【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海底节点仪器授时，具体涉及海底节点仪器授时方法。
技术介绍
1、海底节点仪器由于布设受水面环境影响小、采集数据质量高、施工效率高等特点广泛应用于海上石油、天然气及其它矿产勘探。节点仪器在野外施工过程中连续采集记录数据，节点回收后，需要采用炮点的激发时刻对节点仪器的数据进行切分，形成需要的炮点数据，因此节点仪器的位置信息和时钟精度是一项十分关键的技术指标，时间必须达到us级的精度，定位精度需要达到厘米级。
2、如申请号为cn116165605a，公告日为2023.5.26的一种海底地震节点定位方法，方法包括：确定主船与水下声学应答器之间的第一斜距和所述主船的位置，并根据第一斜距和所述主船的位置，确定水下声学应答器所在位置的第一预测轨迹；确定从船与水下声学应答器之间的第二斜距和从船的位置，并根据第二斜距和从船的位置，确定水下声学应答器所在位置的第二预测轨迹。
3、由于海底节点地震仪布设在海底，不能正常接收无线电信号，不能象陆地上那样使用卫星定位授时，因此目前几乎所有的海底节点地震仪都采用高精度的原子钟作为自己的时钟，但这会给海底节点地震仪的大面积推广应用带来一些问题：
4、(1)成本高：授时采用一片原子钟的成本约四万元，占据节点仪器的60％以上；定位采用专门的二次定位系统与定位船，增加施工成本。
5、(2)功耗大：影响节点仪器在水底连续工作时间，降低施工效率；
6、(3)仪器如果重启就会丢失时间及位置信息，造成采集数据不可用。因此，亟需设计海底节点仪器授时方法
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供海底节点仪器授时方法，以解决现有技术中的上述不足之处。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、海底节点仪器授时方法，包括以下步骤：
4、s1：定位
5、(1)在海底设定海底节点node和三个(或以上)节点定位授时单元(ptu)，节点定位授时单元(ptu)包括水下通信单元和水面收发控制器；
6、(2)通过节点定位授时单元(ptu)的水下通信单元分别向海底节点node发出定位消息；
7、(3)三个节点定位授时单元(ptu)收到海底节点node回复的定位应答，计算出各自从发出定位消息到收到应答消息之间的双程延迟时间，根据双程延迟的时间计算海底节点node分别与三个节点定位授时单元(ptu)的三个水下通信单元之间的距离dn；
8、(4)三个节点定位授时单元(ptu)将距离dn通过高速无线通信通道发送给定位授时状态监控主机ccu，定位授时状态监控主机ccu综合三个节点定位授时单元ptu测量的dn(n＝1，2，3，…)就可以计算出待定位海底节点node的位置；
9、s2、授时
10、各节点定位授时单元(ptu)的水面收发控制器从卫星或定位授时状态监控主机ccu获得精确的时间信息，把准确的时间信息以及测量的海底节点双程延迟时间一起发送给海底节点(node)；
11、在这个过程中各节点定位授时单元(ptu)需要校正水面收发控制器与水下通信单元之间的授时延迟t0；
12、s3、系统校正
13、(1)校正水面收发控制器与水下通信单元之间的物理距离，既水面收发控制器与水下通信单元之间的距离ln；
14、(2)校正水面收发控制器与水下通信单元之间信号传输延迟(称为系统延迟)ton；
15、(3)根据校正后的ln与ton，得出精确时刻t0，使得海底节点node可以得到无误差的精准授时信息。
16、进一步地，所述s1中的步骤(3)中，双程延迟时间的算法为：
17、将三个水下通信单元得到的双程延迟时间分别为t1、t2和t3，则待定位海底节点node1与这三个水下通信单元的距离为
18、
19、其中v为信号在水中的传播速度，n＝1，2，3；
20、三个节点定位授时单元ptu将计算得到的距离dn为通过高速无线通信通道发送到定位授时状态监控主机ccu，定位授时状态监控主机ccu综合三个节点定位授时单元ptu测量的dn(n＝1，2，3，…)就可以计算出待定位海底节点node的位置；定位通常采用三点定位，以三个水下通信单元为中心，dn为半径画圆，三个圆交于一点，这个交点的位置就是待定位海底节点node的位置。
21、进一步地，所述s2中，假设三个节点定位授时单元ptu都在t0时刻发出信号，则每个节点定位授时单元ptu发出的授时信号中携带有自己测量得到的海底节点node的双程传播延迟tn(n＝1，2，3，…)，那么海底节点node收到的三个节点定位授时单元ptu发送的授时信号时刻分别为tr1＝t0+t1/2，tr2＝t0+t2/2，tr3＝t0+t3/2，…，其中n＝1，2，3，…；海底节点node从收到的授时信号中解析出t1、t2和t3，就可以反推出精确的时刻t0＝tr1-t1/2＝tr2-t2/2＝tr3-t3/2，因t0来自于卫星授时，其精度与原子钟相当，完全可以满足海底节点授时精度。
22、进一步地，所述s3的步骤(1)中，水面收发控制器与水下通信单元之间通过硬连杆或者铰链连接，其中铰链需要有配重块拉直，确保ln准确稳定，ln的校正测量在设备布设时进行，ln测量结果保存在定位授时状态监控主机(ccu)作为系统参数，用于修正海底节点node定位。
23、进一步地，所述s3的步骤(2)中，校正水面收发控制器到水下通信单元之间的延迟ton的具体方法为：每台节点定位授时单元(ptu)的水面收发控制器给自身的水下通信单元发送延迟测试信号，水下通信单元收到延迟测试信号后给水面收发控制器返回应答信号，水面收发控制单元测量从延迟测试信号发射到水下通信单元返回应答的双程延迟，这个双程延迟的一半就是秒脉冲从水面收发控制器到水下通信单元之间的延迟ton(n＝1，2，3，…)。
24、进一步地，所述s3的步骤(3)中，具体的校准方法为：
