии устойчивой связи приёмника GPS к спутникам этой системы. Это условие выполняется не всегда, например, при плотной облачности. Потеря синхронизации может длиться сутками, что совершенно недопустимо, особенно во время продолжительных сейсмических мониторингов.The disadvantage of the known device is that it provides an accurate reference of the recorded seismic signal to astronomical time only if there is a stable connection between the GPS receiver and the satellites of this system. This condition is not always met, for example, in dense clouds. Loss of synchronization can last for days, which is completely unacceptable, especially during long-term seismic monitoring.
Известен также формирователь сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров, содержащий приёмник GPS, блок согласования логических уровней, вход которого соединён с выходом идентификации секундных меток приёмника GPS [2].An astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers is also known, containing a GPS receiver, a logical level matching unit, the input of which is connected to the output of identifying the second marks of the GPS receiver [2].
Данный формирователь также имеет низкую надёжность по тем же причинам, что и [1].This shaper also has low reliability for the same reasons as [1].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и принятым за прототип является формирователь сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров, содержащий приёмник GPS, блок согласования логических уровней, вход которого соединён с выходом идентификации секундных меток приёмника GPS [3].The closest technical solution to the proposed one and adopted as a prototype is an astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers, containing a GPS receiver, a logical level matching block, the input of which is connected to the output of identifying the second marks of the GPS receiver [3].
К недостаткам известного технического решения также можно отнести низкую надёжность, т.к. такой формирователь сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров при потере связи со спутниками GPS перестаёт давать синхроимпульсы секундных меток, а также даёт искажённую информацию на выходе идентификации секундной метки.The disadvantages of the known technical solution also include low reliability, because Such an astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers, when communication with GPS satellites is lost, ceases to produce synchronizing pulses of the second marks, and also provides distorted information at the output of the identification of the second mark.
Кроме того, известное техническое решение имеет узкую область применения, т. к. оно не может работать в условиях, где вообще нет связи со спутниками GPS, например, при проведении сейсмических исследований в глубокой шахте.In addition, the known technical solution has a narrow scope, since it cannot work in conditions where there is no connection at all with GPS satellites, for example, when conducting seismic research in a deep mine.
Целью изобретения является повышение надёжности и расширение области применения устройства для синхронизации сейсмических данных с астрономическим временем.The purpose of the invention is to increase the reliability and expand the scope of application of the device for synchronizing seismic data with astronomical time.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для синхронизации сейсмических данных с астрономическим временем содержит высокостабильный тактовый генератор, контроллер поддержания параметров секундной метки, контроллер поддержания идентификации секундных меток, тактовый вход которого соединён с тактовым входом контроллера поддержания параметров секундной метки и выходом тактового генератора, вход прерывания контроллера поддержания параметров секундной метки соединён с выходом секундных меток приёмника GPS, а выход соединён с входом прерывания контроллера поддержания идентификации секундных меток и является выходом секундных меток формирователя, выходом идентификации секундных меток которого является выход контроллера поддержания идентификации секундных меток, вход идентификации секундных меток которого соединён с выходом блока согласования логических уровней, причём контроллер поддержания параметров секундной метки имеет программу, заключённую в нём, обеспечивающую измерение периода сигналов секундных меток при их наличии на входе прерывания этого контроллера, запоминание периода сигналов секундных меток во внутренней памяти этого контроллера и воспроизведение этих сигналов на выходе контроллера поддержания параметров секундной метки при прекращении поступления сигналов секундных меток от приёмника GPS, а контроллер поддержания идентификации секундных меток имеет программу, заключённую в нём, обеспечивающую приём сообщений о времени текущей секундной метки при наличии секундных меток от приёмника GPS , расчёт времени секундной метки при прекращении секундных меток от приёмника GPS и выдачу идентификационной информации о текущей секундной метке на выходе этого контроллера в формате протокольного сообщения приёмника GPS.This goal is achieved by the fact that the device for synchronizing seismic data with astronomical time contains a highly stable clock generator, a controller for maintaining the parameters of the second mark, a controller for maintaining the identification of second marks, the clock input of which is connected to the clock input of the controller for maintaining the parameters of the second mark and the output of the clock generator, interrupt input controller for maintaining the second mark parameters is connected to the output of the second mark of the GPS receiver, and the output is connected to the interrupt input of the controller for maintaining the identification of the second mark and is the output of the second mark of the shaper, the output of which identifies the second mark is the output of the controller for maintaining the identification of the second mark, the input of the identification of the second mark of which is connected with the output of the logical level matching block, and the controller for maintaining the second mark parameters has a program contained in it, which provides measurement of the period of the second mark signals if they are present at the interrupt input of this controller, storing the period of the second mark signals in the internal memory of this controller and reproducing these signals on output of the controller for maintaining the parameters of the second mark when the receipt of signals of the second marks from the GPS receiver stops, and the controller for maintaining the identification of the second marks has a program contained in it that ensures the reception of messages about the time of the current second mark in the presence of second marks from the GPS receiver, the calculation of the time of the second mark when stopping the second marks from the GPS receiver and issuing identification information about the current second mark at the output of this controller in the format of a protocol message from the GPS receiver.
