地震数据采集器中的GPS授时技术和校时技术

从模拟地震观测到数字地震观测,地震事件的时间标识一直是地震观测中的关键技术之一。当一个地震事件发生时,模拟观测时代是通过短波授时和校时技术为地震事件标识时间,而数字观测时代则是借助于精度更高的全球定位系统(Global Position System,简称GPS)为地震事件标识时间。本文详细介绍地震数据采集器中的GPS授时技术和校时技术。     

欧米茄授时系统

时间服务系统的精度直接影响着地震资料的可靠性。面时间服务系统的精度又依赖于授时系统的性能。目前,我国绝大部分地震台站使用的是短波授时讯号与石英晶体计时器相结合的时间服务系统。但近期建成的中美合作(核查)的几个地震台及中法合作的地震台与欧美大部分地震台站一样,使用的是长波授时的欧米茄(OMEGA)时间服务系统。下面对该系统作一简单介绍。     

GPS授时技术在地震观测中的应用

在地震观测中，时间基准测量的精度非常重要。我们利用全球定位系统（ＧＰＳ）设计完成了数字地震记录仪的实时在线授时系统，提高了时间服务精度。本文详细介绍了利用ＧＰＳ授时的基本原理，给出了我们研制的数字地震仪中授时系统设计的理论计算和具体的同步算法和程序以及硬件设计框图。     

地震测深仪器系统总体方案设计与研究

本文从实际需要和条件出发,研究和论证了以400W单边带无线电和专用无线电脉码收讯机为主体的仪器系统总体方案。该方案,实现了点式地震测深仪器系统授时,控制和通讯的统一、提高了时间服务精度解决了现场观测设备的轻便化和自动化问题。     

地震观测传递函数的精度问题

数字地震观测的传递函数由反馈地震计和地震数据采集器的传递函数合成。地震数据采集器的传递函数主要用数字算法生成,其精度可以做得很高。反馈地震计是机电一体化的模拟传感部件,其传递函数的精度和稳定性均欠佳。尤其是由反馈地震计生成的主导二阶极点,对应传统地震观测的周期和阻尼两个重要参数,其精度和稳定性往往较低,不利于地震学研究深入发展的需要。以四川地震观测的标定数据为例,说明数字地震观测传递函数的精度和稳定性急待改进。     

地震数据采集器关键技术研究

介绍为满足地震监测要求而应用于地震数据采集器设计的一些关键技术,详细分析影响地震数据采集器的信噪比、时钟精度和标定系统精度的原因,并提出相关设计方法,给出设计实例.     

多通道通用地震前兆数据采集器研制

地震前兆数据采集器专一,通用性差,给地震观测和维护带来一定的困难.采用高精度AD开发多通道通用数据采集器.该采集器具有6个采集通道,可灵活配置采样率和信号输入范围,采用网络进行数据传输和远程监控,可以连接大多数地震前兆传感器.     

基于北斗卫星的多用途授时仪的研制

随着地震行业数据服务器和仪器设备对时钟源精度要求越来越高,开发一款多用途授时系统就显得非常迫切。为此根据地震行业的实际情况,研制了一套适应地震行业信息节点规划的低成本授时设备。这套授时设备能对不同环境下、不同地震仪器的不同精度的授时需求提供一个统一的解决方案。     

北斗三号系统进展及性能预测——试验验证数据分析

2017年11月5日第一和第二颗北斗三号系统卫星发射升空,开启了中国北斗全球系统组网建设工程.为了验证北斗全球卫星导航系统的信号载荷和设计性能,2015至2016年间先后发射了五颗北斗三号试验卫星,较全面验证了北斗三号系统的性能.文章侧重描述北斗三号试验系统卫星钟、星间测距、时间同步和卫星定轨性能;详细分析了北斗三号民用信号的信噪比、伪距误差随高度角变化、多路径误差、空间信号综合质量、授时精度等;并与北斗二号系统相关性能进行了比较;最后基于现有试验卫星信号性能,预测了未来北斗全球系统的定位、导航和授时(PNT)性能.     

