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GPS同步校频技术在三维电磁采集系统中的应用

作　者: 卢祥弘
导　师: 陈儒军；何展翔
学　校: 中南大学
专　业: 地球探测与信息技术
关键词: 三维电磁勘探 GPS同步授时信号 时间同步 频率校准
分类号: P631.325
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 61次
引　用: 1次
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内容摘要


时间同步是三维电磁勘探技术中一项重要内容。定时信号的同步精度和时钟频率的稳定性将直接影响同步采集数据的质量,是后期的数据处理和分析能正常进行的保障。基于以上原因,本文设计了一种应用于三维电磁采集站的同步校频系统。系统基于GPS与恒温晶振的特点,以GPS同步授时信号为基准来实时测量和校准恒温晶振频率,提高恒温晶振的准确度和长期稳定性。在系统中利用FPGA的进位逻辑资源设计了高分辨率的时间间隔测量模块,有效缩短了频率测量和校准的时间；并且使用嵌入式处理器软核PicoBlaze对系统进行监控,充分发挥了FPGA的集成优势。此外,系统利用校准后的晶振时钟分频输出各种采集所需的同步定时信号,避免了GPS授时信号短期稳定性差的影响。文章先分析了三维电磁勘探技术的特点及实现该技术需要解决的关键问题,在此基础上通过对时间同步和频率校准技术的研究,提出了相应的解决方案。然后文章具体介绍了GPS同步校频系统的设计方法,并针对GPS同步授时信号在传输过程中受到的噪声干扰,详细介绍了GPS秒脉冲处理算法在单片机程序中的实现方法。最后针对所做工作进行了总结,并提出进一步的改进和建议。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 课题设计的背景  10-11
    1.1.1 三维大地电磁远参考技术  10
    1.1.2 三维电磁系统站与站全参考技术  10-11
  1.2 同步技术的发展现状  11-12
  1.3 课题研究的目的及意义  12-13
  1.4 课题的主要研究内容  13-14
第二章 晶体振荡器及其校准原理  14-17
  2.2 恒温晶振的基本原理  14
  2.2 频率的准确度与稳定度  14-15
  2.3 频率校准的原理和方法  15-17
    2.3.1 频率准确度的测量方法  15-16
    2.3.2 时间间隔测量技术  16-17
第三章 系统的总体设计  17-19
  3.1 系统的设计方案  17-18
  3.2 各部分的功能  18-19
第四章 现场可编程器件FPGA简介  19-22
  4.1 FPGA的基本结构  19-20
  4.2 SPARTAN-3系列FPGA  20-22
第五章 FPGA数字电路的设计  22-57
  5.1 FPGA电路结构和功能  22-23
  5.2 时间间隔测量原理  23-24
  5.3 细测量模块的设计  24-33
    5.3.1 延迟线的设计  24-26
    5.3.2 延迟线的实现及仿真  26-29
    5.3.3 亚稳态的处理方法  29-31
    5.3.4 编码单元的设计  31-33
  5.4 粗测量模块  33-41
    5.4.1 时间计数器的设计  33-37
    5.4.2 分频单元  37-40
    5.4.3 中断输出单元  40-41
  5.5 DCM数字时钟管理模块  41-46
    5.5.1 DCM数字时钟管理器概述  41-42
    5.5.2 系统时钟频率配置  42-44
    5.5.3 DCM复位单元  44-46
  5.6 PicoBlaze处理器模块  46-52
    5.6.1 PicoBlaze处理器概述  46-48
    5.6.2 PicoBlaze接口设计  48-50
    5.6.3 PicoBlaze软件编辑和调试环境  50-51
    5.6.4 PicoBlaze软件功能及流程  51-52
  5.7 UART通讯模块  52-55
    5.7.1 接收和发送单元  52-54
    5.7.2 波特率配置单元  54-55
  5.8 同步脉冲输出模块  55-57
    5.8.1 秒脉冲输出单元  55-56
    5.8.2 分脉冲输出单元  56-57
第六章 单片机软件设计  57-67
  6.1 C8051F310单片机简介  57-59
  6.2 单片机程序功能及流程  59-60
  6.3 串行数据通讯  60-63
    6.3.1 UART串口通信  60-61
    6.3.2 SMbus串口通信  61-62
    6.3.3 SPI串口通信  62-63
  6.4 GPS秒脉冲滤波算法  63-65
    6.4.1 滑动平均滤波器的设计  63-64
    6.4.2 测量数据的处理和分析  64-65
  6.5 恒温晶振频率的控制方法  65-67
第七章 系统测试  67-71
  7.1 系统电路板外观  67-69
  7.2 测试结果  69-71
第八章 总结与建议  71-73
  8.1 总结  71-72
  8.2 建议  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
硕士生期间的研究成果和参加科研情况  77

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地质学 > 地质、矿产普查与勘探 > 地球物理勘探 > 电法勘探 > 方法 > 电磁法
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