高精度同步輸出多功能發(fā)射控制技術(shù)的研究

摘 要：當(dāng)前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電磁探測(cè)發(fā)射控制技術(shù)也不斷發(fā)展起來。然而，從當(dāng)前的電磁探測(cè)發(fā)射控制系統(tǒng)看，其輸出同步精準(zhǔn)度還相對(duì)較低，且輸出信號(hào)具有一定的累積誤差，所以，就需要提升其高精度同步輸出發(fā)射控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高精度同步輸出多功能發(fā)射控制技術(shù)；研究；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.012

1 前言

在高精度同步輸出多功能發(fā)射控制技術(shù)中，其設(shè)計(jì)主要是以GPS自帶的時(shí)鐘源與高精度恒溫晶作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘，并充分發(fā)揮兩者的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。其中，在進(jìn)行GPS同步的同時(shí)，主要以時(shí)鐘源信號(hào)為系統(tǒng)的時(shí)鐘；而在GPS不能同步時(shí)，采用GPS秒脈沖信號(hào)，來對(duì)恒溫晶振輸出的相關(guān)分頻信號(hào)予以同步校正，最終作為系統(tǒng)的時(shí)鐘。此外，還需要結(jié)合發(fā)射頻點(diǎn)特征，來選取適當(dāng)?shù)男Ｕ芷冢⒗米钚」稊?shù)法，來對(duì)相關(guān)的輸出信號(hào)予以同步校正，最大限度降低輸出頻率誤差。而經(jīng)過改造后的發(fā)射控制技術(shù)，其輸出同步精度得到了大大提升，并利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）的強(qiáng)大計(jì)數(shù)、分頻功能，讓輸出波形與頻率變得更加多樣化，滿足了多功能電磁探測(cè)發(fā)射系統(tǒng)的基本控制要求。

2 高精度同步輸出多功能發(fā)射控制技術(shù)簡介

可控音頻大地電磁法（CSAMT）主要是把兩端接地的長導(dǎo)線設(shè)為發(fā)射源，通過對(duì)相關(guān)電性參數(shù)分析，而得出地質(zhì)結(jié)構(gòu)信息的一種方法。通常來說，阻抗相位為CSAMT探測(cè)中最為重要的參數(shù)。為確保地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)的勘探精確度，在進(jìn)行野外測(cè)量時(shí)，需要提升輸出信號(hào)的同步精確度，從而阻抗相位實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。其中，恒溫晶振在較短時(shí)間內(nèi)，其精確度較高，且穩(wěn)定性好，不易受到干擾，但該系統(tǒng)需要在恒溫環(huán)境下進(jìn)行工作，因此，容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，從而出現(xiàn)不可逆的頻率偏移，并形成累積誤差，對(duì)電磁探測(cè)發(fā)射系統(tǒng)輸出精度造成影響。而GPS自帶的時(shí)鐘源同步精度較高，且不存在累積誤差，不易受到地形、測(cè)量距離等因素的影響，穩(wěn)定性較強(qiáng)。然而，若是GPS遭遇太陽風(fēng)暴、衛(wèi)星失鎖等，其輸出信號(hào)也會(huì)出現(xiàn)短期不穩(wěn)定現(xiàn)象，對(duì)其同步精度造成影響。所以，結(jié)合現(xiàn)有的電磁探測(cè)發(fā)射控制系統(tǒng)存在的不足，還需要對(duì)高精度同步輸出發(fā)射控制技術(shù)進(jìn)行深入的分析。

當(dāng)前，在科技的發(fā)展下，利用秒脈沖信號(hào)來對(duì)恒溫晶振輸出時(shí)鐘予以復(fù)位，或是通過秒脈沖信號(hào)來作為基準(zhǔn)源，來相關(guān)的恒溫晶振頻率偏移予以估算、修正，以實(shí)現(xiàn)雙時(shí)鐘協(xié)同工作模式逐漸得到了推廣及應(yīng)用，并大大提升了同步精度，確保了系統(tǒng)時(shí)鐘穩(wěn)定性、輸出精確性。在高精度同步輸出多功能發(fā)射控制技術(shù)研究中，主要以GPS自帶的時(shí)鐘源與高精度恒溫晶振，來進(jìn)行協(xié)同運(yùn)作，并將其作為系統(tǒng)的時(shí)鐘，讓兩者進(jìn)行高效配合，以提高同步時(shí)鐘的精確度，并對(duì)輸出信號(hào)予以同步處理，利用最小公倍數(shù)，來相關(guān)的輸出信號(hào)予以同步校正，從而降低阻抗相位測(cè)量誤差，將GPS自帶的時(shí)鐘與恒溫晶振優(yōu)勢(shì)充分運(yùn)用起來，以提升輸出同步精度，并簡化數(shù)據(jù)輸出過程，使其穩(wěn)定性得到大大提升。

