海洋节点授时系统及授时方法与流程

[0001]
本发明涉及海洋地震勘探采集技术领域，尤其涉及一种海洋节点授时系统及授时方法。


背景技术：

[0002]
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
[0003]
近年来，海洋节点(ocean bottom node，obn)设备正在成为海上勘探的主流采集设备，其业务发展前景巨大，年均增长率保持在20％左右。海洋节点设备是一种可对多个分量(3分量陆检 1分量压电)独立采样、本地存储的地震数据采集单元；海洋节点设备之间无电缆连接，不存在节点间的数据传输问题；海洋节点地震系统具有较高的灵活性，系统布设、回收方便，能够满足高密度、高覆盖次数的勘探要求，获得全方位高保真数据，提高地震采集成像质量。基于海洋节点设备的作业方式具有易操作性，安全风险相对较小，是海洋勘探的重要发展趋势。
[0004]
海洋节点设备实现了地震数据的连续采集、连续存储，适应了高精度、高密度地震勘探对大道数、超大道数地震采集的应用需求。实现海洋节点设备精确的同步采集是节点控制的核心技术，授时技术又是海洋节点设备同步采集的基础。目前海洋节点设备普遍采用网络授时，但是由于局域网内存在传输延时，实现局域网内的节点精确授时也充满挑战。


