[发明专利]一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置及其定位方法

权利要求书

1.一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，包括中央处理器、高精度ADC单元、时钟位置处理单元和MESH基带芯片，其特征在于：所述高精度ADC单元、时钟位置处理单元和MESH基带芯片均与中央处理器电性连接，其中所述高精度ADC单元用于采集地震波信号，并将地震波信号转化为离散数字信号，所述时钟位置处理单元用于获取北斗高精度位置信息和时间信息，所述中央处理器用于将高精度ADC单元采集的数据与时钟位置处理单元获取的信息进行时空拟合和数据滤波，并把P波到达作为触发条件记录精确时间信息，再记录将地震波信号数据向前推10s的触发数据，所述MESH基带芯片数据通讯连接有MESH天线，且所述MESH天线与数据处理服务器之间采用无线数据通讯连接，所述MESH天线用于将MESH基带芯片接收到的触发数据上传至数据处理服务器，所述数据处理服务器用于对触发数据进行数据分析和位置计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，其特征在于：所述高精度ADC单元内部设置有X方向加速器信号采集模块、Y方向加速器信号采集模块和Z方向加速器信号采集模块，且所述X方向加速器信号采集模块、Y方向加速器信号采集模块和Z方向加速器信号采集模块分别用于采集X方向、Y方向和Z方向的地震波信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，其特征在于：所述时钟位置处理单元数据通讯连接有北斗定位单元，且所述北斗定位单元内部设置有北斗天线，所述北斗天线用于接收北斗卫星的信号，所述时钟处理单元内部设置有晶振，且所述晶振用于给时钟处理单元提供时钟信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，其特征在于：所述中央处理器电性连接有电源管理单元，所述电源管理单元外表面设置有太阳能池片，且所述电源管理单元内部设置有锂电池，其中所述锂电池用于接收外接电源和太阳能翅片输入的电能。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，其特征在于：所述中央处理器连接有数据存储单元和USB数据下载接口，其中所述数据存储单元用于储存中央处理器产生的触发数据，所述USB数据下载接口用于连接外接USB下载数据存储单元的触发数据。

6.根据权利要求2所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，其特征在于：所述高精度ADC单元的采样频率为4kHz。

7.根据权利要求1所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置，其特征在于：所述中央处理器的数目为多个，且多个所述中央处理器均于数据处理服务器无线通讯连接。

8.基于权利要求1-7任一项所述的一种基于北斗位置信息的地下震源定位装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，采集，由电源管理单元能为装置内部的电子器件进行供电，再通过高精度ADC单元内部设置有的X方向加速器信号采集模块、Y方向加速器信号采集模块和Z方向加速器信号采集模块能分别采集来自X方向、Y方向和Z方向的地震波信号；

步骤二，位置与时间获取，由北斗定位单元中的北斗天线能实时接收北斗卫星的定位信号，并通过时钟位置处理单元能将位置信息输送至中央处理器，再通过时钟位置处理单元中的晶振能精确记录实时时间信息；

步骤三，触发，由中央处理器能将高精度ADC单元采集的数据与时钟位置处理单元获取的信息进行时空拟合和数据滤波，并把P波到达作为触发条件记录精确时间信息，再记录将地震波信号数据向前推10s的触发数据，与此同时由数据存储单元能及时储存触发数据，再通过USB数据下载接口能连接外接USB将触发数据下载；

步骤四，输出，由MESH基带芯片能接收到中央处理器产生的触发数据，并通过MESH天线能将接收到的触发数据上传至数据处理服务器；

步骤五，定位，由数据处理服务器能及时接收到的数据进行处理，并对地下震源位置进行定位，具体步骤如下，

S1，对接收到北斗定位信息进行处理，其具体是采用坐标转换及Taylor级数算法进行处理，如公式(1)所示，得到坐标处理结果，

其中，x表示地球空间坐标经度，y表示地球空间坐标维度，x₀表示基准点精度，y₀表示基准点维度，表示误差；

S2，对接收到的触发时间厨具进行处理，其具体是采用TDOA时差计算，如公式(2)所示，得到时差结果，

T＝T₁-T₂(2)

其中，T为时差，T₁为P波触发时刻，T₂为R波触发时刻；

S3，将得到的坐标处理结果和时差结果进行最小二乘计算，如公式(3)所示，得到最小二乘结果，

其中，δ为时间误差，G_i为i次迭代相对位置，Q为测量协方差，h_i为两个测量点相对具体；

S4，对得到的最小二乘结果进行矩阵计算，如公式(4)和公式(5)所示，得到矩阵结果，

其中，R表示测量点相对距离，R₂和R₁均表示到虚拟基准距离，R_2,1表示已知测量点的相对位置；

S5，对矩阵结果进行协方差计算和坐标计算，协方差计算如公式(6)所示，坐标计算如公式(7)所示，得到协方差结果和坐标结果，其中协方差结果能产生地下震源位置的误差范围，而坐标结果能产生地下震源位置，