一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法技术

本发明专利技术公开一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法，包括以下步骤：各个采集传输节点间级联组成线列阵，通过主机向各个采集传输节点发起计算延时要求；每个采集传输节点收到此计算延时要求后，在传输给级联的下个采集传输节点的同时开始计数，然后等待响应包从级联的下个节点回传至本节点，同时锁存计数值；各个采集传输节点将自身信息与锁存的计数值插入至回传包中，回传到主机；主机收到各个采集传输节点的计数值后，计算节点之间的物理延时时间，然后把每个节点的延时时间再通过UDP参数包写入每个节点；各个节点根据设定的延时值delay，收到同步命令包后，在设定的延时值delay的时间后，再产生采集板所需要的sync信号，完成同步。

【技术实现步骤摘要】
一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法
本专利技术涉及对水下数据采集传输系统的同步采集方案的改进，属于数据采集与传输

技术介绍
目前，水下数据采集传输系统已经获得了非常广泛的应用。在能源领域，它被运用到海上渗水地震采集处理一体化技术中；在军事领域，它被运用到拖曳式线阵声纳、海底光缆等系统中。早前的拖缆主要基于模拟信号传输，随着水下基元的增加，许多缺点开始显露出来，诸如直径粗、重量大、信号衰减畸变严重以及信号间干扰较大等。随着微电子技术的不断发展，近年来开始转型于在数字化平台上研制水下数据采集及高速传输系统。目前已经具有大容量和多基元的水下数据采集传输系统，且多为单向串联式。但是现在的采集传输系统多采用485时钟同步方案，此方案不仅需要在阵缆中多加2根线用于时钟信号的传输，且不能消除线上传输所导致的延时误差，在单向多节点的采集传输系统中，传输距离越远，同步误差越大。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法，目前网络传输方面比较成熟的技术是千兆网络，本专利技术所搭建的网络恢复时钟同步方案就是建立在千兆网络的基础上，通过千兆网的传输速率，达到ns级的同步误差。本专利技术的目的是尽量降低同步误差，同时也可减少阵缆中的排线，降低成本，提高系统沉入海底后的可靠性。技术方案：一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法，包括以下步骤：1.线列阵的采集传输节点使用支持千兆网络的网口芯片；2.线列阵的阵缆中使用超六类双屏蔽网线，使传输速率达到千兆网速级别；3.各个采集传输节点间级联组成线列阵，通过主机向各个采集传输节点发起计算延时要求；4.每个采集传输节点收到此计算延时要求后，在传输给级联的下个采集传输节点的同时开始计数，然后等待响应包“计算传输延时响应数据包”从级联的下个节点回传至本节点，同时锁存计数值；5.以末节点收到该计算延时要求包的时刻为基准，各个采集传输节点将自身信息与锁存的计数值插入至回传包中，回传到主机；6.主机收到各个采集传输节点的计数值后，可以通过第N+1个采集传输节点从收到计算延时要求包至收到“计算传输延时响应数据包”的时间t(N+1)与第N个节点从收到计算延时要求包至收到“计算传输延时响应数据包”的时间t(N)的差算出第N个节点到第N+1节点的物理延时时间=[t(N)-t(N+1)]/2，然后把每个节点相对于末节点的延时再通过UDP参数包写入每个节点；7.各个节点根据6中写入每个节点的延时值delay，收到主机发出的同步命令包后，在延时值delay的时间后，再产生采集板所需要的sync信号；至此每个节点基本在同一时间产生sync信号给各自的采集板，完成同步。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：1.节省了阵缆中的布线，更适合于深海区域的水下采集传输系统。因为下潜越深阵缆越难布放，对阵缆的尺寸要求更严，少了485同步的2根线后，阵缆的尺寸会缩减，更有利于深海布放；2.缩减了节点数目较多时的同步采集的延时误差。原有的485同步是有固定延时的，所以距离越长，延时叠加的就越大，本专利技术方法不受距离限制，更适用于多节点线列阵。附图说明图1为采集传输节点模块结构图；图2为网络恢复时钟的同步原理图；图3为线列阵水下采集传输系统原理图；图4为实例中adc_if模块具体结构图；图5为实例中giga_if模块具体结构图；图6为实例中udp_if模块具体结构图；图7为实例中主机到节点计算传输延时要求包格式；图8为实例中节点发给主机的响应计算延时的包格式；图9为实例中各节点延时的计算方法。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，采集传输节点模块结构，其中SP6Board为传输板，IFBoard为接口板，ADCBoard为采集板，传输板主要由FPGA芯片、网口芯片及MCU芯片组成，通过FPGA芯片可以控制采集板的各项采集参数及负责数据的整理打包与向上位机传送，网口芯片能控制4个网口，由FPGA决定使用哪2组网口作为节点的数据收发端；接口板起到连接和供电作用；采集板负责信号的采集。