專利名稱：一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)領域，特別涉及一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)。
背景技術：
我國在工業(yè)進程中，社會經濟可持續(xù)發(fā)展正面臨資源緊缺的嚴重壓力。我國是一個資源大國，目前己發(fā)現(xiàn)的礦產有170余種，資源開采量居世界第二，支撐了 50年社會主義經濟建設和工業(yè)化發(fā)展，使我國的綜合國力躍居世界第四。然而，隨著礦產開發(fā)力度的加大，資源儲備急劇下降，己勘探的能源和固體礦產資源對工業(yè)化的保障程度日趨下滑，資源的供需矛盾日益突出。我國淺部礦產資源，如露頭礦、淺部礦，己大幅減少。從國土資源部對全國1010座大中型礦山資源潛力的調查結果可知，60%以上的礦山可開采的潛力嚴重不足。鐵、銅、鋁、鉀鹽等重要礦產高度依賴進口，對外依存度高達50% 80%，遠高于國家經濟的安全警戒線(對外依存40%)。礦產資源短缺日益嚴重，后備探明儲量嚴重不足的現(xiàn)狀令人堪憂，己成為制約我國經濟發(fā)展的重大瓶頸。而另一方面，我國的深部礦產資源和沙漠、森林等覆蓋區(qū)的礦產資源大有潛力可挖，多數(shù)礦產資源均有較大找礦前景。世界上一些礦業(yè)大國礦床的勘探開采深度己達2000 4000m，而我國己有礦床的勘探開采深度大都小于500m，因此己有礦山的深部和外圍仍有很大找礦能力。地殼是由不同的巖石、礦體和各種地質構造所組成，它們具有不同的導電性、導磁性、介電性和電化學性質。根據(jù)這些性質及其空間分布規(guī)律和時間特性，可以推斷礦體或地質構造的存儲狀態(tài)(形狀、大小位置、產狀和埋藏深度)和物性參數(shù)等，從而達到地質勘探的目的。電磁法勘探就是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質和電化學特性的差異， 通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規(guī)律和時間特性的觀測和研究，尋找不同類型有用礦床和查明地質構造及解決地質問題的地球物理勘探方法，主要用于尋找金屬、非金屬礦床，勘查地下水資源和能源，解決某些工程地質及深部地質問題等。電磁法勘探的方法，按場源性質可分為人工場法(主動源法)、天然場法(被動源法)；按觀測空間可分為航空電磁法、地面電磁法、地下電磁法等。其中，航空電磁法由于其探測深度和精度的限制，主要用于礦區(qū)普查。礦體尺度上的勘探須采用人工源地面電磁法。 瞬變電磁法是礦體詳查的人工電磁法主要手段，它通過接收地球電磁場響應來獲取地下地質體或礦體電導率分布信息。對于瞬變電磁法而言，系統(tǒng)主要由發(fā)射機和多個采集站組成。 由于發(fā)射機與各采集站間的時間同步部分決定了測量的精度和深度，因此對于系統(tǒng)的時間同步要求較高。現(xiàn)有技術中使用較多的電磁法儀器，如加拿大鳳凰公司的V8采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用全球定位系統(tǒng)(GlcAal Positioning System，簡稱GPS)進行同步，在發(fā)射機發(fā)射功率有限的情況下，可以通過精確時間同步控制下的多次測量疊加來增強接收信號信噪比，以達到提高測量精度和深度的目的。另外，如果借鑒油氣勘探中的地震技術，采用多次發(fā)射，陣列式多道接收多次覆蓋的全波場信息，可以在同等發(fā)射源強度的條件下大幅度提高探測精度和深度，使探測深度達到2000米以上，可以有效提高我國的找礦能力，緩解我國資源緊缺問題。但同時，陣列式采集系統(tǒng)也對系統(tǒng)的時間同步提出了更高的要求。以加拿大鳳凰公司的V8采集系統(tǒng)為例，所采用的GPS同步技術具有如下優(yōu)點1、使用GPS衛(wèi)星信號作大面積全系統(tǒng)不間斷同步；2、發(fā)射機及各接收機與GPS的初始時間同步精度達到士 100ns，省去了發(fā)射機和各接收機之間的連接電纜；3、采用恒溫晶振作為守時設備，能夠保證V8系統(tǒng)在GPS失鎖的情況下繼續(xù)同步工作4小時左右。但同時存在如下缺點1、每次工作前，發(fā)射機和各采集站均需要連接GPS天線，等待GPS接收機預熱、搜索并鎖定衛(wèi)星，過程較為繁瑣耗時；在有植被和叢林覆蓋等GPS信號不好的地點，該過程更為繁瑣耗時；另外，在布置陣列式采集系統(tǒng)(如幾十道至百道采集站)的情況下，該過程的繁瑣耗時程度將難以接受。2、在完成一個測點移向另一個測點時，需要重新完成GPS天線連接、GPS接收機預熱、搜索并鎖定衛(wèi)星的過程。