高精度数据采集器网络通讯功能的实现

经过“九五”数字化改造,地震前兆台站的数据通信基本上采用有线信道实现。随着网络通信技术的进步和发展,为地震台站的数据通信开辟了一条新的途径。通过对数据采集器进行改造,不仅精度有了提高,而且也支持网络通讯和一些常用的服务。通过网络,仪器作为一个服务器可以通过多种客户端软件进行访问。并对高精度数据采集器实现网络通讯进行了介绍,展示了通过多种客户端访问仪器、传输前兆数据、监控仪器状态和跟踪实时产出数据等等。希望这些试验能够为网络通讯技术在地震前兆仪器中的使用摸索了一些经验。     

分布式地震数据采集器的高精度时间同步系统研制

为了解决分布式地震数据采集系统的同步授时问题,本文研制了一套高精度时间同步授时系统。该系统在通信过程中周期性地发送同步授时秒脉冲,并通过授时秒脉冲传输实现实时传输延时测量及时间校正,从而实现多通道高精度同步授时。基于此设计原理,采用高速硬件可编程器件研制了同步授时系统,并通过测试证实该系统在2 km通信距离时同步授时精度优于200 ns,表明该同步授时系统稳定、可靠并具有一定实用性。     

银川地震台数字地震仪系统及维护

银川地震台数字地震仪系统由地震计、GPS授时系统、VSAT卫星通讯网、EDAS-C24型数据采集器等组成。其供电方式采用市电和发电机供电两种方式。避雷措施采用电源避雷和在观测室架设避雷网方式来实现避雷。总结了银川地震台数字地震仪系统在日常工作中数据传输、转发、存盘、波形质量等方面遇到的11种故障及排除方法,可供其他相关地震台站借鉴。     

北斗授时系统自动授时实现方案及技术原理

地震行业内绝大多数网络及数据服务器都基于Linux操作系统,探讨了在Linux操作系统中通过控制脚本以手工方式及自动方式启动定时或周期性任务的具体方案,这些方案除了可以在研制的北斗授时系统中实现自动对时操作以外,在地震行业内服务器的日常管理中也具有一定的借鉴作用。     

用多通道AD分级采集扩展地震数据采集器的动态范围

地震数据采集是地震信号数字化必不可少的环节,动态范围是其一个重要的性能指标.实际地震信号的动态范围在160dB以上,而目前普遍使用的24位地震数据采集器动态范围相对较小且在50 Hz采样率时最大只达到135dB,致使24位地震数据采集器在实际使用中对小信号分辨率不够,不能有效提取地震信息;在大地震时又容易使数据采集器出现饱和限幅失真的现象而失去地震监测记录功能.本文针对在地震监测和地震研究中需要具有高分辨率和高动态范围的地震数据采集器这个亟待解决的问题,提出一种采用多通道AD转换器并行分级采集的方法,讨论了通道间失配及其标定.对研制实验样机的测试表明,其动态范围在50Hz采样时可以达到157dB以上,线性度优于0.005%.     

方舟CPU在地震数据采集器中的应用

文章从分析地震数据采集器的发展入手,提出了使用方舟CPU来提高地震数据采集器网络化和智能化水平的方案,并详细介绍了方舟CPU的结构、功能和特点,以及使用方舟CPU设计的地震数据采集器。     

DS-1型自动对时器

时间是最基本的物理量之一。在地震波的记录方面,时间标志精度和同步尤其显得重要。在地震转换波资料分析中,要求各个台站上的记录都能记上一个或数个同一时刻的时标信号。由于台站分散且各台站时钟的累计时差不一致,即使校准很勤仍不能得到满意的时间服务。过去,多利用广播电台的授时信号经过简单处理后进行人工对时。人工对时不仅浪费人力、特别是当播发授时信号的同时伴有语言或音乐信号时,对时往往不能凑效。本文介绍的自动对时器克服了上述缺点,可以无人值守自动对时。它能在语音和其他干扰信号中有效     

