高精度同步输出多功能发射控制技术的研究

摘 要：当前，随着社会经济的快速发展，电磁探测发射控制技术也不断发展起来。然而，从当前的电磁探测发射控制系统看，其输出同步精准度还相对较低，且输出信号具有一定的累积误差，所以，就需要提升其高精度同步输出发射控制技术。

关键词：高精度同步输出多功能发射控制技术；研究；设计

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

1 前言

在高精度同步输出多功能发射控制技术中，其设计主要是以GPS自带的时钟源与高精度恒温晶作为整个系统的时钟，并充分发挥两者的应用优势。其中，在进行GPS同步的同时，主要以时钟源信号为系统的时钟；而在GPS不能同步时，采用GPS秒脉冲信号，来对恒温晶振输出的相关分频信号予以同步校正，最终作为系统的时钟。此外，还需要结合发射频点特征，来选取适当的校正周期，并利用最小公倍数法，来对相关的输出信号予以同步校正，最大限度降低输出频率误差。而经过改造后的发射控制技术，其输出同步精度得到了大大提升，并利用现场可编程门阵列（FPGA）的强大计数、分频功能，让输出波形与频率变得更加多样化，满足了多功能电磁探测发射系统的基本控制要求。

2 高精度同步输出多功能发射控制技术简介

可控音频大地电磁法（CSAMT）主要是把两端接地的长导线设为发射源，通过对相关电性参数分析，而得出地质结构信息的一种方法。通常来说，阻抗相位为CSAMT探测中最为重要的参数。为确保地下介质电性结构的勘探精确度，在进行野外测量时，需要提升输出信号的同步精确度，从而阻抗相位实现高精度测量。其中，恒温晶振在较短时间内，其精确度较高，且稳定性好，不易受到干扰，但该系统需要在恒温环境下进行工作，因此，容易出现老化现象，从而出现不可逆的频率偏移，并形成累积误差，对电磁探测发射系统输出精度造成影响。而GPS自带的时钟源同步精度较高，且不存在累积误差，不易受到地形、测量距离等因素的影响，稳定性较强。然而，若是GPS遭遇太阳风暴、卫星失锁等，其输出信号也会出现短期不稳定现象，对其同步精度造成影响。所以，结合现有的电磁探测发射控制系统存在的不足，还需要对高精度同步输出发射控制技术进行深入的分析。

当前，在科技的发展下，利用秒脉冲信号来对恒温晶振输出时钟予以复位，或是通过秒脉冲信号来作为基准源，来相关的恒温晶振频率偏移予以估算、修正，以实现双时钟协同工作模式逐渐得到了推广及应用，并大大提升了同步精度，确保了系统时钟稳定性、输出精确性。在高精度同步输出多功能发射控制技术研究中，主要以GPS自带的时钟源与高精度恒温晶振，来进行协同运作，并将其作为系统的时钟，让两者进行高效配合，以提高同步时钟的精确度，并对输出信号予以同步处理，利用最小公倍数，来相关的输出信号予以同步校正，从而降低阻抗相位测量误差，将GPS自带的时钟与恒温晶振优势充分运用起来，以提升输出同步精度，并简化数据输出过程，使其稳定性得到大大提升。

3 高精度同步输出多功能发射控制设计分析

3.1 系统时钟同步设计

利用GPS自带的时钟源以及恒温晶振，来进行系统时钟的设计时，需要结合两者的特征，并发挥各自的优势，实现协同运作。其中，在发射及接收系统中，可利用高精度CW25?TIM的GPS芯片来进行设计，以提高其同步精度、输出精度。而在系统同步时钟的设计上，在进行GPS同步选择时，要将GPS自带的时钟源信号设为系统的时钟，以免出现累积误差。若是GPS无法实现同步选择，可运用GPS秒脉冲信号，来对恒温晶振所输出相关分频信号予以同步校正，并将其设为系统时钟，进而弥补GPS短时间定位不准确、不稳定的缺陷，以缩小输出信号频率误差，让系统输出同步精度得到有效提升。

3.2 输出信号同步处理

在提升同步时钟精准度基础上，还要对输出信号予以同步处理，从而更好地消除输出信号累积误差，并減少阻抗相位测量误差。通常来说，恒温晶振会存在一定的累积误差，尤其是在时间的推移下，其输出信号也会随之发生频率偏移，进而导致输出信号相位偏移。所以，在同步校正中，应该以GPS秒脉冲信号来作为参考的依据，并改变分频系数或是对恒温晶振的振荡频率进行有效条件，从而形成同步时钟，补偿恒温晶振频率偏移对于同步时钟产生的影响。通常来说，消除输出的累积误差，实际上也就是对输出波形予以校正的一个过程，主要以GPS 秒脉冲信号来作为参考的信号，从而选择适当的校正周期，来对分频计数器上的数据予以清零，直至下一GPS秒脉冲信号升高沿时输出信号，并重新以零相位进行输出为止，以更好的对输出信号予以同步校正。

3.3 校正频率域输出信号

由于不同的频率对应不同探测深度，在频率域电磁法当中，为了取得大范围地下介质的典型结构信息，需要对频率域输出信号进行校正。通常，为了消除输出信号累积误差，要选取适当的校正周期，且周期不可过大，进而提高输出信号同步精度，并在一定程度上降低对于系统时钟精度要求。由于每组信号频点以两倍频关系递推，所以，要选取每组待发射频点周期上最小公倍数，并将其设为同步校正的周期，以确保每组频点都可以以零相位开始，以零相位结束，让输出信号保持完整而连续的周期波形。在数值选择上，也可以以5s、6s、8s、9s来作为待发射频点同步校正的周期。

4 结束语

在高精度同步输出多功能发射控制设计中，为实现频率域电磁探测以及时间域电磁探测的通用性，可采用GPS自带的时钟源与高精度恒温晶振，来作为FPGA 时钟，从而提高同步精度，并降低输出频率误差。同时，还要结合发射频点特征，来选择适当校正周期，对频点所对应的校正周期中，进行分频计数值的清零，以便更好的对恒温晶振累积误差进行校正，以提高系统的计数功能，让波形与频率输出更加多样化。

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作者简介：田春苗（1988-），女，蒙古族，内蒙古霍林郭勒人，硕士，助理工程师，研究方向：发射控制系统。