3、GPS接收機處于常開狀態(tài)，系統(tǒng)消耗功耗相對較大，而對于野外使用的輕便型采集系統(tǒng)而言，希望功耗越小越好。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括GPS 天線；基地站守時設備，用于通過所述GPS天線接收GPS第一時鐘信號，并將該第一時鐘信號分配成同步的多路第二時鐘信號；與所述基地站守時設備連接的至少一個接口設備，該接口設備用于將所述第二時鐘信號分配成多路同步時碼信號；和安插在所述接口設備上的至少一個授時子卡，該授時子卡用于對所述時碼信號進行解碼，并同步發(fā)射機和各采集站時間。本發(fā)明可以有效提高系統(tǒng)的時間精度和穩(wěn)定度、并減少對GPS的依賴，以及減少系統(tǒng)的整體功耗。


圖1為本發(fā)明實施例一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)；圖2為本發(fā)明實施例基地站守時設備的系統(tǒng)框圖；圖3為本發(fā)明實施例基地站守時設備的前面板示意圖；圖4為本發(fā)明實施例基地站守時設備的后面板示意圖；圖5為本發(fā)明實施例接口設備的系統(tǒng)框圖；圖6為本發(fā)明實施例接口設備的俯視圖；圖7為本發(fā)明實施例接口設備的后面板示意圖；圖8為本發(fā)明是實施例授時子卡的系統(tǒng)框圖。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。圖1為本發(fā)明實施例一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)。如圖1所示，該系統(tǒng)包括GPS 天線102 ；與GPS天線102連接的基地站守時設備100，該基地站守時設備100用于通過GPS 天線102接收GPS第一時鐘信號，并將第一時鐘信號分配成同步的多路第二時鐘信號，在跟蹤GPS時，授時精度達到100納秒以內，在無法接收到GPS信號時，則進入保持模式，在M小時內輸出時間精度優(yōu)于1微秒時間；與基地站守時設備100連接的至少一個接口設備200， 用于將第二時鐘信號分配成多路同步時碼信號，和安插在接口設備200上的至少一個授時子卡300，授時子卡300用于對時碼信號進行解碼，該授時子卡300在完成充電和時鐘信號同步后，可從接口設備200上拔出，并安插在瞬變電磁儀器的發(fā)射機和各采集站中，保持時間同步。圖2為本發(fā)明實施例基地站守時設備100的系統(tǒng)框圖。圖3為本發(fā)明實施例基地站守時設備100的前面板示意圖。圖4為本發(fā)明實施例基地站守時設備100的后面板示意圖。如圖2、圖3和圖4所示，基地站守時設備100包括基地站機框101、GPS信號輸入端口 103、GPS授時模塊104、與GPS授時模塊104相連接的基地站守時模塊105、基地站電源輸入端口 106、基地站開關電源107、與GPS授時模塊104連接的時碼分配模塊108、多個時碼輸出端口 109、監(jiān)控串口 110、信號指示燈111、以及IXD顯示屏112。上述機框101為標準機架式框。GPS授時模塊104包括GPS授時芯片、ARM控制器、 現(xiàn)場可編程門陣列芯片(Field-Programmable Gate Array，簡稱FPGA)、存儲器，且?guī)в袝r間跟隨和修正算法?；卣臼貢r模塊105可以是銣原子鐘，也可以是銫原子鐘?；卣臼貢r模塊105同步于經GPS授時模塊104解碼后的GPS的UTC(Coordinated Universal Time, 即世界統(tǒng)一時間)，當GPS失鎖或不可用時，高穩(wěn)定度的基地站守時模塊105可以繼續(xù)提供高穩(wěn)定度的時頻信號。基地站電源輸入端口 106在工作時可以選擇連接一般市電，也可以連接發(fā)電機輸出電?；卣鹃_關電源107用于控制基地站守時設備100的開關，并帶有穩(wěn)壓模塊，可保證基地站守時設備100在低電壓或電壓不穩(wěn)的環(huán)境下能正常工作?；卣臼貢r設備100通過時碼分配模塊108將時鐘信號分成同步的多路時鐘信號，并通過上述時碼輸出端口 109分配給接口設備200。監(jiān)控串口 110用于與外部計算機互聯(lián)，通過外部設備對 GPS授時模塊的算法進行觀察和修改，對基地站守時模塊105的狀態(tài)進行觀測，并對基地站守時模塊105的設置參數(shù)進行調整。信號指示燈111用于基地站守時設備100的工作狀態(tài)顯示，包括電源狀態(tài)顯示、檢測的衛(wèi)星數(shù)量顯示、鎖定衛(wèi)星狀態(tài)顯示和報警顯示。