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专利号: 202111524913X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于深拖系统的时间同步和数据存储工作方法,其特征在于,包括:S1.通过GNSS接收机获取时间信息和科考船的位置信息并发送PPS信号;

S2.通过深拖系统上搭载的晶振对时间进行时钟树配置,提供深拖系统自身的基准时间;

S3.深拖系统自身的时钟树配置完成后,接收科考船上GNSS接收机传输过来的卫星系统时间信息并进行时间初始化,当深拖系统的时间初始化完成后,利用PPS信号对深拖系统进行时间同步操作;

S4.深拖系统的时间同步完成后,科考船上搭载的USBL定位系统与INS系统、DVL组合完成对深拖系统的定位和测速;

S5.对多波束测深系统、浅地层剖面仪、侧扫声呐传感器进行数据采集,将采集到的数据通过光电复合缆上传到科考船,同时将数据进行深拖系统本地存储备份,防止数据的丢失;所述步骤S1包括:S1.1.科考船在海洋中进行科考实验时,通过安装在船上的GNSS接收机获取高精度的时间信息和船的位置信息(X,Y,Z);

S1.2.配置GNSS接收机所发出的数据协议,包含NEMA‑0183协议中的时间信息GPZDA,GPZDA信息包含UTC日期和时间信息,具体格式为年月日、时分秒;

S1.3.配置GNSS接收机输出PPS信号,PPS为秒脉冲信号,相较于NEMA‑0183协议信息没有时间延迟,用于深拖系统的时间同步操作;

S1.4.深拖系统通过光电复合缆与科考船相连。

2.如权利要求1所述的用于深拖系统的时间同步和数据存储工作方法,其特征在于,所述时间信息用于对深拖系统的时间进行初始化,PPS信号用于对深拖系统进行秒脉冲中断。

3.根据权利要求1所述的用于深拖系统的时间同步和数据存储工作方法,其特征在于,所述步骤S2包括:S2.1.深拖系统接通电源后首先进行时钟默认复位,然后进行时钟的初始化配置,包括设置调压器级别,配置时钟源相关参数、配置系统时钟源以及分频系数;

S2.2.配置好时钟系统后,进行使能所需要的外设时钟,确保相关外设使用正常;

S2.3.配置一个定时器,为时间同步做准备。

4.根据权利要求1所述的用于深拖系统的时间同步和数据存储工作方法,其特征在于,所述步骤S3包括如下子步骤:S3.1.深拖系统时钟树配置完成后,通过光电复合缆接收GNSS接收机发来的数据,从中提取GPZDA信息;

S3.2.对提取到的UTC时间信息进行解析,根据NEMA‑0183协议设置偏移量提取日期和时间数据;

S3.3.深拖系统配置一个PPS信号输入引脚,并对该引脚设置外部中断,开启引脚时钟使能,并设置中断优先级;

S3.4.开启定时器,深拖系统每次接收到通过光电复合缆传来的PPS信号后都会对定时器的计数器进行清零,使得计数器从零开始计数;

S3.5.接收到PPS信号的同时,深拖系统自身的时间系统进行加1秒的操作;

S3.6.深拖系统设备开启后,开始存储数据,在记录一条数据的同时,进行读取定时器中计数器的数值,得到一秒内的时间,再加上深拖系统本身的时间,得到数据的准确时间;

S3.7.经过上述配置之后,深拖系统便完成了与科考船实验室的时间同步,便于后续进行数据融合和数据处理。

5.根据权利要求1所述的用于深拖系统的时间同步和数据存储工作方法,其特征在于,所述步骤S4包括如下子步骤:S4.1.科考船上搭载USBL定位系统,深拖系统上搭载了INS和DVL传感器,其中INS可以测量深拖系统的姿态信息,DVL可以测量深拖系统的速度信息;

S4.2.USBL采用4阵元的基阵换能器,4个阵元构成左手直角坐标系,其中1号和3号阵元在x轴上,2号和4号阵元在y轴上,基阵的中心为坐标原点O,阵元间距为D;

S4.3.设水下合作目标位于S点,其在基阵坐标系下的坐标为(x,y,z),目标矢量OS的方向余弦为其中,α为目标径矢与x轴的夹角,β为目标径矢与y轴的夹角,R为目标斜距;

S4.4.超短基线定位基阵尺寸相对于目标斜距很小,入射波可近似为平面波,则有其中,τx为x轴1,3阵元接收信号的时延差,τy为x轴2,4阵元接收信号的时延差;

S4.5.由时延差可得

(x,y)是深拖系统位置的平面坐标,深度位置z通过压力传感器测得,由此实验室可知道深拖系统的位置信息;

S4.6.通过安装在深拖系统上的INS传感器,可以测量深拖系统速度、姿态和位置信息;

S4.7.已知深拖系统P在t0时刻的位置为(PN(t0),PE(t0),PU(t0)),速度为(VN(t0),VE(t0),VU(t0)),且通过三个轴的加速度计测得各轴的加速度为(AN(t0),AE(t0),AU(t0)),求P点在t1时刻的位置(PN(t1),PE(t1),PU(t1)):S4.7.DVL测量并记录深拖系统的航行速度和累积的航程,用于水下辅助导航系统,通过对USBL/INS/DVL的组合及数据处理,获得深拖系统的位置、速度和姿态信息。

6.根据权利要求1所述的用于深拖系统的时间同步和数据存储工作方法,其特征在于,步骤S5包括如下子步骤:S5.1.经过上述配置之后,深拖系统开启测量设备进行工作;

S5.2.对深拖系统上搭载的多波束测深系统、浅地层剖面仪、侧扫声呐传感器进行数据采集,将采集到的数据通过光电复合缆上传到科考船,用于后续数据处理;

S5.3.若光电复合缆在数据采集过程中出现过度挤压、拉伸,会造成通信中断,中断期间为了防止实时数据的传输丢失,在深拖系统上加本地数据存储模块;

S5.4.增加本地数据存储模块后,在数据采集过程中,采集的数据通过光电复合缆上传给科考船实验室同时,根据时间同步信息也将数据进行深拖系统本地存储备份。