技术实现要素：

[0005]
本发明实施例提供一种海洋节点授时系统，用以实现海洋节点设备的精确授时，该方法包括：
[0006]
gps信号分配放大器，用于接收无线gps信号，所述无线gps信号中包含时间信息；将无线gps信号进行放大输出；
[0007]
gps授时控制器，与gps信号分配放大器连接，用于接收gps信号分配放大器传输的无线gps信号；提取无线gps信号包含的时间信息；生成时间信息信号，同时根据时间信息同步生成秒脉冲信号；将时间信息信号和秒脉冲信号转换为指定电平的目标时间信息信号和目标秒脉冲信号；
[0008]
海洋节点设备，与gps授时控制器连接，用于根据接收的目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。
[0009]
本发明实施例还提供一种海洋节点授时方法，用以实现海洋节点设备的精确授时，该方法应用于海洋节点授时系统中的gps授时控制器，该方法包括：
[0010]
接收gps信号分配放大器输出的无线gps信号，所述无线gps信号中包含时间信息；
[0011]
提取无线gps信号包含的时间信息；
[0012]
生成时间信息信号，同时根据时间信息同步生成秒脉冲信号；
[0013]
将时间信息信号和秒脉冲信号转换为指定电平的目标时间信息信号和目标秒脉
冲信号；
[0014]
向海洋节点设备输出目标时间信息及目标秒脉冲信号，以供海洋节点设备根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。
[0015]
本发明实施例还提供一种海洋节点授时方法，用以实现海洋节点设备的精确授时，该方法应用于海洋节点授时系统中的海洋节点设备，该方法包括：
[0016]
接收gps授时控制器输出的目标时间信息信号和目标秒脉冲信号；
[0017]
根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。
[0018]
本发明实施例中，通过gps信号分配放大器接收包含时间信息的无线gps信号，gps授时控制器接收经过gps信号分配放大器放大后的无线gps信号，根据无线gps信号中的时间信息生成目标时间信息信号和目标秒脉冲信号，之后海洋节点设备根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。与现有技术中海洋节点设备采用局域网网络授时相比，无线gps信号提供的时间信息准确，秒脉冲信号的精度高，根据两者确定的当前时间的精确度高，解决了海洋节点设备的精确授时问题，为节点精确同步采集建立了时间基准，为采集控制精确守时和同步奠定基础。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0020]
图1为本发明实施例中一种海洋节点授时系统的结构示意图；
[0021]
图2为本发明实施例中gps授时控制器的结构示意图；
[0022]
图3为本发明实施例中海洋节点设备的结构示意图；
[0023]
图4为本发明实施例中一种海洋节点授时方法的流程图；
[0024]
图5为本发明实施例中另一种海洋节点授时方法的流程图。
具体实施方式
[0025]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0026]
本发明实施例提供了一种海洋节点授时系统，如图1所示，该系统包括gps信号分配放大器、gps授时控制器和海洋节点设备。
[0027]
其中，gps信号分配放大器，用于接收无线gps信号，无线gps信号中包含时间信息；将无线gps信号进行放大输出。
[0028]
gps授时控制器，与gps信号分配放大器连接，用于接收gps信号分配放大器传输的无线gps信号；提取无线gps信号包含的时间信息；生成时间信息信号，同时根据时间信息同步生成秒脉冲信号；将时间信息信号和秒脉冲信号转换为指定电平的目标时间信息信号和目标秒脉冲信号。
[0029]
海洋节点设备，与gps授时控制器连接，用于根据接收的目标时间信息信号和目标
秒脉冲信号确定当前时间。
[0030]
在本发明实施例中，参见图1，gps信号分配放大器，包括1路天线和16路放大输出端口，天线用于接收无线gps信号，每1路放大输出端口用于向1个gps授时控制器输出放大后的无线gps信号。这样，一个gps信号分配放大器可以连接16个gps授时控制器，为gps授时控制器提供16路的射频输入。但需要注意的是，在进行授时时，gps信号分配放大器可以连接1至16个gps授时控制器，可以根据所需要的授时的海洋节点设备的数量适当调整连接的gps授时控制器的数量。
[0031]
其中，天线所接收的无线gps信号为l1波段(1575.42mhz)gps信号或l2波段(1227.60mhz)gps信号。
[0032]
在本发明实施例中，gps授时控制器是海洋节点授时系统的核心，它一方面提供gps天线接口与gps信号分配放大器连接，另一方面提供接口和海洋节点设备连接。它由gps时间接收电路、16路驱动电路和接口电路构成。
[0033]
参见图2，gps时间接收电路，与gps信号分配放大器(图2中未示出)及16路驱动电路连接，用于接收无线gps信号；提取无线gps信号中的时间信息；生成时间信息信号，同时根据时间信息同步生成秒脉冲信号。
[0034]
16路驱动电路，与接口电路连接，用于将时间信息信号和秒脉冲信号转换为16路时间信息信号和16路秒脉冲信号。
[0035]
接口电路，包括16路i/o端口，与海洋节点设备连接，用于将16路时间信息信号和16路秒脉冲信号转换为指定电平的16路目标时间信息信号和16路目标秒脉冲信号；每1路i/o端口用于向1个海洋节点设备输出目标秒脉冲信号和目标时间信息信号。
[0036]
需要说明的是，当授时开始之后至授时成功之前，gps授时控制器不断每隔1秒向海洋节点设备发送秒脉冲信号，以供海洋节点设备根据秒脉冲信号确定当前时间。秒脉冲信号作为单片机的外部中断输入，提高了单片机的响应速度。
[0037]
此外，gps授时控制器还包括16个状态指示灯。每个状态指示灯对应一个海洋节点设备的授时状态；当接收到海洋节点设备反馈的授时状态时，显示与授时状态对应的灯光；其中，授时状态包括正在授时及授时成功。示例性的，可以以状态指示灯闪烁指示海洋节点设备正在授时，以状态指示灯常亮指示海洋节点设备授时成功。具体何种灯光与何种授时状态相对应，可以由用户进行设置，对于其具体形式，在此不做限定。
[0038]
同样需要注意的是，接口电路提供16路i/o端口，最多可以与16个海洋节点设备连接，但其使用时，连接的海洋节点设备的数量可以在1至16个之间，根据海洋节点设备的数量选择相应数量的i/o端口连接。工作的状态指示灯的数量与连接的海洋节点设备的具体数量相同。
[0039]
本发明实施例中的gps信号分配放大器可以连接16个gps授时控制器，每个gps授时控制器可以连接16个海洋节点设备，也就是说，包含1个gps信号分配放大器的海洋节点授时系统可以支持256个海洋节点设备并行同步授时，完全满足海洋地震勘探的要求。并且，并行授时节点数量可以根据系统架构进一步拓展(如增加海洋节点授时系统中的gps信号分配放大器的数量)，支持更多的节点同步、并行授时，适应了海上obn业务高效采集的客观要求，提高海洋节点勘探业务的作业效率。
[0040]
在本发明实施例中，海洋节点设备包括内嵌rtc实时时钟控制器的单片机、时钟
源、fpga和rs232电平转换电路，fpga包含分频控制器和同步控制器。