IXD顯示屏 112用于顯示基地站守時設備的輸出時間信息和工作狀態(tài)。圖5為本發(fā)明實施例接口設備200的系統(tǒng)框圖。圖6為本發(fā)明實施例接口設備200 的俯視圖。圖7為本發(fā)明實施例接口設備200的后面板示意圖。如圖5、圖6和圖7所示， 接口設備200包括機框201、時碼輸入端口 202、接口設備電源輸入端口 203、接口設備開關電源204、背板205、風冷裝置206，時碼及電源分配模塊207、時碼及電源輸出端口 208、至少一個授時子卡插卡口 209和授時子卡工作指示燈210。上述接口設備200是基地站守時設備100與授時子卡300的連接界面，主要完成對基地站守時設備100的同步信號進行多路分配，對電源的多路分配，以及完成對授時子卡300的充電和時鐘同步。機框201為標準機架式框。時碼輸入端口 202通過電纜與基地站守時設備100的時碼輸出端口 109相連接。接口設備電源輸入端口 203在工作狀態(tài)下可以連接一般市電，也可以連接發(fā)電機輸出電。接口設備開關電源204用于控制接口設備200 的開關，并帶有穩(wěn)壓模塊，能夠保證接口設備200在低電壓和電壓不穩(wěn)的環(huán)境下正常工作。 背板205主要起支撐作用。風冷裝置206用于接口設備200在對授時子卡300充電時進行散熱，以避免接口設備200內部由于充電引起的高溫所導致的危險。時碼及電源分配模塊 207用于將1路電源和1路時碼信號分配成至少一路電源和至少一路同步的時碼信號，其中分配后的電源為3. 3V或5V，分配后的同步信號之間的同步性差異小于1納秒。時碼及電源輸出端口 208用于與授時子卡300的接口 302相連，用于對授時子卡進行充電和時鐘同步。 授時子卡插卡口 209至少一個，用于插入授時子卡300。授時子卡工作指示燈210用于授時子卡的連接狀態(tài)顯示、充電狀態(tài)顯示和同步狀態(tài)顯示。圖8為本發(fā)明實施例授時子卡300的系統(tǒng)框圖。如圖8所示，該授時子卡300包括授時子卡外殼301、授時子卡接口 302、接口保護電路303、時鐘馴服及解碼模塊304、電源及電池管理模塊305、鋰電池306和守時模塊307。本發(fā)明實施例授時子卡300用于同步瞬變電磁法儀器的發(fā)射機和各采集站時間， 在M小時內時間保持精度優(yōu)于1微秒時間，其功耗小于600毫瓦，續(xù)航時間長于12小時。 上述授時子卡外殼301為能夠滿足一般野外工作防護等級要求的機械外殼。授時子卡接口 302采用航天器接口。接口保護電路303用于防止授時子卡300熱插拔時產生的損害，例如靜電、電荷浪涌等。時鐘馴服及解碼模塊304是由ARM控制器、FPGA芯片、存儲器等構成的帶有時間跟隨和修正算法的時鐘馴服和解碼功能的電路模塊，用于將接口設備200分配的時碼信號進行解碼。守時模塊307同步于經時鐘馴服及解碼模塊304解碼后的時間信號， 當授時子卡300脫離接口設備200后，高穩(wěn)定度的守時模塊307可以繼續(xù)提供高穩(wěn)定度的時頻信號，使得授時子卡300在M小時內保持時間精度優(yōu)于1微秒時間。電源及電池管理模塊305用于對授時子卡300充放電流程進行控制，并對授時子卡300的電池進行管理，以減小授時子卡功耗。鋰電池306采用適合野外應用的寬溫電池。守時模塊307為功耗小于 200毫瓦的微型原子鐘。以下針對本發(fā)明實施例一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)的工作流程進行詳細闡述首先，通過基地站電源輸入端口 106對基地站守時設備100進行供電，通過接口設備電源輸入端203對接口設備200進行供電?；卣臼貢r設備100由GPS授時模塊104通過與GPS信號輸入端口 103相連接的GPS天線102接收GPS第一時鐘信號，并將第一時鐘信號分配成同步的多路第二時鐘信號。在跟蹤GPS時，其授時精度達到100納秒以內。當基地站守時設備100無法接收到GPS信號時，則進入保持模式，在M小時內輸出時間精度優(yōu)于1微秒時間。接著，基地站守時設備100通過時碼分配模塊108將第一時鐘信號分成同步的至少一路第二時鐘信號，并通過時碼輸出端口 109分配給接口設備200。接口設備200將從基地站守時設備100接收到的同步信號進行多路分配，并發(fā)送給授時子卡300，授時子卡300 針對分配的同步時間信號進行解碼，并對解碼后的時間信號進行馴服。最后，在授時子卡300完成充電和時鐘同步之后，將授時子卡300插入到瞬變電磁法儀器的發(fā)射機和各采集站進行時間同步，由于授時子卡300采用低功耗芯片級原子鐘作為守時模塊，且采用先進的跟蹤補償伺服算法，可以保證授時子卡在M小時內保持精度優(yōu)于1微秒時間，續(xù)航在12小時以上。本發(fā)明實施一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)通過使用低功耗芯片級原子鐘作為守時模塊，減少了對GPS的依賴，彌補了原有瞬變電磁法儀器采用GPS同步方案在野外工作時存在的缺陷。以上所述的具體實施方式
