一种用于验证tb时间戳记录设备时间精度的系统及其方法
技术领域
1.本发明涉及设备精度验证技术领域，具体涉及一种用于验证tb时间戳记录设备时间精度的系统及其方法。
背景技术：
2.近几年我国地震数据采集技术正在逐渐走向成熟，并且融合了现代科技的生产设备已经广泛地应用于石油探测行业当中。目前世界上已经投入使用的陆上节点采集设备有上百万之多，并且已经深入到世界各石油物探行业当中，很大程度上提高了石油开采效率、缩减石油勘探工期资金的投入，并且新型地震采集技术还能够为探测环境十分复杂的地方提供一次性采集设备。近些年各种新型陆上地震数据采集节点设备不断更新换代，正在悄然改变着我国石油勘测行业的市场竞争格局。
3.新型数据采集设备与传统的数据采集设备相比，最明显的特征就是新型采集设备不再需要线缆进行数据传输，并且新型设备通过对内部加装gps定位系统及其附属功能部件，从而实现对采集数据进行及时的自动记录，并且利用设备联网获取实际时间，之后再通过系统内部程序对收集到的数据标记上时间，从而实现数据阶段化、节点化，方便之后的信息调用处理。利用gps定位系统能够将收集到的数据进行图形化处理，通过大数据对收集到的数据信息进行整理分析，将地下石油分布情况充分地以点状图体现出来。
4.随着地震数据采集节点仪器的发展和推广，配套设备也逐步完善，而tb时间戳记录设备就是其中主要的配套设备，tb时间戳记录设备用于反映地震勘探时间同步精度。
5.但是目前不同制造商生产的tb时间戳记录设备没有统一的技术指标，使得用户在使用不同制造商的tb时间戳记录设备时，无法确定其精度是否能满足实际需求。
技术实现要素：
6.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于验证tb时间戳记录设备时间精度的系统及其方法，用于解决无法对tb时间戳记录设备的精度进行验证的技术问题，从而达到保证tb时间戳记录设备精度的目的。
7.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种用于验证tb时间戳记录设备时间精度的系统，包括：
9.gps天线，用于接收gps卫星传来的信号，并传输给gps接收机模组；
10.gps接收机模组，用于接收到所述gps天线传输的信号后，分别输出授时秒脉冲给微处理器和与非门；
11.微处理器，用于接收到所述gps接收机模组传输的授时秒脉冲后，根据接收到时间信息控制指令输出一个脉冲控制信号给与非门；
12.与非门，用于根据接收到所述脉冲控制信号输出相应的秒脉冲至tb时间戳记录设备进行记录。
13.作为本发明优选的实施方式，所述与非门包括：第一输入端、第二输入端以及一输
出端；
14.所述第一输入端用于接收所述授时秒脉冲，所述第二输入端用于接收所述时间信息控制指令，所述输出端用于根据接收到所述脉冲控制信号输出所述秒脉冲。
15.作为本发明优选的实施方式，所述微处理器包括一外部微机接口，所述外部微机接口用于与所外部微机连接，并接收所述外部微机串口助手发送的所述时间信息控制指令；
16.其中，所述时间信息控制指令用于控制所述系统输出秒脉冲的时刻和个数。
17.作为本发明优选的实施方式，所述gps接收机模组在所述系统开机后，开始搜星，并在锁星后输出稳定的授时秒脉冲。
18.一种用于验证tb时间戳记录设备时间精度的方法，包括以下步骤：
19.通过gps天线接收gps卫星传来的信号并传送给gps接收机模组；
20.所述gps接收机模组根据传送的信号进行搜星，并在锁星后分别输出稳定的授时秒脉冲至微处理器和与非门；
21.在外部微机的串口助手输入预定秒脉冲输出时刻和秒脉冲个数，形成一时间信息控制指令发送至所述微处理器；
22.所述微处理器根据接收到的所述授时秒脉冲和所述时间信息控制指令输出一脉冲控制信号至所述与非门；
23.所述与非门根据所述脉冲控制信号和所述授时秒脉冲输出相应的秒脉冲至tb时间戳记录设备；