Совокупность существенных признаков данного технического решения: «высокостабильный тактовый генератор, контроллер поддержания параметров секундной метки, контроллер поддержания идентификации секундных меток, тактовый вход которого соединён с тактовым входом контроллера поддержания параметров секундной метки и выходом тактового генератора, вход прерывания контроллера поддержания параметров секундной метки соединён с выходом секундных меток приёмника GPS, а выход соединён с входом прерывания контроллера поддержания идентификации секундных меток и является выходом секундных меток формирователя, выходом идентификации секундных меток которого является выход контроллера поддержания идентификации секундных меток, вход идентификации секундных меток которого соединён с выходом блока согласования логических уровней, причём контроллер поддержания параметров секундной метки имеет программу, заключённую в нём, обеспечивающую измерение периода сигналов секундных меток при их наличии на входе прерывания этого контроллера, запоминание периода сигналов секундных меток во внутренней памяти этого контроллера и воспроизведение этих сигналов на выходе контроллера поддержания параметров секундной метки при прекращении поступления сигналов секундных меток от приёмника GPS, а контроллер поддержания идентификации секундных меток имеет программу, заключённую в нём, обеспечивающую приём сообщений о времени текущей секундной метки при наличии секундных меток от приёмника GPS, расчёт времени секундной метки при прекращении секундных меток от приёмника GPS и выдачу идентификационной информации о текущей секундной метке на выходе этого контроллера в формате протокольного сообщения приёмника GPS - обеспечивает формирование на выходе секундной метки формирователя астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров импульсов секундных меток, сопровождаемых достоверной идентификационной информацией на выходе идентификации секундных меток формирователя при потере связи приёмника GPS со спутниками GPS, что повышает надёжность работы формирователя.The set of essential features of this technical solution: “a highly stable clock generator, a controller for maintaining the second mark parameters, a controller for maintaining the identification of the second mark, the clock input of which is connected to the clock input of the controller for maintaining the second mark parameters and the output of the clock generator, the interrupt input of the controller for maintaining the second mark parameters is connected to the output of the second marks of the GPS receiver, and the output is connected to the interrupt input of the controller for maintaining the identification of second marks and is the output of the second marks of the shaper, the output of which identifies the second marks is the output of the controller for maintaining the identification of second marks, the input of which identifies the second marks is connected to the output of the logical level matching block, Moreover, the second mark parameters maintenance controller has a program contained in it, which ensures measurement of the period of seconds marks signals if they are present at the interrupt input of this controller, storage of the period of seconds marks signals in the internal memory of this controller and reproduction of these signals at the output of the second mark parameters maintenance controller when when the receipt of seconds marks signals from the GPS receiver stops, and the controller for maintaining the identification of second marks has a program included in it, which ensures the reception of messages about the time of the current second mark in the presence of second marks from the GPS receiver, the calculation of the time of the second mark when the seconds marks stop from the GPS receiver, and issuance of identification information about the current second mark at the output of this controller in the format of a protocol message of the GPS receiver - ensures the formation at the output of the second mark of the astronomical time generator for autonomous digital seismometers of second mark pulses, accompanied by reliable identification information at the identification output of the second mark of the shaper in case of loss of connection of the GPS receiver with GPS satellites, which increases the reliability of the shaper.
Кроме того, при проведении сейсмических исследований в местах, где связь со спутниками GPS в принципе отсутствует, например, в шахте, можно сначала произвести привязку формирователя к астрономическому времени на поверхности земли, а затем переместить формирователь в шахту и подключить его к сейсмометру вместо приёмника GPS. Таким образом, формирователь сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров имеет возможность работать в местах, недоступных сигналам спутникам GPS, что обуславливает расширение его области применения.In addition, when conducting seismic research in places where there is basically no connection with GPS satellites, for example, in a mine, you can first link the shaper to astronomical time on the earth's surface, and then move the shaper into the mine and connect it to a seismometer instead of a GPS receiver . Thus, the astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers has the ability to operate in places inaccessible to GPS satellite signals, which expands its scope of application.
На фиг. 1 представлена блок-схема формирователя сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров, на фиг. 2 – пример алгоритма работы основной программы, заключённой в контроллере поддержания параметров секундной метки, на фиг. 3 – пример алгоритма подпрограммы обработки прерывания, вызванного нарастающем фронтом сигнала секундной метки на входе прерывания контроллера поддержания параметров секундной метки, на фиг. 4 – пример алгоритма работы подпрограммы обработки прерываний, вызываемых таймером контроллера поддержания параметров секундных меток при достижении этим таймером времени периода импульсов секундных меток, заключённой в контроллере поддержания параметров секундной метки, на фиг. 5 – пример алгоритма работы подпрограммы обработки прерываний, вызываемых таймером контроллера поддержания параметров секундной метки при достижении этим таймером времени длительности импульса секундной метки, заключённой в контроллере поддержания параметров секундной метки, на фиг. 6 - временная диаграмма, поясняющая работу контроллера поддержания параметров секундной метки, на фиг. 7 – пример алгоритма работы основной программы, заключённой в контроллере поддержания идентификации секундных, на фиг. 8 – пример алгоритма подпрограммы обработки прерывания, вызванного нарастающем фронтом сигнала на входе прерывания контроллера поддержания идентификации секундных меток.In fig. Figure 1 shows a block diagram of an astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers; FIG. 2 is an example of the algorithm for the operation of the main program contained in the controller for maintaining the parameters of the second mark, in Fig. 3 – an example of an algorithm for a subroutine for processing an interrupt caused by the rising edge of the second mark signal at the interrupt input of the controller for maintaining the second mark parameters, in FIG. 4 is an example of an algorithm for the operation of a subroutine for processing interrupts caused by the timer of the controller for maintaining the parameters of the second marks when this timer reaches the time period of the pulses of the second marks, contained in the controller for maintaining the parameters of the second marks, in FIG. 5 is an example of the algorithm of operation of the subroutine for processing interrupts caused by the timer of the controller for maintaining the second mark parameters when this timer reaches the duration of the second mark pulse contained in the controller for maintaining the second mark parameters, in FIG. 6 is a timing diagram explaining the operation of the controller for maintaining the parameters of the second mark, in FIG. 7 is an example of the algorithm for the operation of the main program contained in the controller for maintaining the identification of seconds; in FIG. 8 is an example of an algorithm for a subroutine for processing an interrupt caused by a rising edge of the signal at the interrupt input of the controller for maintaining the identification of second marks.