，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)，其特征在于包括GPS 天線(102)；基地站守時設備(100)，用于通過所述GPS天線(102)接收GPS第一時鐘信號，并將所述第一時鐘信號分配成同步的多路第二時鐘信號；與所述基地站守時設備(100)連接的至少一個接口設備000)，用于將所述第二時鐘信號分配成多路同步時碼信號；安插在所述接口設備(200)上的至少一個授時子卡(300)，用于對所述時碼信號進行解碼，并同步發(fā)射機和各采集站時間。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基地站守時設備(100)包括基地站機框(101)；GPS授時模塊(104)，用于通過所述GPS天線(10 接收GPS信號；與所述GPS授時模塊(104)相連接的基地站守時模塊(105)；基地站開關電源(107)，所述基地站開關電源(107)帶有穩(wěn)壓模塊，用于在電壓不穩(wěn)環(huán)境下能夠正常工作；與所述GPS授時模塊(104)連接的時碼分配模塊(108)，用于將時鐘信號分成同步的多路時鐘信號；監(jiān)控串口(110)，用于與外部計算機互聯(lián)，監(jiān)測所述GPS授時模塊(104)和/或基地站守時模塊(105)的相應參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基地站守時設備(100)在無法接收到 GPS信號時，則進入保持模式，并在M小時內輸出時間精度優(yōu)于1微秒時間。
4.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基地站守時模塊(105)是銣原子鐘或銫原子鐘。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接口設備(200)包括機框001)、接口設備開關電源(204)、背板(20 、風冷裝置(206)，時碼及電源分配模塊(207)、至少一個授時子卡插卡口(209)和授時子卡工作指示燈010)。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接口設備開關電源(204)帶有穩(wěn)壓模塊，用于在電壓不穩(wěn)環(huán)境下能夠正常工作。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述授時子卡工作指示燈(210)包括顯示授時子卡的連接狀態(tài)、充電狀態(tài)和同步狀態(tài)中的一種或多種。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述授時子卡(300)包括授時子卡外殼 (301)、授時子卡接口(302)、接口保護電路(303)、時鐘馴服及解碼模塊(304)、電源及電池管理模塊(30 和守時模塊(307)。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述守時模塊(307)是銣原子鐘或銫原子鐘。
10.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘馴服及解碼模塊(304)包括 ARM控制器、FPGA芯片和存儲器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道數(shù)據(jù)采集同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括GPS天線(102)、基地站守時設備(100)、與基地站守時設備(100)連接的至少一個接口設備(200)、安插在接口設備(200)上的至少一個授時子卡(300)。本發(fā)明可以有效提高時間精度和穩(wěn)定度、并減少對GPS的依賴，以及減少系統(tǒng)的整體功耗。
文檔編號H04J3/06GK102497262SQ201110448620
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者嚴明, 嚴鋒, 喬東海, 底青云, 張俊, 湯亮, 王中興 申請人:中國科學院聲學研究所