惯性体品质越大噪声越小

发布时间:2019-11-04   

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  地动勘察仪器 -使用手艺阐发取成长 2 0 1 2 年 7 月 地球物理勘察数字化 自数字计较机问世以来的半个多世纪中,人们更加地强挪用数字切确地量化各类物理量,用数字来传送一切消息,因而各行各业纷纷成长数字化手艺,从而带动了微电子和计较机手艺的飞速成长。地球物理勘察从六十年代提出数字化,先行官即是数字地动仪。 地球物理学家要求提高采集道数 本地球物理学家火急要求提高采集道数以顺应三维勘察需要时,多年来应运而生的就是千道,万道,以至是十万道仪器开辟问市。同时,添加道容量的需求,提高信噪比和瞬时动态范畴以及进一步完全数字化的设想思惟,便使数字地动仪从集中式采集系统布局转向了分布式节点型采集系统布局。 新技法术传 .然而随之而来的各类新推出的遥测地动仪,因为不竭引入电子工业中的数据传输和无线数据传输()等新手艺却大有做为。人们对扁平馈线、双扭线、同轴电缆、光导纤维等各类传输介质都正在遥测数字地动仪中做了测验考试,并为提高数传速度添加单线道容量,靠得住不变性等方面做了大量勤奋。 无线遥测地动仪采集手艺 除了遥测地动仪,最后的无线遥测地动仪采集手艺则表现正在美国公司的OPSEIS 5586 和TELESEIS以及法国地球科学院的MYRISEIS,这几种仪器中,无线遥测以正在空中的电磁波做为数据传输介质,采集道容量已不受,人们也常称这种地动仪为万道地动仪,但数据传输率仍是无限的,每放一炮,数传时间较长,了野外出产效率,采用多频窄带并行传输数据,但仪器错乱,靠得住性遭到必然影响。 微电子工业和计较机工业最新手艺 二十世纪六十年代初到九十年代初的三十年中,地动勘察数字化取得了惊人的进展,微电子工业和计较机工业中飞速成长的高新手艺做出了凸起贡献,令人叹为不雅止的新型仪器屡见不鲜。从开初的 24 道成长到了千道以上,数字计较机节制、数据传输和数据及时阐发处置都表现出了其时的最新手艺。 终究,地动数据采集系统取地动勘察方式的成长的需求仍是距离很大,地球物理学家也一曲埋怨仪器动态范畴不敷。正在高分辩率勘察地质使命面前更是越来越显示出了它的不脚。 数字化的焦点部件 – 模数转换器 于是仪器研制人员又回到数字化的焦点部件 – 模数转换器来考虑问题。其时适合地动信号数字化成的保守模数转换凡是采用逐次比力设想方案,持续变化的模仿信号按采样频次离散为一系列连结平定的子样,对这些子样用雷同天平称沉的方式,通过加减一系列尺度的电压码来丈量子样。当比力码值的总和电压取子样电压相等时便实现了量化。 这种保守模数转换所用的线包罗电压码生成、子样连结、以及比力等均为模仿线,而模仿线的精度要靠复杂严酷的制制工艺来无限度地,并且受时效和温度变化的影响很大,例如发生尺度电压码所用衰减电的细密电阻,选用材料苛刻,且需极为复杂严酷的工艺制制。因而保守的十六位模数器最优线性度只能达到万分之一,畸变最好目标也不外是万分之五,动态范畴大约 80dB 摆布。 瞬时浮点放大器的短处 随后人们起头认识到瞬时浮点放大器的短处,既是对正在低频大信号上叠加的高频小信号起滑润感化而晦气于高频信号的采集。刚好正在这个时候微电子器件中 Δ—Σ 过采样模数转换器问世,从而使此问题送刃而解。Δ—Σ 模数转换器的理论正在七十年代就已提出. 这种模数转换手艺能够利用易于制制的宽大限模仿元件,但需要快速和很是复杂的数字信号处置。