Формирователь сигналов астрономического времени для цифровых сейсмометров (фиг. 1) содержит приёмник GPS 1, блок 2 согласования логических уровней, высокостабильный тактовый генератор 3, контроллер 4 поддержания параметров секундной метки, контроллер 5 поддержания идентификации секундных меток, тактовый вход которого соединён с выходом тактового генератора 3 и с тактовым входом контроллера 4, вход прерывания которого соединён с выходом 6 секундных меток приёмника GPS 1, а выход контроллера 4 соединён с входом прерывания контроллера 5 и является выходом 7 секундных меток формирователя, выходом 8 идентификации секундных меток которого является выход контроллера 5, вход идентификации секундных меток которого соединён с выходом блока 2 согласования логических уровней, вход которого соединён с выходом идентификации секундных меток приёмника GPS 1.The astronomical time signal generator for digital seismometers (Fig. 1) contains a GPS receiver 1, a logical level matching block 2, a highly stable clock generator 3, a controller 4 for maintaining second mark parameters, a controller 5 for maintaining the identification of second marks, the clock input of which is connected to the output of the clock generator 3 and with the clock input of controller 4, the interrupt input of which is connected to the output of 6 second marks of the GPS receiver 1, and the output of controller 4 is connected to the interrupt input of controller 5 and is the output of 7 second marks of the shaper, the output 8 of identification of second marks of which is the output of controller 5, the second mark identification input of which is connected to the output of block 2 for matching logical levels, the input of which is connected to the second mark identification output of GPS receiver 1.
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
После включения питания у приёмника GPS 1 некоторое время уходит на то, что бы установить связь со спутниками. После того, как связь установлена, на выходе 6 приёмник GPS 1 каждую секунду вырабатывает импульс секундной метки, нарастающий фронт которого совпадает с началом секунды астрономического времени. Одновременно на выходе идентификации секундных меток приёмника GPS 1 каждый импульс секундной метки сопровождается последовательным кодом в стандарте электрических сигналов RS-232, содержащим информацию о его времени [1]. Блок 2 согласования логических уровней преобразует уровни электрических сигналов, соответствующих стандарту RS-232, в стандартные логические уровни микросхем ТТЛ/КМОП. After turning on the power, the GPS receiver 1 takes some time to establish communication with satellites. After the connection is established, at output 6, GPS receiver 1 generates a second mark pulse every second, the rising edge of which coincides with the beginning of the second of astronomical time. At the same time, at the second mark identification output of the GPS receiver 1, each second mark pulse is accompanied by a serial code in the RS-232 electrical signal standard, containing information about its time [1]. Logical level matching block 2 converts the levels of electrical signals corresponding to the RS-232 standard into standard logical levels of TTL/CMOS microcircuits.
После включения питания контроллер 4 переходит к выполнению своей основной программы (фиг. 2). Инициализация контроллера 4 заключается в выполнении следующих операций:After turning on the power, controller 4 proceeds to execute its main program (Fig. 2). Initialization of controller 4 consists of performing the following operations:
1. Установка на выходе контроллера 4 (выходе 7 формирователя) значения логического уровня сигнала VPPS=0;1. Setting at the output of controller 4 (output 7 of the shaper) the value of the logical signal level VPPS = 0;
2. разрешение прерываний при поступлении на вход прерывания контроллера 4 нарастающего фронта сигнала (установка значения переменной ICIE1=1);2. enabling interrupts when a rising edge of the signal arrives at the interrupt input of controller 4 (setting the value of the variable ICIE1=1);
3. разрешение захвата содержимого таймера контроллера 4 в момент поступления нарастающего фронта сигнала на вход прерывания этого контроллера 4 и сохранения этого захваченного содержимого в регистре захвата таймера ICR;3. permission to capture the contents of the controller 4 timer at the moment the rising edge of the signal arrives at the interrupt input of this controller 4 and save this captured content in the ICR timer capture register;
4. запрещение прерываний по сравнению таймера по каналу A (OCIE1A=0);4. disable timer comparison interrupts on channel A (OCIE1A=0);
5. загрузка в регистр сравнения таймера OCR1B значения целой части переменной N=tдл.*fген., где tдл.- приблизительная длительность импульса секундной метки, формируемого приёмником GPS 1 (обычно tдл.300 мс), а fген. - частота тактового генератора 3;5. Loading the value of the integer part of the variable N=t into the OCR1B timer comparison registerdl.*fgene., Where tdl.- approximate duration of the second mark pulse generated by the GPS receiver 1 (usually tdl.300 ms), and fgene. -clock generator frequency 3;
6. разрешение прерываний по сравнению таймера контроллера 4 по каналу B (OCIE1B=1);6. enabling interrupts compared to controller 4 timer on channel B (OCIE1B=1);
1. запрещение прерываний по сравнению таймера контроллера 4 по каналу A (OCIE1A=0);1. disable interrupts in comparison of controller 4 timer via channel A (OCIE1A=0);
2. присвоение переменной i значение i=0.2. assigning the value i=0 to variable i.
После проведения инициализации основная программа, заключённая в контроллере 4, переходит в бесконечный цикл, не выполняя при этом никаких операций. Выход из этого цикла возможен только в какую-нибудь подпрограмму обработки прерывания при возникновении соответствующего запроса на прерывание.After initialization, the main program contained in controller 4 enters an endless loop without performing any operations. Exit from this loop is possible only to some interrupt handling routine when a corresponding interrupt request occurs.