24.所述tb时间戳记录设备对所述秒脉冲的输出时刻进行记录，得到一实际秒脉冲输出时刻；
25.将所述预定秒脉冲输出时刻与所述实际秒脉冲输出时刻进行比较得到两者间的差值，判断所述差值是否小于阈值，若是，则认为所述tb时间戳记录设备的精度达到要求。
26.作为本发明优选的实施方式，在所述gps接收机模组根据传送的信号进行搜星时，包括：
27.根据所述gps天线所处地的经纬度信息获得目标卫星的方位角和俯仰角；
28.根据所述目标卫星的方位角和俯仰角对所述gps天线的反射面方位和俯仰角度进行预设，分别得到预设反射面方位和预设俯仰角度；
29.以所述预设反射面方位为中心，确定一搜索空域，并将所述搜索空域分成若干搜索区域，并给所述若干搜索区域设定一搜索顺序；
30.按照所述搜索顺序采用交替式搜索法对所述若干搜索区域进行逐个搜索，锁定其中信号最大的反射面方位和俯仰角度。
31.作为本发明优选的实施方式，在将所述搜索空域分成若干搜索区域时，包括：
32.以所述预设反射面方位为中心，确定一搜索范围；
33.并将所述搜索范围划分为一正搜索角度和一负搜索角度；
34.根据所述正搜索角度得到一正搜索空域，根据所述负搜索角度得到一负搜索空域；
35.确定一划分值，根据所述划分值分别对所述正搜索空域和所述负搜索空域进行划分，获得所述若干搜索区域。
36.作为本发明优选的实施方式，在给所述若干搜索区域设定一搜索顺序时，包括：
37.对所述若干搜索区域执行螺旋式标记步骤，获得所述搜索顺序，所述螺旋式标记步骤包括：
38.将所述正搜索空域中第一靠近所述预设反射面方位的搜索区域标记为第一搜索区域；
39.将所述负搜索空域中第一靠近所述预设反射面方位的搜索区域标记为第二搜索区域；
40.将所述正搜索空域中第二靠近所述预设反射面方位的搜索区域标记为第三搜索区域；
41.将所述负搜索空域中第二靠近所述预设反射面方位的搜索区域标记为第四搜索区域；
42.不断重复上述步骤，直至所述若干搜索区域均被标记。
43.作为本发明优选的实施方式，在采用交替式搜索法对所述若干搜索区域进行逐个搜索时，包括：
44.按照所述搜索顺序，先搜索所述第一搜索区域，判断是否存在信号最大值，若否，则搜索所述第二搜索区域，判断是否存在信号最大值，若否，则继续搜索下一区域直至确定信号最大值所在的搜索区域。
45.作为本发明优选的实施方式，在根据所述gps天线所处地的经纬度信息获得目标卫星的方位角和俯仰角时，包括：
46.获取所述目标卫星的经度以及所述gps天线所处地的经度和纬度，并根据获取到的信息得到所述目标卫星的方位角和俯仰角，具体如公式1和公式2所示：
[0047][0048][0049]
式中，λd为所述目标卫星的经度，λ
t
为所述gps天线所处地的经度，φ
t
为所述gps天线所处地的纬度。
[0050]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0051]
(1)gps是全球通用的、时间精度为纳秒级的卫星时钟同步系统，本发明以gps时间为基准，将tb时间戳记录设备记录的时间与gps时间进行直接比对，从而准确地对tb时间戳记录设备的精度进行评估；
[0052]
(2)本发明可检验tb时间戳记录设备的时间误差，并据此时间误差进行时间校准，从而达到使地震信号激发设备和采集仪器时间同步的目的。
[0053]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
[0054]
图1-是本发明实施例的用于验证tb时间戳记录设备时间精度的系统示意图；
[0055]
图2-是本发明实施例的外部微机串口助手界面图；
[0056]
图3-是本发明实施例的用于验证tb时间戳记录设备时间精度的方法步骤图。
[0057]
附图标号说明：1、gps天线；2、gps接收机模组；3、微处理器；4、与非门；5、外部微机接口；6、外部电源接口；7、第一输入端；8、第二输入端；9、输出端；10、工作状态指示灯。
