一种基于相关辨识的电法接收处理系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于相关辨识的电法接收处理系统，包括：第一处理模块、第二处理模块、第一FPGA控制模块和第一显示模块，所述第一处理模块主要用于采集通过大地的电信号，对通过大地的电信号进行相关辨识，同时协调DSP芯片、FPGA芯片和GPS，起到采集数据、传输数据、控制外设芯片和分配各个芯片处理工作的作用；第二处理模块用于生成m序列，然后计算生成的m序列与接收到的数据互相关，得到辨识的大地系统数据；第一FPGA控制模块主要用于产生秒脉冲，在卫星失锁时提供实时的时间；第一显示模块用于显示辨识得到的系统函数的波形。该系统具有实时采集、在线辨识、辨识精度高和易操作的特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于相关辨识的电法接收处理系统及其方法。
技术介绍
在电法勘探中，结合接收机的数据处理系统在处理信号的过程显得尤为重要。一般的接收系统只是具有采集数据和存储数据的功能，少数的仪器可以做到在仪器中做到给出辨识结果，但是往往因为计算数据量太大和仪器的计算内存不够而使得辨识工作显得捉襟见肘。造成这种问题的重要原因就是在计算时候采取了单核的处理模式，主芯片面对多个任务要做实时运算和实时处理，在计算和采集中往往不能两全。要做到既保证采集任务的实时进行，又保证运算和产生m序列可靠，就需要从芯片和算法两方面着手。显然，传统利用相关的定义采取相乘累加的方式已经不能满足实时性地要求，在计算过程中，采用在线辨识的方式进行计算会大大节省辨识时间，其中一个重要的原因就是可以一边采集一边进行运算。在线辨识的运算思想就是借助相关的递推公式，利用之前计算好的相关结果作为下一次计算的一个单元，这样在计算下一次的相关的时候，相重合的运算部分就可以不用再次计算，这样就节省了时间，在每次接收一个数据的时候，辨识运算正好结束，这样就充分利用了采集数据的时间，提高了辨识效率。需要注意的是，由于辨识是在采样时间内进行的，所以采样率不能太高。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：解决了大数据量在内存不足时候的相关计算，解决了在输入数据不能很快传输给接收机的辨识延迟问题，解决了采集和运算不能同时进行的问题。本专利技术结合专用运算的DSP和控制为主的STM32主芯片同时配备了FPGA的精准秒脉冲计时，使得接收运算工作可以有条不紊地进行。本专利技术的技术解决方案为：一种基于相关辨识的电法接收处理系统，包括：第一处理模块、第二处理模块、第一FPGA控制模块和第一显示模块；第一处理模块包括第一STM32主控单元、第一GPS单元、第一参数输入单元、第一SD卡写单元、第一AD采集单元、第一接收电极、第一DSP控制单元、第一m序列生成单元、第一存储单元，其中第一GPS单元、第一参数输入单元、第一SD卡写单元、第一AD采集
单元、第一DSP控制单元都与第一STM32主控单元相连，第一AD采集单元与第一接收电极相连，第一m序列生成单元与第一存储单元相连和第一DSP控制单元，这个模块主要完成的是参数的设定、GPS时间同步和数据的采集和存储以及m序列的生成。之所以可以完成这些内容，主要是DSP和STM32在运行时可以完成并行。首先根据发送端参数在第一参数输入单元输入相同的参数，其中包括同步GPS的同步时间和设置的接收时刻，然后第一STM32主控单元根据设置的参数调节第一DSP控制单元，产生相应参数的m序列，然后存储在第一存储单元。当时间到达设置的时刻时，第一AD采集单元通过第一接收电极采集通过大地的电压信号，通过第一STM32主控单元写操作写入第一SD卡写单元，这样就把数据写入了SD卡内，采集数据和给SD卡写入数据是与DSP产生m序列以及相应的m序列存储工作是可以并行处理的。所述第二处理模块包括第一DSP缓存单元、第一互相关计算单元、第一系统计算单元和第一SD卡读单元。