25、因实际的节点定位授时单元ptu发出的授时信号除了携带有自己测量得到的海底节点node的双程传播延迟tn(n＝1，2，3，…)外，还携带有节点定位授时单元(ptu)从卫星信号或定位授时状态监控主机ccu中解算出精确的秒脉冲pps时刻t0开始，经节点定位授时单元ptu水面收发控制器到水下通信单元之间的传输延迟t0n(n＝1，2，3，…)、再到水下通信单元到海底节点node之间的传输延迟tn/2(n＝1，2，3，…)，海底节点node实际收到的授时信号时刻为tr1＝t0+t01+t1/2，tr2＝t0+t02+t2/2，tr3＝t0+t03+t3/2，…，其中(n＝1，2，3，…)，海底节点node从收到的授时信号中解析出t01、t1、t02、t2以及t03、t3就可以反推出精确的时刻t0＝tr1-t01-t1/2＝tr2-t02-t2/2＝tr3-t03-t3/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.海底节点仪器授时方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述S1中的步骤(3)中，双程延迟时间的算法为：
3.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述S2中，假设三个节点定位授时单元PTU都在t0时刻发出信号，则每个节点定位授时单元PTU发出的授时信号中携带有自己测量得到的海底节点Node的双程传播延迟tn(n＝1，2，3，…)，那么海底节点Node收到的三个节点定位授时单元PTU发送的授时信号时刻分别为tr1＝t0+t1/2，tr2＝t0+t2/2，tr3＝t0+t3/2，…，其中n＝1，2，3，…；海底节点Node从收到的授时信号中解析出t1、t2和t3，就可以反推出精确的时刻t0＝tr1-t1/2＝tr2-t2/2＝tr3-t3/2，因t0来自于卫星授时或定位授时状态监控主机CCU，其精度与原子钟相当，完全可以满足海底节点授时精度。
4.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述S3的步骤(1)中，水面收发控制器与水下通信单元之间通过硬连杆或者铰链连
5.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述S3的步骤(2)中，校正水面收发控制器到水下通信单元之间的延迟ton的具体方法为：每台节点定位授时单元(PTU)的水面收发控制器给自身的水下通信单元发送延迟测试信号，水下通信单元收到延迟测试信号后给水面收发控制器返回应答信号，水面收发控制单元测量从延迟测试信号发射到水下通信单元返回应答的双程延迟，这个双程延迟的一半就是秒脉冲从水面收发控制器到水下通信单元之间的延迟ton(n＝1，2，3，…)。
6.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述S3的步骤(3)中，具体的校准方法为：
7.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述节点定位授时单元(PTU)和海底节点(Node)各自都具有唯一的ID号，ID号在系统布设前写入设备。
8.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述节点定位授时单元(PTU)与定位授时状态监控主机(CCU)通过高速通用无线通信技术连接，且节点定位授时单元(PTU)与海底节点Node之间通过专用水声无线通信技术连接。
9.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述节点定位授时单元(PTU)的水面收发控制器和水下通信单元，二者之间通过长度可调节的硬连杆和软电缆连接，其中硬连杆确保水面收发控制器及水下通信单元之间的物理距离确定，软电缆实现水面收发控制器及水下通信单元之间的供电与通信。
10.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述节点定位授时单元(PTU)的水面收发控制器自带定位授时装置，可以接收卫星信号(GPS、北斗、GRONASS等)并输出秒脉冲(PPS：Pulse Per second)实现精确的定位和授时。
...【技术特征摘要】
1.海底节点仪器授时方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述s1中的步骤(3)中，双程延迟时间的算法为：
3.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述s2中，假设三个节点定位授时单元ptu都在t0时刻发出信号，则每个节点定位授时单元ptu发出的授时信号中携带有自己测量得到的海底节点node的双程传播延迟tn(n＝1，2，3，…)，那么海底节点node收到的三个节点定位授时单元ptu发送的授时信号时刻分别为tr1＝t0+t1/2，tr2＝t0+t2/2，tr3＝t0+t3/2，…，其中n＝1，2，3，…；海底节点node从收到的授时信号中解析出t1、t2和t3，就可以反推出精确的时刻t0＝tr1-t1/2＝tr2-t2/2＝tr3-t3/2，因t0来自于卫星授时或定位授时状态监控主机ccu，其精度与原子钟相当，完全可以满足海底节点授时精度。
4.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述s3的步骤(1)中，水面收发控制器与水下通信单元之间通过硬连杆或者铰链连接，其中铰链需要有配重块拉直，确保ln准确稳定，ln的校正测量在设备布设时进行，ln测量结果保存在定位授时状态监控主机(ccu)作为系统参数，用于修正海底节点node定位。
5.根据权利要求1所述的海底节点仪器授时方法，其特征在于，所述s3的步骤(2)中，校正水面收发控制器到水下通信单元之间的延迟ton的具体方法为：每台节点定位授时单元(ptu)的水面收发控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建宝，
申请(专利权)人：天津格兰特利海洋工程装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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