仅仅因为使用了取微处置机芯片同步成长的微电子超大规模计较芯片才使 Δ—Σ 模数转换器得以投入利用。动态达 120dB 的Δ—Σ 模数转换器使仪器研制者完全停用了瞬时浮点放大器这一模仿部件,也去除了繁琐的各类模仿滤波器 瞬时动态范畴的新概念 瞬时动态范畴的新概念:即正在统一采样间隔内可以或许记实到的分歧频次的最大信号取最小信号之比。1992 年I/O 公司率先制出了采用 Δ—Σ 模数转换器进行数字化的系统Ⅱ仪器。正在随后的八年中,地动数据采集系统又履历了一次更新换代 美国I/O 公司的 SYSTEMⅡ,SYSTEM 2000,IMAGE,法国 SERCEL 公司的 SN388,408UL 等优良品牌的遥测数字地动仪敏捷占领了市场,根基上满脚了地球物理勘察的需求。值得一提的是 GEO-X 公司推出了具有收集数传布局的 ARAM-24 仪器,随后又更新推出 ARAM-ARIES 型号。 数据传输采纳收集布局 法国 SERCEL 的 408UL 的数据传输也采纳了收集布局,将采集系统的各个部门均视为收集结点。构成“地动区域收集”,矫捷靠得住地实现地动数据的传输互换,而这一切都有幸于计较机收集通信手艺的飞速成长以及 TCP/IP、IPX 等先辈主要通信和谈对消息高速公的贡献 遥测地动仪快速成长 二十世纪后八年的遥测地动仪的成长,愈加现代化,愈加速速,愈加全球化,日本、、俄罗斯和我国也都各自制出了手艺程度较高的 24 位遥测地动仪,无线遥测仪器则有 OPSEIS-EAGLE 和 BOX,而 BOX 仪器 的新手艺使用和制制工艺更是表示得极为优良。 数字地动仪三次更新换代 这四十年大体分为三个阶段,三次更新换代: 1962 — 1980,集中式 48 道 120 道数字地动仪; 1980—1992,16位遥测地动仪; 1992—2007,24位遥测地动仪。 因为油气能源的需求,以及地动勘察工做日益加剧的高成本、高风险、高难度,人们不竭寻求高保实地采集地动数据以处理地质使命的配备取方式。更新换代的程序越来越快。一曲勤奋寻求完全数字化,不竭地根除复杂的模仿部件,代之以先辈的、高精度的数字化安拆。正在不到八年的时间里,便完成了 Δ—Σ 24位遥测数字地动仪的更新换代。 地动信号传感器 环节是地动信号传感器这一环节正在半个世纪以来确实一曲盘桓不前,未能脱节动圈式机电转换的机理。好比地动队成千上万利用的 GS-20DX 检波器是三十年前研制的产物,七十年代初,当数字地动仪推广利用时,为了取数字地动仪相配套,人们曾把 GS-20DX 检波器称为“数字检波器”,顾名思义完全牵强附会,只不外是这种检波器机能目标比以往检波器要高,频带要宽,质量节制严酷,能够共同数字仪利用。但确实是一种不折不扣的机电模仿产物。 限制其动态范畴的畸变(失线%,这申明动态范畴仅为 54Db。近年来各厂家破费鼎力物力研制的各类超等检波器,其机能目标也未能数量级地向上突进,其失线% 摆布。 光纤压力传感和微机械电子传感 目前良多地域地动采集数据不抱负,分辩率不高,除了激发领受前提有待改良之外,所利用的传感器器件该当说不敷精巧。地动信号传感的器件才该当是地动数据采集系统的焦点环节部门。地动勘察工做者通过半个世纪的不竭实践,几乎无所争议地达到共识,这就是说目前常规检波器的机能已成为限制高分辩率地动数据采集成长的主要要素。可喜的是, 恰好正在二十一世纪之初,多年来科技工做者勤奋霸占的地动信号传感元件:光纤压力传感和微机械电子传感都冲破性地成功出生避世了。而微机械电子传感更为成熟优越。