[0041]
参见图3，单片机，通过rs232电平转换电路与gps授时控制器连接，用于接收与目标秒脉冲信号同步的目标时间信息信号；根据目标秒脉冲信号及目标时间信息信号确定当前时间；
[0042]
时钟源，与fpga连接，用于产生第一时钟信号，作为fpga的时钟输入，其中，时钟源的频率准确度至少为10-11
量级；
[0043]
分频控制器，与时钟源、同步控制器和rtc实时时钟控制器连接，用于根据第一时钟信号产生第二时钟信号，以及产生1pps信号；向rtc实时时钟控制器输入第二时钟信号；向同步控制器输入1pps信号；其中，第二时钟信号的频率准确度为32.768k。
[0044]
同步控制器，用于控制1pps信号的上升沿与目标秒脉冲信号的上升沿同步；向单片机输入同步后的1pps信号；
[0045]
rtc实时时钟控制器，用于存储单片机经授时确定的当前时间，并根据分频控制器提供的第二时钟信号和同步控制器提供的同步后的1pps信号自动更新时间，以确定授时成功后任一时刻的时间。
[0046]
也就是说，当确定当前时间后即完成了gps授时，rtc实时时钟控制器中的时间更新依靠时钟源(原子钟，精度至少为10-11
量级)来维持系统的时间刷新和保持。这种机制确保海洋节点通过gps授时以后，在水下失去无线gps信号后，仍能高精度保持时间，时间精度小于1ms一个月。
[0047]
高精度的时钟源在下水前还可以校准，确保节点经授时后的时间精度，完全满足海洋勘探时间精度的要求。
[0048]
rtc实时时钟控制器中包含rtc时间寄存器，每个时刻的时间存储在rtc时间寄存器中。
[0049]
海洋节点设备还包括led驱动电路；led驱动电路，用于在fpga的控制下，控制gps授时控制器的状态指示灯显示与授时状态对应的灯光。
[0050]
在一种实现方式中，fpga与单片机之间通过灵活的静态存储控制器(flexible static memory controller，fsmc)总线进行i/o通讯。
[0051]
gps授时控制器通过rs232串口与单片机(图3中stm32微控制器为单片机中的一种)进行通讯，如发送时间信息信号或反馈授时状态等，通过1pps同步串口向单片机输入目标秒脉冲信号。其中，gps授时控制器的秒脉冲信号和时间信息信号通过rs232接口输出，通过海洋节点设备内部的rs232电平转换电路进行电平转换后，变成uart接口与单片机通讯。
[0052]
本发明实施例中，通过gps信号分配放大器接收包含时间信息的无线gps信号，gps授时控制器接收经过gps信号分配放大器放大后的无线gps信号，根据无线gps信号中的时间信息生成目标时间信息信号和目标秒脉冲信号，之后海洋节点设备根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。与现有技术中海洋节点设备采用局域网网络授时相比，无线gps信号提供的时间信息准确，秒脉冲信号的精度高，根据两者确定的当前时间的精确度高，解决了海洋节点设备的精确授时问题，为节点精确同步采集建立了时间基准，为采集控制精确守时和同步奠定基础。
[0053]
本发明实施例中还提供了一种海洋节点授时方法，如下面的实施例所述。该方法应用于上述实施例所述的海洋节点授时系统中的gps授时控制器，对于其结构在此不再赘
述。
[0054]
如图4所示，该方法包括步骤401至步骤405：
[0055]
步骤401、接收gps信号分配放大器输出的无线gps信号。
[0056]
其中，该无线gps信号中包含时间信息。
[0057]
步骤402、提取无线gps信号包含的时间信息。
[0058]
步骤403、生成时间信息信号，同时根据时间信息同步生成秒脉冲信号。
[0059]
步骤404、将时间信息信号和秒脉冲信号转换为指定电平的目标时间信息信号和目标秒脉冲信号。
[0060]
步骤405、向海洋节点设备输出目标时间信息及目标秒脉冲信号，以供海洋节点设备根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。
[0061]
本发明实施例中，通过gps信号分配放大器接收包含时间信息的无线gps信号，gps授时控制器接收经过gps信号分配放大器放大后的无线gps信号，根据无线gps信号中的时间信息生成目标时间信息信号和目标秒脉冲信号，之后海洋节点设备根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。与现有技术中海洋节点设备采用局域网网络授时相比，无线gps信号提供的时间信息准确，秒脉冲信号的精度高，根据两者确定的当前时间的精确度高，解决了海洋节点设备的精确授时问题，为节点精确同步采集建立了时间基准，为采集控制精确守时和同步奠定基础。
[0062]
本发明实施例中还提供了一种海洋节点授时方法，如下面的实施例所述。该方法应用于上述实施例所述的海洋节点授时系统中的海洋节点设备，对于其结构在此不再赘述。
[0063]
如图5所示，该方法包括步骤501至步骤502：
[0064]
步骤501、接收gps授时控制器输出的目标时间信息信号和目标秒脉冲信号。
[0065]
步骤502、根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。
[0066]
具体的，根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间，包括：获取目标时间信息信号中包含的时间信息；当接收到目标秒脉冲信号之后的第n个目标秒脉冲信号时，在时间信息所指示的时间上加n秒，作为接收到第n个目标秒脉冲信号时的当前时间。
[0067]
由于时间信息的传输可能存在一定的延迟，如果将与时间信息直接加1作为当前时间，可能会存在一定误差，在本发明实施例中，利用在时间信息之后接收到的秒脉冲信号与时间信息的加和作为接收到这个秒脉冲信号时的时间，这样确定的时间更加精确。
[0068]
本发明实施例中，在确定当前时间之后，由rtc实时时钟控制器根据已与目标秒脉冲信号同步的1pps信号，以及分频控制器根据时钟源产生的第一时钟信号生成的第二时钟信号自动更新时间，以确定授时成功后任一时刻的时间。
[0069]
本发明实施例中，通过gps信号分配放大器接收包含时间信息的无线gps信号，gps授时控制器接收经过gps信号分配放大器放大后的无线gps信号，根据无线gps信号中的时间信息生成目标时间信息信号和目标秒脉冲信号，之后海洋节点设备根据目标时间信息信号和目标秒脉冲信号确定当前时间。与现有技术中海洋节点设备采用局域网网络授时相比，无线gps信号提供的时间信息准确，秒脉冲信号的精度高，根据两者确定的当前时间的精确度高，解决了海洋节点设备的精确授时问题，为节点精确同步采集建立了时间基准，为采集控制精确守时和同步奠定基础。
[0070]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0071]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0072]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0073]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0074]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。