3 高精度同步輸出多功能發(fā)射控制設(shè)計(jì)分析

3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘同步設(shè)計(jì)

利用GPS自帶的時(shí)鐘源以及恒溫晶振，來進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合兩者的特征，并發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)作。其中，在發(fā)射及接收系統(tǒng)中，可利用高精度CW25?TIM的GPS芯片來進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高其同步精度、輸出精度。而在系統(tǒng)同步時(shí)鐘的設(shè)計(jì)上，在進(jìn)行GPS同步選擇時(shí)，要將GPS自帶的時(shí)鐘源信號(hào)設(shè)為系統(tǒng)的時(shí)鐘，以免出現(xiàn)累積誤差。若是GPS無法實(shí)現(xiàn)同步選擇，可運(yùn)用GPS秒脈沖信號(hào)，來對(duì)恒溫晶振所輸出相關(guān)分頻信號(hào)予以同步校正，并將其設(shè)為系統(tǒng)時(shí)鐘，進(jìn)而彌補(bǔ)GPS短時(shí)間定位不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定的缺陷，以縮小輸出信號(hào)頻率誤差，讓系統(tǒng)輸出同步精度得到有效提升。

3.2 輸出信號(hào)同步處理

在提升同步時(shí)鐘精準(zhǔn)度基礎(chǔ)上，還要對(duì)輸出信號(hào)予以同步處理，從而更好地消除輸出信號(hào)累積誤差，并減少阻抗相位測(cè)量誤差。通常來說，恒溫晶振會(huì)存在一定的累積誤差，尤其是在時(shí)間的推移下，其輸出信號(hào)也會(huì)隨之發(fā)生頻率偏移，進(jìn)而導(dǎo)致輸出信號(hào)相位偏移。所以，在同步校正中，應(yīng)該以GPS秒脈沖信號(hào)來作為參考的依據(jù)，并改變分頻系數(shù)或是對(duì)恒溫晶振的振蕩頻率進(jìn)行有效條件，從而形成同步時(shí)鐘，補(bǔ)償恒溫晶振頻率偏移對(duì)于同步時(shí)鐘產(chǎn)生的影響。通常來說，消除輸出的累積誤差，實(shí)際上也就是對(duì)輸出波形予以校正的一個(gè)過程，主要以GPS 秒脈沖信號(hào)來作為參考的信號(hào)，從而選擇適當(dāng)?shù)男Ｕ芷冢瑏韺?duì)分頻計(jì)數(shù)器上的數(shù)據(jù)予以清零，直至下一GPS秒脈沖信號(hào)升高沿時(shí)輸出信號(hào)，并重新以零相位進(jìn)行輸出為止，以更好的對(duì)輸出信號(hào)予以同步校正。

3.3 校正頻率域輸出信號(hào)

由于不同的頻率對(duì)應(yīng)不同探測(cè)深度，在頻率域電磁法當(dāng)中，為了取得大范圍地下介質(zhì)的典型結(jié)構(gòu)信息，需要對(duì)頻率域輸出信號(hào)進(jìn)行校正。通常，為了消除輸出信號(hào)累積誤差，要選取適當(dāng)?shù)男Ｕ芷冢抑芷诓豢蛇^大，進(jìn)而提高輸出信號(hào)同步精度，并在一定程度上降低對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘精度要求。由于每組信號(hào)頻點(diǎn)以兩倍頻關(guān)系遞推，所以，要選取每組待發(fā)射頻點(diǎn)周期上最小公倍數(shù)，并將其設(shè)為同步校正的周期，以確保每組頻點(diǎn)都可以以零相位開始，以零相位結(jié)束，讓輸出信號(hào)保持完整而連續(xù)的周期波形。在數(shù)值選擇上，也可以以5s、6s、8s、9s來作為待發(fā)射頻點(diǎn)同步校正的周期。

4 結(jié)束語

在高精度同步輸出多功能發(fā)射控制設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)頻率域電磁探測(cè)以及時(shí)間域電磁探測(cè)的通用性，可采用GPS自帶的時(shí)鐘源與高精度恒溫晶振，來作為FPGA 時(shí)鐘，從而提高同步精度，并降低輸出頻率誤差。同時(shí)，還要結(jié)合發(fā)射頻點(diǎn)特征，來選擇適當(dāng)校正周期，對(duì)頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的校正周期中，進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)值的清零，以便更好的對(duì)恒溫晶振累積誤差進(jìn)行校正，以提高系統(tǒng)的計(jì)數(shù)功能，讓波形與頻率輸出更加多樣化。

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作者簡介：田春苗（1988-），女，蒙古族，內(nèi)蒙古霍林郭勒人，碩士，助理工程師，研究方向：發(fā)射控制系統(tǒng)。