正在1992 年第一个推出 24 位 Δ—Σ 模数转换地动仪 SYSTEM Ⅱ 的 I/O 公司曾经成功地将体积细小、频带响应宽、失实度达百万分级的微电子机械加快度计引入到了地动勘察范畴,并获得了可喜的,。 微电子机械加快度计 正在1992 年第一个推出 24 位 Δ—Σ 模数转换地动仪 SYSTEM Ⅱ 的 I/O 公司曾经成功地将体积细小、频带响应宽、失实度达百万分级的微电子机械加快度计引入到了地动勘察范畴,并获得了可喜的,从而启动了地动数据采集系统下一轮的更新换代。 微电子机械加快度计使地动信号数字化进入更高程度 微电子机械加快度计使地动信号数字化进入更高程度 微电子机械系统(MEMS)是一种利用雷同于集成电工艺制制的,普遍地使用于汽车工业、国防、生命工程、家用消费电器等各个范畴中的微米级器件。 微电子机械手艺成长迅猛,开初用于汽车的轮胎压力传感和平安气囊传感,检测冲击力以鉴定何时打开平安气囊。颠末多年的成长和使用,大量、低价、机能各别的微电子机械器件应运而生,像ANALOG DEVICE 如许一类半导体器件制制厂家正正在积极地开辟研制各类 MEMS 器件。 MEMS 加快度计快速推广 不只正在汽车工业的平安安拆,诸如侧面气囊、平安窗帘的传感中使用量很大,并且正在手机中做为 RF 射频元件、血压测试中的微型压力传感、机杆中传感、计较机中除键盘和鼠标以外的加快度姿势节制,以及手持投影机中的微镜扫描阵列、DNA 检测安拆、微型生物泵、喷墨打印头、微镜传感等诸多项使用中都获得了普遍推广。 MEMS 加快度计虽然比压电传感器要贵些,但因为其雷同于半导体硅芯片的大规模制制工艺,其出产成本会越来越降低,这可能是将快速推广的根据之一。 VECTORSEIS 数字 MEMS 检波器 I/O 公司正在 1986 年便启动了微机械地动加快度研制开辟打算,1994 年成立了 4 英吋硅微晶片出产线 年则正在 STAFFORD TX 成立了 6 吋 MEMS 出产线 年推出了用于油气勘察的 VECTORSEIS 数字 MEMS 检波器。随后I/O 公司做为投资者和用户正在 2001 年成立了使用 MEMS 公司,做为美国 I/O 公司正在德克萨斯 STAFFORD TX 的子公司,工场面积为 35000 平方英尺,特地开辟研究微沉力、细密加快度计。 目前地动仪器一览 目前以24位ADC仪器做为绝对从体。 特点:不变和靠得住性高;系统软/硬件功能强、目标高、目标差距不大,各有特色。 传输式的收集仪器: SERCEL 408UL ;428UL ;IMAGE; I/O-SYSTEM IV; ARAM-ARIES;SI-2000 无线数据传输仪器:BOX;Vibtech-it 数据存储式型地动仪器:I/O-RSR、SYSTEM-IV(VR);JGI-MS-2000;BGP-3S-1 全数字式:I/O-SYSTEM IV;Sercel-408DSU 硅微机械加快度计 颠末 15 年研制开辟而出产的数字加快度计包含两个次要部件:硅微机械加快度计和公用夹杂集成电ASIC 。硅微机械加快度计由用弹簧吊挂的正在环抱支架上的活动惯性体构成。为此使用四片 6 英吋双面抛光单晶硅片制制,两头两层形成惯性体、支架和核心电极;上下两层则形成外层电极并用金属热压取支架构成一体。惯性体概况外延层光刻制成硅弹簧,正在惯性体和顶底盖概况制成金属电极取连线,从而正在惯性体概况取顶底盖之间构成了电容器。整个芯体案大约 6.5MM × 5.5MM × 2MM,实空陶瓷封拆。 