Установка приёмником GPS 1 связи со спутниками занимает обычно около 10 с. За это время основная программа контроллера 4 успевает завершить инициализацию и перейти в бесконечный цикл, ожидая запросы на прерывания. После установки приёмником GPS 1 связи со спутниками на его выходе 6 начинают появляться импульсы секундных меток (фиг. 6), нарастающие фронты которых совпадают с началом секунд астрономического времени. Первая секундная метка после установления приёмником GPS 1 связи со спутниками появляется в момент времени t0 (фиг. 6). В этот же момент времени на вход прерывания контроллера 4 поступит нарастающий фронт импульса секундной метки, который вызовет соответствующий запрос на прерывание в этом контроллере 4. По этому запросу контроллер 4 прервёт выполнение основной программы (фиг. 2) и перейдёт к выполнению соответствующей запросу подпрограмме обработки прерывания (фиг. 3), которая сначала сбрасывает таймер контроллера 4 (таймер контроллера 4 после сброса начинает отсчитывать такты генератора 3 с нуля). После этого подпрограмма прерывания (фиг. 3) устанавливает VPPS=1 (логический уровень «1» на выходе контроллера 4 и, что то же самое, на выходе 7 секундной метки формирователя (фиг. 6). Таким образом, нарастающий фронт импульса на выходе 7 секундной метки формирователя повторит нарастающий фронт импульса секундной метки на выходе 6 секундной метки приёмника GPS 1. Establishing a connection with satellites by the GPS receiver 1 usually takes about 10 seconds. During this time, the main program of controller 4 manages to complete initialization and enter an endless loop, waiting for interrupt requests. After the GPS receiver 1 establishes communication with satellites, pulses of second marks begin to appear at its output 6 (Fig. 6), the rising edges of which coincide with the beginning of the seconds of astronomical time. The first second mark after the GPS receiver 1 establishes communication with satellites appears at time t 0 (Fig. 6). At the same moment in time, the rising edge of the second mark pulse will arrive at the interrupt input of controller 4, which will cause a corresponding interrupt request in this controller 4. At this request, controller 4 will interrupt the execution of the main program (Fig. 2) and proceed to execute the processing subroutine corresponding to the request interrupt (Fig. 3), which first resets the timer of controller 4 (the timer of controller 4, after the reset, begins to count the clock cycles of generator 3 from zero). After this, the interrupt subroutine (Fig. 3) sets VPPS = 1 (logical level “1” at the output of controller 4 and, which is the same, at the output of the 7 second mark of the shaper (Fig. 6). Thus, the rising edge of the pulse at the output The 7 second mark of the shaper will repeat the rising edge of the second mark pulse at the output of the 6 second mark of the GPS receiver 1.
Строго говоря, нарастающий фронт на выходе 7 формирователя будет отставать на несколько тактов тактового генератора 3 от нарастающего фронта импульса секундной метки на выходе 6 приёмника GPS 1. Чем выше частота задающего генератора 3, тем незначительнее эта разница между временами нарастающих фронтов. Так, если fген.=10 MГц, то разница между фронтами не превысит десятых долей мкс. А, т. к. погрешность времени нарастающего фронта импульса секундной метки на выходе 6 приёмника GPS 1 составляет 1 мкс, то расхождением нарастающих фронтов сигналов на выходах 6 и 7 можно пренебречь.Strictly speaking, the rising edge at the output 7 of the shaper will lag several clock cycles of the clock generator 3 from the rising edge of the second mark pulse at the output 6 of the GPS receiver 1. The higher the frequency of the master oscillator 3, the more insignificant this difference between the times of the rising edges. So, if f gen. =10 MHz, then the difference between the fronts will not exceed tenths of a microsecond. And, since the time error of the rising edge of the second mark pulse at output 6 of the GPS receiver 1 is 1 μs, the discrepancy between the rising edges of the signals at outputs 6 and 7 can be neglected.
После формирования нарастающего фронта на выходе контроллера 4 подпрограмма обработки прерывания (фиг. 3) проверяет значение переменной i, установленной при инициализации i=0. Если по-прежнему i=0, то подпрограмма меняет значение переменной на i=1 и возвращается в то же место основной программы, откуда было вызвано прерывание, т. е. - в бесконечный цикл основной программы (фиг. 2).After the formation of a rising edge at the output of controller 4, the interrupt processing subroutine (Fig. 3) checks the value of the variable i, set during initialization i=0. If still i=0, then the subroutine changes the value of the variable to i=1 and returns to the same place in the main program from where the interrupt was called, i.e., into the endless loop of the main program (Fig. 2).