具体实施方式
[0058]
本发明所提供的用于验证tb时间戳记录设备时间精度的系统，如图1所示，包括：gps天线1、gps接收机模组2、微处理器3以及与非门4。gps天线1用于接收gps卫星传来的信号，并传输给gps接收机模组2。gps接收机模组2用于接收到gps天线1传输的信号后，分别输出授时秒脉冲给微处理器3和与非门4。微处理器3用于接收到gps接收机模组2传输的授时秒脉冲后，根据接收到时间信息控制指令输出一个脉冲控制信号给与非门4。与非门4用于根据接收到脉冲控制信号输出相应的秒脉冲至tb时间戳记录设备进行记录。
[0059]
优选地，gps天线1为双频gps天线。
[0060]
优选地，微处理器3mcu为stm32l471vet6微处理器。
[0061]
进一步地，与非门4包括：第一输入端7、第二输入端8以及一输出端9。第一输入端7用于接收授时秒脉冲，第二输入端8用于接收时间信息控制指令，输出端9用于根据接收到脉冲控制信号输出秒脉冲。
[0062]
进一步地，微处理器3包括一外部微机接口5，外部微机接口5用于与所外部微机连接，并接收外部微机串口助手发送的时间信息控制指令。其中，时间信息控制指令用于控制系统输出秒脉冲的时刻和个数。
[0063]
更进一步地，微处理器3还包括一外部电源接口6，外部电源接口6用于接入外部电源为微处理器3进行供电。
[0064]
进一步地，gps接收机模组2在系统开机后，开始搜星，并在锁星后输出稳定的授时秒脉冲。
[0065]
更进一步地，gps接收机模组2连接有工作状态指示灯10，工作状态指示灯10用于指示系统是否处于正常工作状态。
[0066]
具体地，如图3所示，上述系统的实际使用过程如下：
[0067]
gps接收机模组2连接gps天线1，接收gps卫星传来的信号，输出授时秒脉冲pps，将授时秒脉冲pps作为与非门4的一个输入(第一输入端7)。微处理器3mcu接收gps接收机模组2的授时秒脉冲pps，根据笔记本电脑串口助手发出的时间信息控制指令输出一个正/负脉冲控制信号，将正/负脉冲控制信号作为与非门4的另一个输入(第二输入端)。与非门4的秒脉冲输出端与tb时间戳记录设备的输入电缆连接；输出秒脉冲信号的最大绝对时间误差小于20ns。另外，gps接收机模组2连接有工作状态指示灯10，系统开机后，工作状态指示灯10红灯闪烁，gps接收机模组2开始搜星，约30秒内锁星后授时秒脉冲pps稳定，工作状态指示灯10绿灯闪烁，表示系统可以正常工作。微处理器3mcu连接笔记本电脑串口助手，待验证系统和tb时间戳记录设备都进入正常工作状态后，通过笔记本电脑串口助手输入预定秒脉冲输出时刻和秒脉冲个数，形成一时间信息控制指令并发送至微处理器3mcu，通过串口助手可看到反馈信息，如图2所示。待预定时刻到来秒脉冲发出，tb时间戳记录设备记录tb时刻，并将记录的tb时刻显示在tb时间戳记录设备配套的应用软件上。比较预定时刻和tb记录时刻之间的差值，即为tb时间戳记录设备的绝对tb误差，判断差值是否小于阈值，若是，则认
为tb时间戳记录设备的精度能满足要求。
[0068]
本发明所提供的用于验证tb时间戳记录设备时间精度的方法，如图3所示，包括以下步骤：
[0069]
步骤s1：通过gps天线1接收gps卫星传来的信号并传送给gps接收机模组2；
[0070]
步骤s2：gps接收机模组2根据传送的信号进行搜星，并在锁星后分别输出稳定的授时秒脉冲至微处理器3和与非门4；
[0071]
步骤s3：在外部微机的串口助手输入预定秒脉冲输出时刻和秒脉冲个数，形成一时间信息控制指令发送至微处理器3；
[0072]
步骤s4：微处理器3根据接收到的授时秒脉冲和时间信息控制指令输出一脉冲控制信号至与非门4；
[0073]
步骤s5：与非门4根据脉冲控制信号和授时秒脉冲输出相应的秒脉冲至tb时间戳记录设备；
