高精度分布式同步时钟系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种高精度分布式同步时钟系统及方法，采用GPS与恒温晶振相结合的分布式同步方式，即通过GPS接收机模块解算出时间信息、定位信息并产生1PPS信号去校正恒温晶振模块所产生的本地秒脉冲信号使得本地秒脉冲信号与1PPS信号同步。这样增设有本发明专利技术的观测仪能够实现多点分布式同步，并具有很高的同步精度，且在数据同步采集时，可以进行准确的时间记录，此外，能够对数据采集点的空间方位进行准确的定位。在一台或者多台GPS失效后，则利用本地恒温晶振产生的秒脉冲代替1PPS信号进行同步，同步工作有效时间可以达到半小时以上。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种，采用GPS与恒温晶振相结合的分布式同步方式，即通过GPS接收机模块解算出时间信息、定位信息并产生1PPS信号去校正恒温晶振模块所产生的本地秒脉冲信号使得本地秒脉冲信号与1PPS信号同步。这样增设有本专利技术的观测仪能够实现多点分布式同步，并具有很高的同步精度，且在数据同步采集时，可以进行准确的时间记录，此外，能够对数据采集点的空间方位进行准确的定位。在一台或者多台GPS失效后，则利用本地恒温晶振产生的秒脉冲代替1PPS信号进行同步，同步工作有效时间可以达到半小时以上。【专利说明】
本专利技术涉及微动勘测
，具体涉及一种高精度分布式同步时钟系统及方 法。
技术介绍
地球表层时刻存在着非地震引起的微弱震动称为微动。研究表明，地壳浅部介质 的结构在微动观测中得到反映，可以通过研究地质介质的微弱振动情况，推断地层的构造， 形成微动勘测方法。微动勘测方法利用微动观测仪采集接收地表各个方向的来波，通过空 间自相关（SPAC)法提取频散曲线，经反演获取S波速度结构的地球物理勘测方法。通过 SPAC法对微动信号提取瑞雷波频散曲线时，不仅要求观测台阵为规则的圆形台阵（即如图 1所示，各观测仪沿同心圆分布，且至少在圆周上等间隔布置三个观测仪），而且对数据的 采集具有严格的同步要求。 实现台阵中各观测仪对数据采集的高精度同步是微动勘测的关键技术之一。目 前，实现台阵中各观测仪同步的主要方法为有线同步，无线通讯同步，高精度石英钟同步三 种。而这三种同步方法均存在各自的弊端，如有线同步难以实现远距离同步；无线通讯同步 易受环境因素影响；高精度石英钟价格昂贵且预同步时间长，这些弊端都将大大降低勘测 的精度，甚至导致无法勘测的后果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，其可 以进行多点分布式同步，并具有同步精度高和稳定性好的特点。 为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的： 高精度分布式同步时钟系统，主要由GPS接收机模块、稳定性判决模块、恒温晶振 模块、倍频器模块、分频器模块、时间间隔测量模块和数模转换调理模块组成；其中GPS接 收机模块的时间信息输出端连接观测仪，GPS接收机模块的1PPS信号输出端经稳定性判决 模块与时间间隔测量模块的一输入端相连；恒温晶振模块的输出端经倍频器模块连接分频 器模块的输入端；分频器模块的输出端分为两路，一路连接观测仪，另一路连接时间间隔测 量模块的另一输入端；时间间隔测量模块的输出端连接数模转换调理模块的输入端，数模 转换调理模块的输出端与恒温晶振模块的控制端相连。 上述系统中，所述GPS接收机模块还设有定位信息输出端。 上述系统中，所述GPS接收机模块的时间信息输出端和定位信息输出端同时与一 液晶显示器相连。 基于上述高精度分布式同步时钟系统的高精度分布式同步时钟方法，包括如下步 骤： 步骤1，GPS接收机模块解算出时间信息，并将该时间信息作为时间标记送入观测 仪，同时GPS接收机模块还产生1PPS信号送入稳定性判决模块； 步骤2,稳定性判决模块对1PPS信号进行稳定性判决，获得稳定的1PPS信号； 步骤3,恒温晶振模块产生的晶振信号经过倍频器模块倍频后，再送入分频器模块 进行分频得到本地秒脉冲信号，并分别送入时间间隔测量模块和观测仪； 步骤4,时间间隔测量模块测量1PPS信号和本地秒脉冲信号的时间差； 步骤5,时间差滤波模块对所测量的时间差进行卡尔曼滤波后，得到数模转换偏差 控制量； 步骤6,数模转换调理模块根据得到数模转换偏差控制量，对恒温晶振的频率进行 调校，使得本地秒脉冲信号与1PPS信号同步。 