Т. к. при инициализации контроллера 4 были разрешены только прерывания по нарастающему фронту сигнала на входе прерывания того контроллера 4 и по сравнению по каналу В таймера этого; t контроллера 4. При этом в регистр сравнения по каналу В таймера этого контроллера 4 было записано число N, соответствующее времени tдл.300 мс, что означает, что таймер, досчитав до N тактов тактового генератора 3, выдаст запрос на прерывание по сравнению по каналу B таймера. После сброса таймера в момент времени t0 следующий нарастающий фронт импульса секундной метки на вход прерывания контроллера может поступить не ранее, чем через 1 с, а таймер контроллера 4 настроен так, что он даст запрос на прерывание по сравнению по каналу В через время tдл.300 мс, т. е. раньше поступления нарастающего фронта импульса секундной метки (фиг. 6). Таким образом, в момент времени t0+tдл. таймер контроллера 4 производит запрос на прерывание по сравнению по каналу В, обработка которого происходит в соответствии с алгоритмом (фиг. 5). Выйдя на обработку прерывания по сравнению таймера по каналу B, соответствующая подпрограмма устанавливает на выходе контроллера 4, т. е. и на выходе формирователя значение сигнала VPPS=0, закончив тем самым формирование на выходе 7 формирователя импульс секундной метки для момента времени t0 (фиг. 6).После установки VPPS=0 таймер продолжает дальнейший отсчёт времени в тактах генератора 3, а подпрограмма прерывания (фиг. 5) возвращается в бесконечный цикл основной программы (фиг. 2) контроллера 4, где вновь происходит ожидание очередного запроса на прерывание. Если этим запросом снова окажется запрос на прерывание по сравнению по каналу B, то программа выйдет на обработку этого прерывания и, ничего не изменив, вернётся в основную программу, т. к. и так уже VPPS=0. Если же раньше поступит нарастающий фронт следующего импульса секундной метки (момент времени t1(фиг. 6), то сначала произойдёт захват контроллером 4 времени нарастающего фронта и сохранение этого времени в регистре ICR таймера. Т. к. последний сброс таймера перед нарастающим фронтом второго сигнала секундной метки в момент времени t1 производился нарастающим фронтом первого сигнала секундной метки в момент времени t0(фиг.2 и 6), то в регистре ICR таймера будет сохранено значение, соответствующее времени T=t1-t0, где T-период следования импульсов секундных меток. После захвата времени таймера возникнет запрос на прерывание по нарастающему фронту сигнала на входе прерывания контроллера 4, по которому произойдёт переход из бесконечного цикла основной программы (фиг. 2) к подпрограмме обработки прерывания (фиг. 3), в соответствии с алгоритмом которой программа производит сброс таймера, установку логической «1» VPPS=1 на выходе контроллера 4, т. е. на выходе 7 формирователя (момент времени t1(фиг. 6)). Т. к. во время выполнения подпрограммы прерывания (фиг. 3) при обработке первого импульса секундной метки, поступившего в момент времени t0, значение переменной i изменилось на i =1, то подпрограмма обработки прерывания при поступлении второго импульса секундной метки в момент t1 (фиг. 3) после проверки значения i перейдёт к проверке: разрешено или нет прерывание по сравнению по таймеру по каналу A, что определяется значением переменной OCIE1A. Если OCIE1A=1, то это прерывание разрешено, если OCIE1A=0 – нет. Если указанное прерывание не разрешено, то подпрограмма (фиг. 3) подтверждает i=1 и возвращается в бесконечный цикл основной программы (фиг. 2). Если же при проверке OCIE1A оказалось, что OCIE1A=0, то подпрограмма перебрасывает из регистра захвата ICR захваченное значение времени T в регистр сравнения OCR1A по каналу A, разрешает прерывания по сравнению по таймеру по каналу A (OCIE1A=1), запрещает прерывания по нарастающему фронту сигнала на входе прерывания (ICIE1=0) контроллера 4.Because when initializing controller 4, only interrupts were allowed on the rising edge of the signal at the interrupt input of that controller 4 and compared to channel B of the timer of this one; t of controller 4. At the same time, the number N corresponding to time t was written to the comparison register on channel B of the timer of this controller 4 . 300 ms, which means that the timer, having counted up to N cycles of clock generator 3, will issue a request for an interrupt compared to channel B of the timer. After resetting the timer at time t 0 , the next rising edge of the second mark pulse can arrive at the controller’s interrupt input no earlier than 1 s later, and the timer of controller 4 is configured so that it will give an interrupt request compared to channel B after time t for . 300 ms, i.e. before the arrival of the rising edge of the second mark pulse (Fig. 6). Thus, at time t 0 + tdl. The timer of controller 4 produces a request for an interruption in comparison on channel B, the processing of which occurs in accordance with the algorithm (Fig. 5). Having entered the timer comparison interrupt processing via channel B, the corresponding subroutine sets the signal value VPPS = 0 at the output of controller 4, i.e., at the output of the shaper, thereby completing the formation of a second mark pulse at the output 7 of the shaper for the moment t 0 ( Fig. 6).After setting VPPS=0, the timer continues further counting time in clock cycles of generator 3, and the interrupt subroutine (Fig. 5) returns to the endless loop of the main program (Fig. 2) of controller 4, where the next interrupt request is again waited for . If this request again turns out to be a request for an interrupt compared to channel B, then the program will exit to process this interrupt and, without changing anything, will return to the main program, since VPPS = 0 already. If the rising edge of the next pulse of the second mark arrives earlier (time t 1 (Fig. 6), then controller 4 will first capture the time of the rising edge and save this time in the ICR timer register. Since the last reset of the timer is before the rising edge of the second the second mark signal at time t 1 was produced by the rising edge of the first second mark signal at time t 0 (Figs. 2 and 6), then the ICR timer register will store the value corresponding to the time T=t 1 -t 0 , where T- period of repetition of pulses of second marks. After capturing the timer time, a request for interruption will arise on the rising edge of the signal at the interrupt input of controller 4, which will lead to a transition from the endless loop of the main program (Fig. 2) to the interrupt processing subroutine (Fig. 3), in accordance with the algorithm of which the program resets the timer, setting logical “1” VPPS = 1 at the output of controller 4, i.e. at output 7 of the driver (time t 1 (Fig. 6)). Since during the execution of the interrupt subroutine (Fig. 3) when processing the first pulse of the second mark received at time t 0 , the value of the variable i changed to i = 1, then the subroutine for processing the interrupt when the second pulse of the second mark arrived at time t 1 (Fig. 3) after checking the value of i, it will proceed to check whether the timer interrupt on channel A is enabled or not, which is determined by the value of the OCIE1A variable. If OCIE1A=1, then this interrupt is enabled, if OCIE1A=0 - not. If the specified interrupt is not enabled, then the subroutine (Fig. 3) confirms i=1 and returns to the endless loop of the main program (Fig. 2). If, when checking OCIE1A, it turns out that OCIE1A = 0, then the subroutine transfers the captured time value T from the ICR capture register to the OCR1A comparison register on channel A, enables timer comparison interrupts on channel A (OCIE1A = 1), disables rising interrupts edge of the signal at the interrupt input (ICIE1=0) of controller 4.