[0074]
步骤s6：tb时间戳记录设备对秒脉冲的输出时刻进行记录，得到一实际秒脉冲输出时刻；
[0075]
步骤s7：将预定秒脉冲输出时刻与实际秒脉冲输出时刻进行比较得到两者间的差值，判断差值是否小于阈值，若是，则认为tb时间戳记录设备的精度达到要求。
[0076]
在上述步骤s7中，阈值可由用户根据实际需求进行设置。若判断差值大于等于阈值，则对激发设备和采集仪器进行时间校准。
[0077]
在上述步骤s2中，在gps接收机模组2根据传送的信号进行搜星时，包括：
[0078]
根据gps天线1所处地的经纬度信息获得目标卫星的方位角和俯仰角；
[0079]
根据目标卫星的方位角和俯仰角对gps天线1的反射面方位和俯仰角度进行预设，分别得到预设反射面方位和预设俯仰角度；
[0080]
以预设反射面方位为中心，确定一搜索空域，并将搜索空域分成若干搜索区域，并给若干搜索区域设定一搜索顺序；
[0081]
按照搜索顺序采用交替式搜索法对若干搜索区域进行逐个搜索，锁定其中信号最大的反射面方位和俯仰角度。
[0082]
进一步地，在将搜索空域分成若干搜索区域时，包括：
[0083]
以预设反射面方位为中心，确定一搜索范围；
[0084]
并将搜索范围划分为一正搜索角度和一负搜索角度；
[0085]
根据正搜索角度得到一正搜索空域，根据负搜索角度得到一负搜索空域；
[0086]
确定一划分值，根据划分值分别对正搜索空域和负搜索空域进行划分，获得若干搜索区域。
[0087]
更进一步地，在给若干搜索区域设定一搜索顺序时，包括：
[0088]
对若干搜索区域执行螺旋式标记步骤，获得搜索顺序，螺旋式标记步骤包括：将正搜索空域中第一靠近预设反射面方位的搜索区域标记为第一搜索区域；将负搜索空域中第一靠近预设反射面方位的搜索区域标记为第二搜索区域；将正搜索空域中第二靠近预设反射面方位的搜索区域标记为第三搜索区域；将负搜索空域中第二靠近预设反射面方位的搜索区域标记为第四搜索区域；不断重复上述步骤，直至若干搜索区域均被标记。
[0089]
更进一步地，在采用交替式搜索法对若干搜索区域进行逐个搜索时，包括：
[0090]
按照搜索顺序，先搜索第一搜索区域，判断是否存在信号最大值，若否，则搜索第二搜索区域，判断是否存在信号最大值，若否，则继续搜索下一区域直至确定信号最大值所在的搜索区域。
[0091]
具体地，由于越靠近预设反射面方位的搜索区域得到信号最大值的概率越大，因此采用本发明的交替式搜索法对若干搜索区域进行搜索能有效地节省搜索时间。另外，交替式搜索法为自中心向外呈螺旋方式进行，因此在gps天线1的反射面方位改变的同时，gps天线1的俯仰角同时也在改变，从而使得gps天线1的反射面方位和俯仰角可同时变化。
[0092]
进一步地，在根据gps天线1所处地的经纬度信息获得目标卫星的方位角和俯仰角时，包括：
[0093]
获取目标卫星的经度以及gps天线1所处地的经度和纬度，并根据获取到的信息得到目标卫星的方位角和俯仰角，具体如公式1和公式2所示：
[0094][0095][0096]
式中，λd为目标卫星的经度，λ
t
为gps天线所处地的经度，φ
t
为gps天线所处地的纬度。
[0097]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0098]
(1)gps是全球通用的、时间精度为纳秒级的卫星时钟同步系统，本发明以gps时间为基准，将tb时间戳记录设备记录的时间与gps时间进行直接比对，从而准确地对tb时间戳记录设备的精度进行评估；
[0099]
(2)本发明可检验tb时间戳记录设备的时间误差，并据此时间误差进行时间校准，从而达到使地震信号激发设备和采集仪器时间同步的目的。
[0100]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。