[实用新型]分布式地震信号采集节点中转换时钟的同步装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及本实用新型属于地球物理勘探领域，具体讲，涉及分布式地震信号采集节点中转换时钟的同步装置。

技术背景

利用地震探测系统进行地震信号采集时，需要为所有的模数转换器提供一个同步的转换时钟，以保证所有的模数转换器能同时将模拟信号转换成数字信号。一般情况下，此转换时钟的频率f_o与信号的采样率f_s相同，且是一个低频信号；例如，主流地震探测系统的最高采样率一般为f_s=4KHz；因此转换时钟的频率也为f_o=f_s=4KHz。为了给地震探测系统中分布式地震信号采集节点(以下简称节点)分配一个同步的转换时钟，通常的方法是在地震探测系统主节点（即，位于地震探测系统上位机一侧的最前端的地震信号采集节点）中设置一个稳定度高的频率为f_o的基准时钟（也就是转换时钟），然后通过延时不固定的信号驱动器，并经过一对专门的时钟信号传输双绞线将此频率为f_o的基准时钟逐级地发送到分布式节点中，例如在文献[1-3]，就是通过一个延时不固定的RS485接口芯片和一对专门的时钟信号传输双绞线传输频率为f_o的转换时钟到各个节点的（详见文献[1]何智刚.高分辨率海洋地震拖缆系统同步和传输技术研究[D].天津大学,2011.[2]何智刚，段发阶，陈劲，蒋佳佳，常宗杰，华香凝.多阵元拖缆勘探系统传输方案的设计[J].电子技术应用,2012,38(2):73-76.[3]常宗杰，段发阶，蒋佳佳，陈劲，华香凝，李彦超.基于锁相环的水听器阵列多传感器高精度同步技术[J].计算机应用研究,2013,30(4):1140-1142.）。然而，文献[1-3]中所提出的这种常用的方法存在以下3个不足之处：(1)必须为转换时钟的传送单独设置一个下行的传输通路，这也意味着必须有专门的信号驱动与均衡器以及信号传输线被使用去进行转换时钟的传送；然而，一方面地震探测系统水下部分的拖缆内径是小的，不能容纳大量的传输线，因此，实际地震探测系统中传输线应越少越好；另一方面，下行通路的数量越多，给整个地震探测系统带来的不稳定因素就会越多，地震探测系统的可靠性就会越差，一旦传送转换时钟的通路出现故障，整个地震探测系统将不能正常工作，因此，实际地震探测系统中下行链路的数量越少地震探测系统将越可靠；(2)下传转换时钟的信号驱动器以及各个节点中接收转换时钟的信号均衡器的信号延时时间不确定且未知,这给转换时钟的传输延时误差校正带来不便；(3)在转换时钟的传输过程中，信号驱动与均衡器以及传输线对信号产生的传输延时不能得到实时的精确估计值，并根据此估计值，对传输延时进行实时的补偿；这一方面对转换时钟的同步精度产生了不利影响，另一方面，对同步误差的校正带来了不便。

此外，若在地震探测系统的主节点中设置一个频率为f_m的高频率的主时钟，然后在各个节点中设置分频器来对此高频率的主时钟进行分频以产生转换时钟的话，那么在各个节点中产生的转换时钟肯定是不同步的，因为经分频器后信号的相位多值性决定了所产生的转换时钟会有不同的初始相位，也就是这此经分频后的转换时钟将不是同步的，也就满足不了上述所提到的转换时钟所应该具有频率和相位一致性的要求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型旨在：

(1)提供一种将低频率的基准时钟信息调制到高频率的命令下行通路中，并与命令信息通过相同的信号驱动与均衡器以及相同的信号线来传输的模型及方法。

(2)提供一种能使不同节点中分频器输出的低频率信号的相位保持一致的方法。

(3)提供一种能简单高效地对转换时钟的传输延时误差进行自动估计与实时校正的方法。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是，分布式地震信号采集节点中转换时钟的同步装置，包括上位机、水听器、节点；上位机包括计算机及其内部的命令模块、主时钟模块和信号驱动器，计算机一方面发送各种命令到命令模块，另一方面接收节点传来的探测数据；命令模块一方面负责转发来自计算机的命令到各个节点，另一方面还能传送估计好的传输延时参数到各个节点；信号驱动器用于对发送的信号进行驱动放大；主时钟模块由一个高稳定度的温度补偿晶体振荡器提供；