【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息，尤其涉及一种北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法。
技术介绍
1、目前，数据采集是在地震探测领域中非常关键的一环，时间的同步精度直接影响到了地震信号的质量和分析的准确性，因此时间同步精度成为了地震数据采集器的重要指标。优秀的时间同步精度可以获得更为精确的信号数据，这样可以提高地震定位、波形反演等项目的结果精度。但现代广为使用的地震数据采集器多采用arm处理器（advanced riscmachine, arm）或数字信号处理器（digital signal processing, dsp）作为控制核心，而fpga芯片具有时钟频率高、内部延时小、运算速度快、纯硬件并行控制等有点，因此相对于arm芯片和dsp芯片，其时间同步精度会更好，更加高效简单。fpga锁相环（pll）是用于fpga内部，用于于外部时钟源之间创建频率对齐或频率再生的核心构建块。在fpga设计中，pll可以用于生成复杂的时钟网络，其中包括相位锁定、分频、倍频等。因此，通过fpga锁相环技术进行数据采集器的时间同步，可以提高其时间同步的效率和精度。
2、在地震数据采集系统中，各个采集节点分布在不同的地理位置，如何确保它们的时钟保持一致性是一个关键的技术难题。传统的gps授时方案虽然能够提供较高的授时精度，但在某些特殊环境下可能出现信号遮挡或干扰的情况，导致授时精度下降甚至授时失败。而北斗卫星导航系统的短报文服务能够提供稳定可靠的授时信号，但其时间信息的提取和应用还需要进一步的技术手段。
3、如何在fpga
技术实现思路
1、本专利技术提供的北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，主要包括：
2、获取北斗卫星导航系统的短报文服务信号，解析得到授时信息；根据所述授时信息，控制数字锁相环校准本地时钟信号；监测所述授时信息与所述本地时钟信号之间的偏差，通过所述数字锁相环的反馈控制，调整所述本地时钟信号的频率和相位；采用多模式授时信号捕获和跟踪策略，接收北斗双频信号，利用信号的频率和相位差异，实现授时信号的捕获和跟踪，若单一频点的授时信号发生遮挡或干扰，则切换到另一个频点；集成高稳定度本地晶振作为备份时钟源，通过所述数字锁相环将所述授时信息与所述本地晶振进行同步，若检测到所述授时信号中断或失锁，则切换到所述本地晶振的自由运行模式，并启动快速重捕获机制；监测时钟同步状态，设置时钟偏差阈值，判断所述授时信息与所述本地时钟信号的同步状态，若偏差超出阈值范围，则触发告警信号，根据异常类型和持续时间，采取恢复措施；集成硬件时间戳功能，通过精确时间协议与其他采集节点进行时钟同步，记录地震数据的采集时刻。
3、进一步的，所述获取北斗卫星导航系统的短报文服务信号，解析得到授时信息，包括：通过射频前端接收北斗卫星导航系统发送的射频信号；对所述射频信号进行下变频、滤波和放大处理，得到中频信号；对所述中频信号进行模数转换，得到数字信号；对所述数字信号进行捕获和跟踪，得到伪码和载波相位信息；对所述伪码和载波相位信息进行解码和解调，得到导航电文；从所述导航电文中提取短报文服务数据；对所述短报文服务数据进行解析，得到所述授时信息。
4、进一步的，所述根据所述授时信息，控制数字锁相环校准本地时钟信号，包括：将所述授时信息中的秒脉冲信号作为参考输入信号；将所述本地时钟信号产生的秒脉冲信号作为反馈输入信号；通过鉴相器比较所述参考输入信号和所述反馈输入信号的相位差；根据所述相位差，通过环路滤波器生成控制电压；根据所述控制电压，调整压控振荡器的输出频率；根据所述压控振荡器的输出频率，生成校准后的所述本地时钟信号。
5、进一步的，所述监测所述授时信息与所述本地时钟信号之间的偏差，通过所述数字锁相环的反馈控制，调整所述本地时钟信号的频率和相位，包括：持续监测所述授时信息中的秒脉冲信号与所述本地时钟信号产生的秒脉冲信号之间的时间差；根据所述时间差，计算所述本地时钟信号的频率偏差和相位偏移；根据所述频率偏差和相位偏移，生成数字控制字；将所述数字控制字发送给所述数字锁相环的环路滤波器；根据所述数字控制字，调整所述环路滤波器的参数；根据调整后的所述环路滤波器的参数，生成新的控制电压；根据所述新的控制电压，调整所述本地时钟信号的频率和相位。
6、进一步的，所述采用多模式授时信号捕获和跟踪策略，接收北斗双频信号，利用信号的频率和相位差异，实现授时信号的捕获和跟踪，若单一频点的授时信号发生遮挡或干扰，则切换到另一个频点，包括：同时接收北斗b1i和b1c双频信号；分别对所述b1i和b1c双频信号进行捕获和跟踪，得到各自的伪码和载波相位信息；根据所述b1i和b1c双频信号的伪码和载波相位信息，计算各自的授时信息；比较所述b1i和b1c双频信号的授时信息的质量，选择质量较好的授时信息作为主用授时信息；若所述主用授时信息对应的频点信号发生遮挡或干扰，则将另一频点的授时信息切换为主用授时信息；根据切换后的所述主用授时信息，进行时钟同步。