其中第一SD卡读单元与第一STM32主控单元相连，第一STM32主控单元与第一DSP缓存单元相连，第一互相关计算单元与第一存储单元、第一DSP缓存单元、第一系统计算单元相连。该模块主要是在DSP内完成系统辨识的计算的。这个阶段第一STM32主控单元从第一SD卡读单元读出数据传输给第一DSP控制单元，第一DSP控制单元接收到第一STM32主控单元的数据后把数据交给第一DSP缓存单元，第一互相关计算单元根据DSP中缓存的接收数据和存储的m序列计算出m序列和接收数据的互相关。根据互相关的计算结果，系统计算单元计算出系统函数的数据，结束该模块的操作。所述第一显示模块包括主要完成显示系统函数的工作。其中第一STM32主控单元作为主控芯片，从系统计算单元中读出系统的数据，然后在所述第一显示模块中显示出系统函数的波形来。这样，就显示了大地系统的系统函数；在求解系统函数的过程中，阶段的数据是DSP产生m序列和STM32采集数据可以并行，这在m序列阶数较高、采样的数据较大的时候，大大提高了辨识效率，完成了在线辨识工作。在实际的辨识中，一般是将发送的数据和接受的数据导入到上位机中，用上位机辨识；或者使用数据线导入发送端的采集数据，在接收机中进行小点数的数据辨识。如果需要进行高精度的系统辨识，需要比较精确的频率响应，m序列的阶数就会加大，单核处理这种庞大的数据运算，这必然会加大计算量和计算时间。而现在我们把计算数据和控制分开来做，用DSP来进行数据运算，用STM32来进行整个时序的控制，这样把运算和控制独立开，就能大大提高计算效率。需要说明的是，在所需辨识精度不是很高的时候，STM32的M4内核也可以完成小量的数据处理工作；计算相关函数采用的m序列是本地DSP产生的，不需要采取从发送端采集得到发送数
据这样省去了传输数据的时间。由于我们的主控芯片和数据运算芯片是分开独立的，在采集的时间内，完全可以用DSP完成本地的m序列产生工作，这样就不用专用的接口和时间去导入发送端采集的数据，简化了工作；在DSP辨识系统的过程中，第一互相关计算单元计算互相关采用的是在线辨识的递推方式。传统在求解互相关的时候，采用的是使用定义计算互相关。传统的方计算互相关的时候，数据量较大的时候，往往不能实现在线辨识，在MCU的内存较小或者数据量较大的时候，计算需要占据较大的内存。现在我们采取的在线辨识的计算方式为递推的辨识方式，计算公式为：其中i为递推次数，输入输出的采样间隔为δ，互相关的采样间隔为Δ，表示MΔ～(M+i)Δ区间内测量的数据获得的互相关值。在使用该方法的时候，需要注意的是信号的采样间隔δ不宜过小，否则在采样间隔内不能完成必须的计算。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)在接收数据的过程中，采集和运算可以同时进行，大大提高了辨识效率。(2)需要进行辨识系统的运算时，不需要再次导入发送机端的数据。(3)在同步时间时，如果卫星失锁，FPGA可以提供精准的秒脉冲保证时间的同步。附图说明图1为本专利技术一种基于相关辨识的电法接收处理系统的结构框图；图2为本专利技术的一个具体实施示例的方法流程图。具体实施方式如图1所示，本专利技术一种基于相关辨识的电法接收处理系统，包括第一处理模块1、第二处理模块2、第一FPGA控制模块3、第一显示模块4。所述第一处理模块1主要用于采集通过大地的电信号，对通过大地的电信号进行相关辨识，同时协调DSP芯片、FPGA芯片和GPS，起到采集数据、传输数据、控制外设芯片和分配各个芯片处理工作的作用；所述第二处理模块2用于生成m序列，然后计算生成的m序列与接收到的数据互相关，得到辨识的大地系统数据；所述第一FPGA控制模块3主要用于产生秒脉冲，在卫星失锁时提供实时的时间；所述第一显示模块4用于显示辨识得到的系统函数的波形。所述第一处理模块1包括第一STM32主控单元13、第一GPS单元11、参数输入单元12、第一SD卡写单元17、第一AD采集单元16、第一接收电极18、第一DSP控制单元14、
