[发明专利]一种基于牛顿插值的数字阵时域准同步校准方法

说明书

本发明提供一种基于牛顿插值的数字阵时域准同步校准方法。本发明方法利用4阶牛顿插值算法对多节点数字阵前端模拟信号进行AD采样后的数据进行数据重构，有效解决了级联传输中由于节点间物理传输延迟造成的同步性问题，避免了PC设备处理传感器数据出现错误。仿真算法测试两通道信号，结果显示最大相位均不超过1°，信号幅度一致性在100Hz‑5kHz频段很高，在50Hz、10kHz时在0.5％左右，满足大部分应用场合的需求。保证全阵列在长时间连续工作时各水听器通道每次采集、传输、存储的数据均同步，实现全阵列纳秒级的同步精度。本发明的技术方案通过消除传输造成的相位差问题而实现数字化采集数据的同步。实现多个阵列中多个基元的时域一致性。

技术领域

本发明涉及数字阵同步校准技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于牛顿插值的数字阵时域准同步校准方法。

背景技术

传统的模拟水听器阵列由于灵活性差、缺乏可控性、部署的局限性等因素，已经逐渐被市场所抛弃，国内的军事需求正在逐渐从模拟水听器阵列向数字水听器阵列转换的阶段。针对水听器信号传输及处理的不足，为了有效地解决噪声补偿问题，希望能够充分利用数字信号处理的优势，数字化水听器阵列应运而生。数字水听器阵列具有噪声补偿、数字化可编程，以及长线传输等模拟传输无法比拟的优点，非常有利于复杂环境下的，特别是军事应用。

在系统搭建方面，要求在海量的数据得以有效传输的基础上，对数以千计的探测基元的每个单元进行同步采集。电阻、电容、电感的精度误差会导致模拟单元的性能必然存在一定的差异，但是数字系统的晶振会受到温度的影响，因此数据采集的同步性保证是衡量高速数据采集系统的重要指标。

常用的手段是通过设置同步信号来保证同步性。全数字化水听器阵列是高速数字采集系统，具有部署距离长、级联式传输等特殊性，无法在真正意义上解决同步信号本身的物理传输延时，从而确保真正意义上的同步。现有的相位补偿方法一般通过在直接时延估计算法(ETDE)基础上增加一个相位补偿因子，将时延与相差进行解耦，利用相位补偿因子来修正相差，最终实现偏时延估计。但是不利于大规模生产部署，受外界干扰较大。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于牛顿插值的数字阵时域准同步校准方法。本发明方法主要通过消除传输造成的相位差问题而实现数字化采集数据的同步，实现多个阵列中多个基元的时域一致性。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于牛顿插值的数字阵时域准同步校准方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过函数信号发生器对单频信号进行采样，同时模拟水声换能器采集水中的声信号，设置输出阻抗；

步骤S2：所述函数信号发生器连接BNC三通接头，BNC母头转跳线连接前置放大滤波模块A和前置放大滤波模块B，设置采样信号的频率，用示波器测试相应频率下通道A与通道B的相对相移，记为其中k为信号频率；

步骤S3：移除示波器，设置采样信号的频率分别为步骤S2所述的频率；数据采集板A对前置放大滤波模块A的输出信号进行数字化采集，输出并行数据源；数据采集板B对前置放大滤波模块B的输出信号进行数字化采集，输出并行数据源；

步骤S4：将上述步骤S3中的并行数据源存入FPGA的FIFO，所述并行数据源依次上传至数据汇总模块，数据采集板A的数据经过通道A上传至数据采集板B中的数据处理单元，利用接收的数据对数据采集板B所采集的数据进行数据重构，即依据数据采集板A所选取的固定时间序列对数据采集板B的数据进行四阶牛顿插值，得到时间同步的采样数据；

步骤S5：计算插值点位置，设T为采样序列的时间间隔；T_d为数据采集板A与数据采集板B的时间延迟；t为采集数据传输至前级数据的时间间隔；N为数据采集板B的FIFO中储存AD数据的个数，则插值点的计算公式如下：