高精度同步輸出多功能發射控制技術的研究

摘 要：當前，隨著社會經濟的快速發展，電磁探測發射控制技術也不斷發展起來。然而，從當前的電磁探測發射控制系統看，其輸出同步精準度還相對較低，且輸出信號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射控制技術。

關鍵詞：高精度同步輸出多功能發射控制技術；研究；設計

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射控制技術中，其設計主要是以GPS自帶的時鐘源與高精度恒溫晶作為整個系統的時鐘，并充分發揮兩者的應用優勢。其中，在進行GPS同步的同時，主要以時鐘源信號為系統的時鐘；而在GPS不能同步時，采用GPS秒脈沖信號，來對恒溫晶振輸出的相關分頻信號予以同步校正，最終作為系統的時鐘。此外，還需要結合發射頻點特征，來選取適當的校正周期，并利用最小公倍數法，來對相關的輸出信號予以同步校正，最大限度降低輸出頻率誤差。而經過改造后的發射控制技術，其輸出同步精度得到了大大提升，并利用現場可編程門陣列（FPGA）的強大計數、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發射系統的基本控制要求。

2 高精度同步輸出多功能發射控制技術簡介

可控音頻大地電磁法（CSAMT）主要是把兩端接地的長導線設為發射源，通過對相關電性參數分析，而得出地質結構信息的一種方法。通常來說，阻抗相位為CSAMT探測中最為重要的參數。為確保地下介質電性結構的勘探精確度，在進行野外測量時，需要提升輸出信號的同步精確度，從而阻抗相位實現高精度測量。其中，恒溫晶振在較短時間內，其精確度較高，且穩定性好，不易受到干擾，但該系統需要在恒溫環境下進行工作，因此，容易出現老化現象，從而出現不可逆的頻率偏移，并形成累積誤差，對電磁探測發射系統輸出精度造成影響。而GPS自帶的時鐘源同步精度較高，且不存在累積誤差，不易受到地形、測量距離等因素的影響，穩定性較強。然而，若是GPS遭遇太陽風暴、衛星失鎖等，其輸出信號也會出現短期不穩定現象，對其同步精度造成影響。所以，結合現有的電磁探測發射控制系統存在的不足，還需要對高精度同步輸出發射控制技術進行深入的分析。

當前，在科技的發展下，利用秒脈沖信號來對恒溫晶振輸出時鐘予以復位，或是通過秒脈沖信號來作為基準源，來相關的恒溫晶振頻率偏移予以估算、修正，以實現雙時鐘協同工作模式逐漸得到了推廣及應用，并大大提升了同步精度，確保了系統時鐘穩定性、輸出精確性。在高精度同步輸出多功能發射控制技術研究中，主要以GPS自帶的時鐘源與高精度恒溫晶振，來進行協同運作，并將其作為系統的時鐘，讓兩者進行高效配合，以提高同步時鐘的精確度，并對輸出信號予以同步處理，利用最小公倍數，來相關的輸出信號予以同步校正，從而降低阻抗相位測量誤差，將GPS自帶的時鐘與恒溫晶振優勢充分運用起來，以提升輸出同步精度，并簡化數據輸出過程，使其穩定性得到大大提升。

3 高精度同步輸出多功能發射控制設計分析

3.1 系統時鐘同步設計

利用GPS自帶的時鐘源以及恒溫晶振，來進行系統時鐘的設計時，需要結合兩者的特征，并發揮各自的優勢，實現協同運作。其中，在發射及接收系統中，可利用高精度CW25?TIM的GPS芯片來進行設計，以提高其同步精度、輸出精度。而在系統同步時鐘的設計上，在進行GPS同步選擇時，要將GPS自帶的時鐘源信號設為系統的時鐘，以免出現累積誤差。若是GPS無法實現同步選擇，可運用GPS秒脈沖信號，來對恒溫晶振所輸出相關分頻信號予以同步校正，并將其設為系統時鐘，進而彌補GPS短時間定位不準確、不穩定的缺陷，以縮小輸出信號頻率誤差，讓系統輸出同步精度得到有效提升。

3.2 輸出信號同步處理

在提升同步時鐘精準度基礎上，還要對輸出信號予以同步處理，從而更好地消除輸出信號累積誤差，并減少阻抗相位測量誤差。通常來說，恒溫晶振會存在一定的累積誤差，尤其是在時間的推移下，其輸出信號也會隨之發生頻率偏移，進而導致輸出信號相位偏移。所以，在同步校正中，應該以GPS秒脈沖信號來作為參考的依據，并改變分頻系數或是對恒溫晶振的振蕩頻率進行有效條件，從而形成同步時鐘，補償恒溫晶振頻率偏移對于同步時鐘產生的影響。通常來說，消除輸出的累積誤差，實際上也就是對輸出波形予以校正的一個過程，主要以GPS 秒脈沖信號來作為參考的信號，從而選擇適當的校正周期，來對分頻計數器上的數據予以清零，直至下一GPS秒脈沖信號升高沿時輸出信號，并重新以零相位進行輸出為止，以更好的對輸出信號予以同步校正。

3.3 校正頻率域輸出信號

由于不同的頻率對應不同探測深度，在頻率域電磁法當中，為了取得大范圍地下介質的典型結構信息，需要對頻率域輸出信號進行校正。通常，為了消除輸出信號累積誤差，要選取適當的校正周期，且周期不可過大，進而提高輸出信號同步精度，并在一定程度上降低對于系統時鐘精度要求。由于每組信號頻點以兩倍頻關系遞推，所以，要選取每組待發射頻點周期上最小公倍數，并將其設為同步校正的周期，以確保每組頻點都可以以零相位開始，以零相位結束，讓輸出信號保持完整而連續的周期波形。在數值選擇上，也可以以5s、6s、8s、9s來作為待發射頻點同步校正的周期。

4 結束語

在高精度同步輸出多功能發射控制設計中，為實現頻率域電磁探測以及時間域電磁探測的通用性，可采用GPS自帶的時鐘源與高精度恒溫晶振，來作為FPGA 時鐘，從而提高同步精度，并降低輸出頻率誤差。同時，還要結合發射頻點特征，來選擇適當校正周期，對頻點所對應的校正周期中，進行分頻計數值的清零，以便更好的對恒溫晶振累積誤差進行校正，以提高系統的計數功能，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，內蒙古霍林郭勒人，碩士，助理工程師，研究方向：發射控制系統。