第一m序列生成单元15、第一存储单元19，其中第一GPS单元11、第一参数输入单元12、第一SD卡写本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相关辨识的电法接收处理系统，其特征在于，包括：第一处理模块(1)、第二处理模块(2)、第一FPGA控制模块(3)、第一显示模块(4)；所述第一处理模块(1)主要用于采集通过大地的电信号，对通过大地的电信号进行相关辨识，同时协调DSP芯片、FPGA芯片和GPS，起到采集数据、传输数据、控制外设芯片和分配各个芯片处理工作的作用；所述第二处理模块(2)用于生成m序列，然后计算生成的m序列与接收到的数据互相关，得到辨识的大地系统数据；所述第一FPGA控制模块(3)主要用于产生秒脉冲，在卫星失锁时提供实时的时间；所述第一显示模块(4)用于显示辨识得到的系统函数的波形。

【技术特征摘要】
1.一种基于相关辨识的电法接收处理系统，其特征在于，包括：第一处理模块(1)、第二处理模块(2)、第一FPGA控制模块(3)、第一显示模块(4)；所述第一处理模块(1)主要用于采集通过大地的电信号，对通过大地的电信号进行相关辨识，同时协调DSP芯片、FPGA芯片和GPS，起到采集数据、传输数据、控制外设芯片和分配各个芯片处理工作的作用；所述第二处理模块(2)用于生成m序列，然后计算生成的m序列与接收到的数据互相关，得到辨识的大地系统数据；所述第一FPGA控制模块(3)主要用于产生秒脉冲，在卫星失锁时提供实时的时间；所述第一显示模块(4)用于显示辨识得到的系统函数的波形。2.如权利要求1所述的基于相关辨识的电法接收处理系统，其特征在于，所述第一处理模块(1)包括第一GPS单元(11)、第一参数输入单元(12)、第一STM32主控单元(13)、第一DSP控制单元(14)、第一m序列生成单元(15)、第一AD采集单元(16)、第一SD卡写单元(17)、第一接收电极(18)和第一存储单元(19)；所述第二处理模块(1)括第一m序列生成单元(15)、第一DSP控制单元(14)、第一存储单元(110)、第一DSP缓存单元(21)、第一互相关计算单元(22)和第一系统计算单元(23)，第一GPS单元(11)、第一参数输入单元(12)、第一SD卡写单元(17)、第一AD采集单元(16)、第一DSP控制单元(14)分别与第一STM32主控单元(13)相连；第一AD采集单元(16)与第一接收电极(18)相连，第一m序列生成单元(15)分别与第一存储单元(19)以及第一DSP控制单元(14)相连；所述第二处理模块(2)包括第一DSP缓存单元(21)、第一互相关计算单元(22)、第一系统计算单元(23)和第一SD卡读单元(24)；其中第一SD卡读单元(24)与第一STM32主控单元(13)相连，第一STM32主控单元(13)与第一DSP缓存单元(21)相连，第一互相关计算单元(22)与第一存储单元(19)、第一DSP缓存单元(21)、第一系统计算单元(23)相连，第一系统计算单元(23)与第一STM32主控单元(13)相连。3.根据权利要求2所述的基于相关辨识的电法接收处理系统，其特征在于：所述第一DSP控制单元(14)产生m序列和所述第一STM32主控单元(13)采集数据并行。4.根据权利要求3所述的基于相关辨识的电法接收处理系统，其特征在于：所述第一互相关计算单元(22)采用的是在线辨识的递推方式。5.根据权利要求4所述的基于相关辨识的电法接收处理系统，其特征在于：所述第一AD采集单元(16)的采样率默认设置为512Hz，m序列为11阶。6.一种如权利要求1-5任一所述的基于相关辨识的电法接收处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梅，仇立山，甄晓丹，郝凯学，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11