Всё это означает, что означает, что теперь при достижении временем таймера времени в его регистре сравнения OCR1A, в контроллере 4 будет вырабатываться запрос на прерывание по сравнению по каналу A таймера, а запросов на прерывание по нарастающим фронтам сигналов на входе прерывания контроллера 4 вырабатываться больше не будет. Затем подпрограмма обработки прерываний подтверждает i=1 и возвращается в бесконечный цикл основной программы (фиг. 2). По истечении времени tдл. после сброса таймера подпрограммой прерывания по нарастающему фронту сигнала на входе прерывания контроллера 4 в момент времени t1 возникнет запрос на прерывание по сравнению по каналу B таймера. По этому запросу произойдёт переход к подпрограмме обработки соответствующего прерывания (фиг. 5), которая установит VPPS=0, сформировав тем самым спадающий фронт второго импульса секундной метки на выходе 7 формирователя (фиг. 6). При этом таймер контроллера 4 будет продолжать отсчёт времени (тактовых импульсов генератора 3), начатый в момент времени t1. Т. к. в регистр сравнения канала A таймера (OCR1A) было перегружено из его регистра захвата (ICR1) значение времени T периода следования секундных меток, то через это время после t1 (момент t2) возникнет запрос на прерывание по сравнению по каналу A таймера, и контроллер 4 выйдет из бесконечного цикла основной программы (фиг. 2) в соответствующую запросу подпрограмму обработки прерывания (фиг. 4).All this means that now, when the timer reaches the time in its comparison register OCR1A, controller 4 will generate an interrupt request compared to channel A of the timer, and more interrupt requests will be generated on rising edges of signals at the interrupt input of controller 4 will not be. Then the interrupt handling subroutine confirms i=1 and returns to the endless loop of the main program (Fig. 2). After time tdl . after the timer is reset by the interrupt subroutine on the rising edge of the signal at the interrupt input of controller 4 at time t 1 , a request for interruption will arise in comparison with channel B of the timer. At this request, a transition will occur to the subroutine for processing the corresponding interrupt (Fig. 5), which will set VPPS = 0, thereby forming the falling edge of the second pulse of the second mark at output 7 of the shaper (Fig. 6). In this case, the timer of controller 4 will continue counting the time (clock pulses of generator 3) started at time t 1 . Since the timer channel A comparison register (OCR1A) was overloaded from its capture register (ICR1) with the time value T of the period of the second marks, then after this time after t 1 (moment t 2 ) a request for an interruption in comparison will arise on the channel A timer, and controller 4 will exit the endless loop of the main program (Fig. 2) into the interrupt processing subroutine corresponding to the request (Fig. 4).
Эта подпрограмма сбрасывает таймер, устанавливает «1» (VPPS=1) в момент времени t2, отстоящий на период T следования импульсов секундных меток от момента t1 на выходе 7 формирователя (фиг. 6). Таймер контроллера 4 при этом продолжает отсчёт тактов генератора 3. За счёт этого запросы на прерывания (фиг. 4 и 5) будут циклически генерироваться и обеспечат на выходе 7 формирователя генерацию импульсов секундных мерок даже при отсутствии их на выходе 6 приёмника GPS 1 (фиг. 6), т. е при потере приёмником GPS 1 связи со спутниками. Очевидно, что точность соответствия нарастающих фронтов секундных меток на выходе 7 формирователя, сформированных подпрограммой обработки прерывания (фиг. 4) началам секунд астрономического времени определяется точностью и стабильностью генератора 3. Использование в качестве генератора 3 высокостабильного термостатированного генератора фирмы Bliley BOV TJ-10M позволяет осуществлять выработку формирователем на его выходе 7 сигналов секундных меток, нарастающий фронт которых не отличается от начал астрономических секунд более, чем на 1 мкс при потере связи приёмника GPS 1 со спутниками не менее, чем на сутки.This subroutine resets the timer, sets “1” (VPPS=1) at time t 2 , which is separated by the period T of the second-mark pulses from moment t 1 at the output 7 of the shaper (Fig. 6). The timer of the controller 4 continues to count the clock cycles of the generator 3. Due to this, requests for interruptions (Figs. 4 and 5) will be generated cyclically and will ensure the generation of second pulses at the output 7 of the shaper, even if they are not present at the output 6 of the GPS receiver 1 (Fig. 6), i.e. when the GPS receiver 1 loses communication with satellites. It is obvious that the accuracy of the correspondence of the rising edges of the second marks at the output 7 of the shaper, generated by the interrupt processing subroutine (Fig. 4), to the beginning of the seconds of astronomical time is determined by the accuracy and stability of the generator 3. The use of a highly stable thermostated generator from Bliley BOV TJ-10M as generator 3 allows generation by the shaper at its output of 7 signals of second marks, the rising edge of which does not differ from the beginning of astronomical seconds by more than 1 μs when the connection of the GPS 1 receiver with the satellites is lost for at least a day.
Контроллеры 4, 5 могут быть контроллерами серии AVR фирмы Atmel, имеющие необходимые таймеры, входы внешних прерываний и интерфейсы последовательного ввода и вывода данных, например AtTiny2313.Controllers 4, 5 can be Atmel AVR series controllers that have the necessary timers, external interrupt inputs and serial data input and output interfaces, for example AtTiny2313.
Инициализация контроллера 5 при выполнении его основной программы (фиг. 7) также успевает произойти до того, как приёмник GPS 1 установит связь со спутниками. Инициализация контроллера 5 заключается в выполнении следующих операций:Initialization of the controller 5 when executing its main program (Fig. 7) also manages to occur before the GPS receiver 1 establishes communication with the satellites. Initialization of controller 5 consists of performing the following operations:
1. разрешение прерываний (INT0=1) по нарастающему фронту (ISC00=3) сигнала на входе прерывания контроллера 5;1. enabling interrupts (INT0=1) on the rising edge (ISC00=3) of the signal at the interrupt input of controller 5;
2. разрешение приёма идентификационной информации о секундных метках (RxEn=1) на вход идентификации секундных меток этого контроллера 5; 2. permission to receive identification information about the second marks (RxEn=1) to the identification input of the second marks of this controller 5;
3. запрет передачи идентификационной информации о секундных метках (TxEn=0) через выход контроллера 5.3. prohibition of transmitting identification information about second marks (TxEn=0) through controller output 5.