其中，网络恢复时钟的同步原理是通过PHY内部锁相功能产生跟随前级传输板的同步时钟(其中，以第一个节点的时钟为标准时钟)。具体如附图2所示。同步采集方法原理每个采集传输节点使用的是网络同步时钟，所以节点间时钟抖动产生的误差忽略不计；由于各节点间级联关系，从主机传送至每个节点的命令存在物理上的延时，所以为了测量各个节点间的物理延时，我们通过“计算传输延时要求包”向每个节点发起计算延时要求，每个节点收到此计算要求命令后，正常地传输给级联的下个节点的同时开始计数，然后等待对应此命令的响应包“计算传输延时响应数据包”从级联的下个节点回传至本节点，同时锁存计数值，并以末节点收到该计算延时要求包的时刻为基准把本节点信息与锁存的计数值插入至回传包中，直至回传到主机。主机得到每个节点的收到UDP包与回传UDP包的时间间隔，就可以通过第N+1个节点从收到计算延时要求包至收到“计算传输延时响应数据包”的时间t(N+1)与第N个节点从收到计算延时要求包至收到“计算传输延时响应数据包”的时间t(N)的差算出第N个节点到第N+1节点的物理延时时间delay=[t(N)-t(N+1)]/2，然后把计算出来的每个节点的延时再通过UDP参数包写入每个节点，每个节点根据写入的延时值delay，收到sync命令包后，在该延时值delay的时间后再产生ADC芯片的SYNC信号，这样从整体上看，每个节点基本在同一时间产生sync信号给各自的ADC芯片，完成同步。当然上述中，主机计算延时值delay会多次重复以上步骤后对得到的延时值取平均；级联芯片的最后一个节点也由主站来指定，以末节点接收到计算延时要求包的时刻为基准，所以末节点不需等待下级回传包。因为是千兆网络平台，即1个bit所需的传输时间为1ns，而每个节点所使用的FPGA芯片的处理速度几乎一样，所以该同步采集方法所产生的同步延时误差当在ns级别，比目前现有的485同步方法延时误差要小很多。应用实例：该实例是一种线列阵水下采集传输系统，由10个电子舱节点组成，本系统经由海缆内的导线从陆上获取电源，通过分布式数据采集传输技术获取水听器信号，经由海缆内的光纤完成与干端设备数据交互，包括接受干端设备发送的控制命令并将采集的声阵数据发送干端。具体结构如附图3所示。电子舱节点是分布式数据采集及传输系统的基本组成单元，按功能将电子舱分为数据采集部分和数据传输部分。每个电子舱节点由传输板、接口板及采集板构成。ADC采集板实现信号调理和数据采集，传输板完成同步时钟传递和数据封装传输，接口板主要实现所有对外接口信号的接入和共享。整套系统的主要功能模块如下：1）adc_if模块如附图4所示，adc_if表示ADC板的接口部分，根据同步时钟sync信号，发起读ADC的命令，拿到的ADC数据，先经过CHECK，根据上位机设定的阈值(p_adc_threshold)判断数据是否正确，若是正确就存到d本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法，其特征在于，包括以下步骤：1）各个采集传输节点间级联组成线列阵，通过主机向各个采集传输节点发起计算延时要求包；2）每个采集传输节点收到此计算延时要求包后，在传输给级联的下个采集传输节点的同时开始计数，然后等待响应包“计算传输延时响应数据包”从级联的下个节点回传至本节点，同时锁存计数值；3）以末节点收到该计算延时要求包的时刻为基准，各个采集传输节点将自身信息与锁存的计数值插入至回传包中，回传到主机；4）主机收到各个采集传输节点的计数值后，计算节点的物理延时时间，然后把每个节点的延时时间再通过UDP参数包写入每个节点；5）各个节点根据设定的延时值delay，收到同步命令包后，在设定的延时值delay的时间后，再产生采集板所需要的sync信号；至此每个节点基本在同一时间产生sync信号给各自的采集板，完成同步。

【技术特征摘要】
1.一种水下线列阵的使用网络恢复时钟的同步采集方法，其特征在于，包括以下步骤：1)各个采集传输节点间级联组成线列阵，通过主机向各个采集传输节点发起计算延时要求包；2)每个采集传输节点收到此计算延时要求包后，在传输给级联的下个采集传输节点的同时开始计数，然后等待响应包从级联的下个节点回传至本节点，同时锁存计数值，所述响应包为计算传输延时响应数据包；3)以末节点收到该计算延时要求包的时刻为基准，各个采集传输节点将自身信息与锁存的计数值插入至回传包中，回传到主机；4)主机收到各个采集传输节点的计数值后，计算节点的物理延时时间，然后把每个节点的延时时间再通过UDP参数包写入每个节点；5)各个节点根据设定的延时值delay，收到同步命令包后，在设定的延时值delay的时间后，再产生采集板所需要的sync信...

【专利技术属性】
技术研发人员：方衍，方世良，邵杰，
申请(专利权)人：南京世海声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32