我国主要授时台发播情况简介

在地震观测中,准确的时间服务是十分重要与必要的。因此,尽管在地震台网、台站上配备有精度较高的石英钟,但仍须定时地利用授时台发播的标准时间讯号对其所使用的石英钟进行“对时”校正。可是,随着科学技术的飞速发展,精度更高的原子钟已被采用。目前国内外授时台所发播的标准时间包括两种不同的时间系统。一种是过去使用的以地球自转为标准所测定的时间,并加以地球极移的影响修正后的世界时UT_1时间系统;另一种则是以精度更高的原子时秒长为基础,而时、分别采用世界时的时分时刻,后者的时间与UT_1时间保持,协调偏离在±0.9秒以内的协调时UTc时间系统。而按国家地震局的规定和国际     

北斗三号基本系统完成建设 开始提供全球服务 北斗系统正式迈入全球时代

正北斗系统是中国自主建设、独立运行,与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围,全天候、全天时,为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。中国卫星导航系统管理办公室主任、北斗卫星导航系统新闻发言人冉承其不久前在北京宣布,北斗三号基本系统已完成建设,开始提供全球服务。这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为全球,北斗系统正式迈入全球时代。     

数字对钟技术(一)

地震记录的时间服务质量,一方面是由计时系统本身的精度决定,另一方面又受台站计时系统和标准授时信号之间的比对精度(对钟精度)所影响。假如我们将石英钟精度提高到日差小于10毫秒,而对钟误差却有零点几秒,那么地震记录的时间服务质量仍然是很差。因为时钟的高精度被淹没在大得多的对时误差中,起不到应有的作用。因此尽可能提高对时的精度,是很有意义的。     

宽动态地震数据采集器技术研究

数据采集是地震信号数字化最为根本的环节,其性能优劣直接关系到地震信号采集的质量,并最终影响数据应用处理的结果。对地震数据采集而言,动态范围是一个极其重要的性能指标,它表示在把模拟地震信号转换为数字输出信号的过程中,所能够不失真转换的最大输入信号和最小输入信号的幅度跨度。地震动信号的幅度跨度很大,由监测几千公里之外的微弱地震信号到近场监测8级以上的大地震,总的动态范围达到了160dB以上,宽频带地震计的动态范围也达到了155dB以上。而现代广为使用的基于ΔΣAD(Analog-to-Digital Convert)转换技术的高性能24位地震数据采集器的动态范围目前最大只有135dB@50SPS(Samples Per-second),导致了在实际地震监测中,数据采集器在记录地震时对微小信号分辨率不够、信噪比不高,信号幅度和数据采集器的分辨率处于同一数量级,不能有效地提取地震信息;而在大地震时又容易使数据采集器出现饱和限幅失真的现象,致使在抗震救灾最需要第一手观测资料的时候一些最重要的近源地震台站却几乎失去了地震监测的功能,同时,在地震研究上也失去了记录大震信号的珍贵地震资料的机会。因而实现高分辨率和宽动态范围的地震信号数据采集是当今地震观测技术领域中急待解决的问题。本文系统分析了几种模数转换器的原理、分类、结构和模数转换器主要的性能指标,介绍了典型的24位高精度模数转换器以及几种扩展转换器动态范围的方法。在借鉴和总结前人技术方法的基础上,本文结合地震监测的实际应用提出了一种采用多片AD模数转换器对输入信号进行分幅采集来扩展地震数据采集器动态范围的新方法。论文论述了该方法的实现原理,构建了数学分析模型,分析计算了该方法可能达到的动态范围,并与其它扩展动态范围的技术方法进行了比较。本文设计了基于分幅法的宽动态地震数据采集器的原理样机,通过硬件电路和嵌入式采集软件的设计,在实现了动态范围的有效扩展的同时,还实现了GPS高精度授时和校时功能,设计了配套的实时监控软件。样机测试表明,在50SPS采样率下,输入短路噪声有效值RMS为0.18μV,满幅输入电压大于±40V,有效动态范围达到了157dB,输入阻抗大于100kΩ,线性优于0.5%,实现了动态范围的有效扩展,达到了预期效果。