7、进一步的，所述集成高稳定度本地晶振作为备份时钟源，通过所述数字锁相环将所述授时信息与所述本地晶振进行同步，若检测到所述授时信息中断或失锁，则切换到所述本地晶振的自由运行模式，并启动快速重捕获机制，包括：选择温度补偿晶体振荡器作为所述高稳定度本地晶振；将所述授时信息中的秒脉冲信号和所述本地晶振产生的秒脉冲信号输入到所述数字锁相环；通过所述数字锁相环，将所述本地晶振的频率和相位锁定到所述授时信息；持续监测所述授时信息的状态，若所述授时信息中断或失锁，则将所述数字锁相环的输入切换到所述本地晶振；根据所述本地晶振的频率和相位，维持时钟输出；同时启动北斗授时信号的快速重捕获机制；当所述北斗授时信号恢复后，将所述数字锁相环的输入切换回所述授时信息。
8、进一步的，所述监测时钟同步状态，设置时钟偏差阈值，判断所述授时信息与所述本地时钟信号的同步状态，若偏差超出阈值范围，则触发告警信号，根据异常类型和持续时间，采取恢复措施，包括：设置时钟偏差阈值，获取所述授时信息与所述本地时钟信号之间的偏差；若所述偏差小于第一阈值，则判断时钟同步状态为正常；若所述偏差大于所述第一阈值且小于第二阈值，则判断时钟同步状态为轻微异常，并触发轻微告警信号；若所述偏差大于所述第二阈值，则判断时钟同步状态为严重异常，并触发严重告警信号；根据所述告警信号的类型和持续时间，采取不同的恢复措施，包括调整所述数字锁相环的参数、重新捕获所述授时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，获取北斗卫星导航系统的短报文服务信号，解析得到授时信息，包括：
3.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，根据所述授时信息，控制数字锁相环校准本地时钟信号，包括：
4.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，监测所述授时信息与所述本地时钟信号之间的偏差，通过所述数字锁相环的反馈控制，调整所述本地时钟信号的频率和相位，包括：
5.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，采用多模式授时信号捕获和跟踪策略，接收北斗双频信号，利用信号的频率和相位差异，实现授时信号的捕获和跟踪，若单一频点的授时信号发生遮挡或干扰，则切换到另一个频点，包括：
6.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的
7.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，监测时钟同步状态，设置时钟偏差阈值，判断所述授时信息与所述本地时钟信号的同步状态，若偏差超出阈值范围，则触发告警信号，根据异常类型和持续时间，采取恢复措施，包括：
8.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，集成硬件时间戳功能，通过精确时间协议与其他采集节点进行时钟同步，记录地震数据的采集时刻，包括：
9.根据权利要求1所述的北斗授时与FPGA锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，获取北斗卫星导航系统的短报文服务信号，解析得到授时信息，包括：
3.根据权利要求1所述的北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，根据所述授时信息，控制数字锁相环校准本地时钟信号，包括：
4.根据权利要求1所述的北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，监测所述授时信息与所述本地时钟信号之间的偏差，通过所述数字锁相环的反馈控制，调整所述本地时钟信号的频率和相位，包括：
5.根据权利要求1所述的北斗授时与fpga锁相环实现地震数据采集时钟同步的方法，其特征在于，采用多模式授时信号捕获和跟踪策略，接收北斗双频信号，利用信号的频率和相位差异，实现授时信号的捕获和跟踪，若单一频点的授时信号发生遮挡或干扰，则切换到另一...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄文辉，黄剑涛，郭献来，刘琼，李泽潇，林烨，唐华袖，
申请(专利权)人：中震华创深圳技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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