上述方法中，所述步骤1还进一步包括，GPS接收机模块解算出定位信息，以辅助 观测仪布设的步骤。 上述方法中，所述步骤1还进一步包括，将GPS接收机模块解算出的时间信息和定 位信息送入显示器进行显示的步骤。 与现有技术相比，本专利技术具有如下特点： 1、精度高、稳定性好，与传统GPS产生的同步时钟相比，具有更高的同步时钟精 度，在一台或者多台GPS失效后，能够继续高精度同步的有效时间长。 2、多点分布式同步，为满足数据采集的需要，能够实现远距离和近距离的多个点 同时进行同步。 3、定位和时间记录，能够对分布式的各个数据采集点进行准确的时间记录和空间 定位，能够更加清楚明了的知道数据的采样时刻，为观测仪的野外布置提供更加明确的空 间方位。 【专利附图】【附图说明】 图1为微动观测台阵示意图。图中，一表示测线，?表示测点，?表示中心测点。 图2为高精度分布式同步时钟系统原理图。 图3为1PPS稳定性判断原理图。 图4为时钟分相时序图。 【具体实施方式】 -种高精度分布式同步时钟系统，如图2所示，主要由GPS接收机模块、稳定性判 决模块、恒温晶振模块、倍频器模块、分频器模块、时间间隔测量模块、数模转换调理模块和 液晶显示器组成。其中GPS接收机模块的定位信息输出端与液晶显示器相连，通过解算出 的定位信息，能够辅助观测仪的布设，使每个观测仪能够在圆周上等距分布。GPS接收机模 块的时间信息输出端连接观测仪，通过解算出的时间信息，能够对观测仪所采集到的数据 进行时间标记。GPS接收机模块的1PPS信号输出端经稳定性判决模块与时间间隔测量模块 的一输入端相连。为了能够对时间和定位信息进行直观显示，所述GPS接收机模块的时间 信息输出端和定位信息输出端还同时与一液晶显示器相连。恒温晶振模块的输出端连接倍 频器模块的输入端。倍频器模块的输出端连接分频器模块的输入端。分频器模块的输出端 分为两路，一路连接观测仪，另一路连接时间间隔测量模块的另一输入端。时间间隔测量模 块的输出端连接数模转换调理模块的输入端，数模转换调理模块的输出端与恒温晶振模块 的控制端相连。 微动台阵中的各观测仪采用独立的观测方式，观测仪的拾震器接收到信号后通过 前置放大器进行放大，再由AD转换器对数据同步采集，这样可以有效的降低数据采集误 差。数据同步采集的同步功能由GPS与恒温晶振互补协调工作完成。通过在每台观测仪上 均安装有一高精度分布式同步时钟系统，能够让处于同一观测台阵内的多台观测仪，可以 进行多点分布式同步，且有很高的同步精度，同步精度优于200ns。且在数据同步采集时，可 以进行准确的时间记录，且能够对数据采集点的空间方位进行准确的定位。此外，本专利技术在 一台或者多台GPS接收机模块失效后，则利用本地恒温晶振产生的秒脉冲代替1PPS信号进 行同步，同步工作有效时间可以达到半小时以上。 基于上述高精度分布式同步时钟系统的高精度分布式同步时钟方法，包括如下步 骤： 步骤1，GPS接收机模块解算出时间信息和定位信息，该时间信息和定位信息均送 入显示器进行显示，且时间信息还需作为时间标记送入观测仪。同时，GPS接收机模块还产 生1PPS信号送入稳定性判决模块。 由于野外勘测地理位置的复杂性，同步时钟系统内部包含定位信息，可以从液晶 显示屏上读取定位信息，通过定位信息对野外规定的勘测点进行布置。即GPS接收机模块 解算出定位信息，能够辅本文档来自技高网...

【技术保护点】
高精度分布式同步时钟系统，其特征是：主要由GPS接收机模块、稳定性判决模块、恒温晶振模块、倍频器模块、分频器模块、时间间隔测量模块和数模转换调理模块组成；其中GPS接收机模块的时间信息输出端连接观测仪，GPS接收机模块的1PPS信号输出端经稳定性判决模块与时间间隔测量模块的一输入端相连；恒温晶振模块的输出端经倍频器模块连接分频器模块的输入端；分频器模块的输出端分为两路，一路连接观测仪，另一路连接时间间隔测量模块的另一输入端；时间间隔测量模块的输出端连接数模转换调理模块的输入端，数模转换调理模块的输出端与恒温晶振模块的控制端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王国富，陈巍，叶金才，张法全，周波，韦秦明，庞成，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45