После инициализации основная программа (фиг. 7) контроллера 5 проверяет значение переменной TxEn и, если TxEn=0, что и было установлено при инициализации, программа возвращается к проверке этой переменной, которая в основной программе не изменяет своего значения. Таким образом программа переходит в бесконечный цикл, выйти из которого она сможет только по запросу на прерывание, и, если в подпрограмме обработки прерывания TxEn изменит своё значение с TxEn=0 на TxEn=1 и с этим значением вернётся в это же место основной программы. After initialization, the main program (Fig. 7) of controller 5 checks the value of the variable TxEn and, if TxEn=0, which was set during initialization, the program returns to checking this variable, which does not change its value in the main program. Thus, the program goes into an endless loop, from which it can exit only upon an interrupt request, and if in the interrupt handling subroutine TxEn changes its value from TxEn=0 to TxEn=1 and with this value it will return to the same place in the main program.
При поступлении на вход прерывания контроллера 5 нарастающего фронта с выхода контроллера 4 и, что то же самое, с выхода 7 секундной метки формирователя в контроллере 5 возникнет запрос на прерывание и произойдёт выход из бесконечного цикла основной программы (фиг. 7) контроллера 5 в его подпрограмму обработки прерывания (фиг. 8), которая сначала проверит значение переменной RxEn. Если RxEn=1, как было установлено при инициализации, то подпрограмма осуществляет побайтный приём идентификационной информации о текущей секундной метке и её запись по последовательным адресам памяти контроллера 5.When a rising edge is received at the interrupt input of controller 5 from the output of controller 4 and, which is the same, from the output of the 7 second mark of the shaper in controller 5, a request for interruption will arise and the endless loop of the main program (Fig. 7) of controller 5 will exit in its interrupt routine (Fig. 8), which will first check the value of the RxEn variable. If RxEn=1, as was set during initialization, then the subroutine receives byte-by-byte identification information about the current second mark and writes it to successive memory addresses of controller 5.
Таким образом, в память контроллера 5 побайтно прописывается весь пакет идентификационной информации секундной метки в том виде, в каком он поступает с приёмника GPS 1 через преобразователь 2. Среди этой идентификационной информации имеется байт, указывающий, была ли связь со спутниками во время приёма идентификационной информации о данной секундной метке или нет, т. е. можно ли считать идентификационную информацию о данной секундной метке достоверной. Поэтому сразу после приёма всего пакета идентификационной информации о текущей секундной метке проводится проверка на достоверность этого пакета. Если оказывается, что пакет недостоверен, то сразу происходит возвращение в то место основной программы (фиг. 7), откуда была вызвана подпрограмма прерывания (фиг. 8), не изменив при этом никаких значений переменных основной программы. В противном случае перед возвращением в основную программу устанавливается RxEn=0, что означает, что в памяти контроллера 5 достоверная идентификационная информация о текущей секундной метке.Thus, the entire package of identification information of the second mark is written into the memory of the controller 5, byte by byte, in the form in which it arrives from the GPS receiver 1 through the converter 2. Among this identification information there is a byte indicating whether there was communication with satellites while receiving the identification information about a given second mark or not, i.e. whether the identification information about a given second mark can be considered reliable. Therefore, immediately after receiving the entire packet of identification information about the current second mark, the reliability of this packet is checked. If it turns out that the packet is unreliable, then it immediately returns to the place in the main program (Fig. 7) from which the interrupt subroutine was called (Fig. 8), without changing any values of the main program variables. Otherwise, before returning to the main program, RxEn=0 is set, which means that in the memory of the controller 5 there is reliable identification information about the current second mark.
Если после выхода в подпрограмму обработки прерывания (фиг. 8), проверка RxEn показала, что RxEn=0, то подпрограмма читает по соответствующим адресам памяти контроллера байты, относящиеся только к времени последней секундной метки, увеличивает значение этого времени на 1 сек и записывает по тем же адресам новое значение времени, которое будет использовано для формирования пакета идентификационной информации следующей секундной метки. После этого устанавливается признак TxEn=1, и происходит возврат в бесконечный цикл основной программы (фиг. 7). В подпрограмме прерывания (фиг. 8) признак TxEn изменился с «0» на «1», поэтому основная программа выйдет из бесконечного цикла и перейдет к побайтному чтению по последовательным адресам из памяти идентификационной информации о текущей секундной метке и созданной из пакета идентификационной информации прошлой секундной метки, её передаче на выход контроллера 5 и выход 8 формирователя.If, after exiting to the interrupt handling subroutine (Fig. 8), the check of RxEn showed that RxEn = 0, then the subroutine reads bytes relating only to the time of the last second mark to the corresponding addresses of the controller memory, increases the value of this time by 1 second and writes to the same addresses, a new time value that will be used to generate a packet of identification information for the next second mark. After this, the sign TxEn=1 is set, and the main program returns to the endless loop (Fig. 7). In the interrupt subroutine (Fig. 8), the TxEn sign has changed from “0” to “1”, so the main program will exit the endless loop and proceed to byte-by-byte reading at successive addresses from the memory of identification information about the current second mark and the identification information created from the previous packet second mark, its transmission to the output of the controller 5 and output 8 of the driver.
Таким образом, при потере приёмником GPS 1 связи со спутниками контроллер 4 совместно с генератором 3 формируют сигналы секундных меток на выходе 7 формирователя, а контроллер 5 формирует во время потери связи со спутниками достоверную идентификационную информацию для секундных меток на выходе 8 формирователя, что повышает надёжность работы формирователя сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров.Thus, when the GPS receiver 1 loses communication with the satellites, the controller 4 together with the generator 3 generates signals of second marks at the output 7 of the shaper, and the controller 5 generates, during the loss of communication with satellites, reliable identification information for the second marks at the output 8 of the shaper, which increases reliability operation of an astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers.
