[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于牛顿插值的数字阵时域准同步校准方法，其特征在于，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：X＝min{t+k*T‑T_d}(X＞0，k≤N‑1)；步骤S6：根据等间距四阶牛顿插值公式，计算插值点数据，其中n等于4，计算公式如下：其余项为：其中，x为插值点，f(x₀)为数据采集板B所采集的数据；x＝x₀+th，0≤t≤1,h为时间间距；Δⁿf₀＝f[x₀，x₁，x₂，…，x_n]*n！hⁿ，f[x₀，x₁，x₂，…，x_n]为n阶差商；利用步骤S5中计算的插值点，以及上述的等间距四阶牛顿插值公式计算出经过牛顿插值后的采样数据作为数据采集板B的输出信号；步骤S7：将数据采集板A的数据以及插值后的数据采集板B的采样数据上传至上位机PC中，计算出通道A样本数据与通道B样本数据的相对相移，记为并储存两个样本在不同频率下的幅度传输相移θ^k为：