Кроме того, при проведении сейсмологических исследований в местах, где сигналы спутников GPS недоступны, предлагаемый формирователь может быть сначала синхронизирован со спутниками GPS там, где такая связь есть, а затем перемещён непосредственно к месту проведения исследований и там использоваться вместо приёмника GPS. Это позволяет достигнуть другой цели изобретения – расширения области применения формирователя сигналов астрономического времени для автономных цифровых сейсмометров.In addition, when conducting seismological studies in places where GPS satellite signals are not available, the proposed shaper can first be synchronized with GPS satellites where such a connection is available, and then moved directly to the research site and used there instead of a GPS receiver. This allows us to achieve another goal of the invention - expanding the scope of application of the astronomical time signal generator for autonomous digital seismometers.
Предложенное устройство было разработано для проведения прецизионных сейсмологических измерений в рамках реализации проекта №122040400015-5 (FMWN-2022-0017) «Структурные особенности и динамика недр Земли - коры, верхней мантии и внутреннего ядра по сейсмическим данным» и использовано при проведении прецизионных сейсмологических измерений.The proposed device was developed for carrying out precision seismological measurements within the framework of the implementation of project No. 122040400015-5 (FMWN-2022-0017) “Structural features and dynamics of the Earth’s interior - the crust, upper mantle and inner core according to seismic data” and was used in carrying out precision seismological measurements .
Проведённые работы подтвердили достижение в предложенной совокупности существенных признаков поставленных целей изобретения.The work carried out confirmed the achievement of the proposed set of essential features of the stated objectives of the invention.
Список литературыBibliography
1. GARMIN. GPS 25 LP series GPS sensor boards GPS25-LVC, GPS25-LVS, GPS25-HVS. Technical Specification. 1. GARMIN. GPS 25 LP series GPS sensor boards GPS25-LVC, GPS25-LVS, GPS25-HVS. Technical Specification.
2. Патент РФ №2400777, 27.09.2010, МПК: G01V 1/16(2006. 01). 2. RF Patent No. 2400777, 09.27.2010, IPC: G01V 1/16 (2006. 01).
3. Патент РФ №2435175, 27.11.2011, МПК: G01V 1/16(2006. 01).3. RF Patent No. 2435175, November 27, 2011, IPC: G01V 1/16 (2006. 01).
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2805775C1 true RU2805775C1 (en) | 2023-10-24 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7299133B2 (en) * | 2002-06-20 | 2007-11-20 | Wmc Resources Limited | Data acquisition unit, system and method for geophysical data |
GB2443248A (en) * | 2006-10-23 | 2008-04-30 | Conor Keegan | Seismography system using GPS timing signals |
RU2331087C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья | Autonomous device for recording seismic signals |
RU2400777C1 (en) * | 2009-01-21 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) | Autonomous seismograph with digital registration of seismic data |
RU2434249C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-20 | Учреждение Российской академии наук Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) | Self-contained digital seismometre |
RU2435175C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) | Self-contained digital seismometer |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7299133B2 (en) * | 2002-06-20 | 2007-11-20 | Wmc Resources Limited | Data acquisition unit, system and method for geophysical data |
GB2443248A (en) * | 2006-10-23 | 2008-04-30 | Conor Keegan | Seismography system using GPS timing signals |
RU2331087C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья | Autonomous device for recording seismic signals |
RU2400777C1 (en) * | 2009-01-21 | 2010-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) | Autonomous seismograph with digital registration of seismic data |
RU2434249C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-20 | Учреждение Российской академии наук Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) | Self-contained digital seismometre |
RU2435175C1 (en) * | 2010-06-25 | 2011-11-27 | Учреждение Российской академии наук Институт динамики геосфер РАН (ИДГ РАН) | Self-contained digital seismometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104317354A (en) | Intersystem global clock determination method and structure | |
RU2805775C1 (en) | Astronomical time signal generator for stand-alone digital seismometers | |
US5892576A (en) | Process and device for the electro-optical measurement of distance | |
WO1998018061A1 (en) | Digital time interval measurement engine for a time of flight system | |
KR20210121187A (en) | Spatial sensor synchronization system using time division multiple access communication system | |
CN112711004B (en) | Anti-interference method and device for laser ranging, laser ranging equipment and readable storage medium | |
GB1235711A (en) | Hierarchy clock synchronization | |
US5353228A (en) | Range-finding method and apparatus | |
US3781803A (en) | Collision avoidance system ground station synchronization | |
US3564544A (en) | Multiple mode aircraft clock synchronization | |
EP0660938B1 (en) | Full and partial cycle counting apparatus and method | |
CN110118969B (en) | Cooperative ranging method for multiple optical ranging devices | |
JPH0534439A (en) | Method for measuring distance using telemeter | |
RU2435175C1 (en) | Self-contained digital seismometer | |
JPS6053864A (en) | Loran receiver | |
RU2434249C1 (en) | Self-contained digital seismometre | |
CN110687773A (en) | Method, device and system for measuring time service precision of time unification system | |
JPH032434B2 (en) | ||
KR102300967B1 (en) | Apparatus and method for synchronizing times of multi-sensors based on GNSS in the multi-sensor integration system | |
CN113541776B (en) | Method for implementing optical fiber detection and clock synchronization and related equipment | |
US4001824A (en) | Dme timing apparatus and methods | |
RU2400777C1 (en) | Autonomous seismograph with digital registration of seismic data | |
SU960869A2 (en) | Device for reading graphic data | |
SU1107103A1 (en) | Device for determination of sign of correction for time scale | |
SU1464113A1 (en) | Method and apparatus for measuring the number of true triple coincidences |