MEMS SIZE 体布局微机械制制手艺 为达到地动检波而需要的极低噪声的高机能,招考虑起次要感化的两个可控参量:惯性体质量(尺寸)协调振布局的阻尼。惯性体质量越大噪声越小,因而采用体布局微机械制制手艺,以便制成较厚的机械层(惯性体),形成较大的惯性体质量。 谐振布局阻尼越大,噪声越大。为了减小谐振体阻尼,将传感器封拆密封正在高实空陶瓷外壳内,构成几乎无气体的空穴。由于空穴内气体的布郎活动撞击惯性体味添加器件的噪声程度。 统计机械学噪声理式 噪声公式按照统计机械学的均分理论可表达为 N= 4KTb/MgN = 噪声功率谱密度 g/Hz K = 波尔茨曼 T = 绝对温度 b = 阻尼系数 Kg/s M = 惯性体质量 Kg g = 尺度沉力 m/s 单晶片概况和多晶片体布局微机制制工艺 凡是制制微电子机械传感器采用两种晶片制制手艺:单晶片概况微机制制工艺和多晶片体布局微机制制工艺。单晶片概况微机制制工艺可制成很小的器件,机械层很薄,惯性体质量也小。 采用单片集成电工艺正在一片单晶硅上制制传感器。而大尺寸体布局多晶片微机机械制制工艺,能够制成较厚的机械层,惯性体质量较大。按照前面阐发,为了研制新型超低噪声数字加快度计,须采用体布局多晶片微机械制制工艺,能够构成较大的惯性体质量。 微机械加快度计取Δ—Σ A/D 转换器一体化 微机械加快度计芯片能够零丁地用做电容性加快度计器件,但为了达到地动勘察所需的高机能,还研制了公用夹杂电集成电(ASIC)。该公用电(ASIC)由另一家 CMOS 半导体芯片厂家共同制做,用于供给两个次要功能。流。 起首,MEMS 加快度计工做为闭环力反馈体例,ASIC 领受传感电容的变化,发生静电力反馈到MEMS 加快度芯片以使惯性体连结正在核心。其次,加快度响应通过丈量反馈力,由内部 24 位 5 阶Δ—Σ A/D 转换器数字化,输出 128 KHz 的过采样数字位流。 高质量数据潜力 高机能 VECTORSEIS 加快度计具备高质量数据的潜力,对于采集多分量地动数据起到主要感化,并且具备很宽频带,能够全面采集凹凸频数据,十博体育。高频数据能够供给识别薄互层和断层的高分辩率消息。 低频数据则有益于识别岩石类型,例如沙岩、白垩岩、碳酸岩等,从而使地动勘察能够进入开辟地动阶段。传感器弹簧、惯性体吊挂系统的谐振频次可移至地动频带上端之外,达到千赫兹。因为设想正在谐振频次之下工做,传感器表示为加快度型。正在地动频带范畴内,频次特征惊人地表示为平曲优良。 地动勘察感乐趣的是岩层的声 而常规动圈机电检波器,其谐振频次凡是低于地动频带,典型频次常为 10Hz。常规动圈型检波器,因为线圈切割磁力线发生的电压反比于惯性体的速度,所认为速度型。当然也有通过发生二次而设想的加快度检波器。虽然速度和加快度两种丈量成果正在数学上是分歧的,加快度是速度的进一步微分,但对地舆物理学家倒是一样的,由于地动勘察感乐趣的是岩层的声。 实负数字传感器 实负数字传感器能够采集愈加的地动信号,由于从节制传感器的芯片输出曾经是数字化了,并且因为 MEMS 芯片取ASIC 叠合安拆,从微机械传感器芯片发生的模仿信号达到 ASIC 芯片距离仅仅 3 MM。 正在加快度计内间接数字化能够完全避免电磁以及50Hz 干扰和漏电等过去令地球物理学家费心的问题。多串常规检波器陈列的模仿线长达几十米到几百米,能够想象模仿信号被污染的程度,漏电和串问题对地动数据质量的影响更是难以。 DISTORTION DISTORTION 过采样△一∑模数和数模转换器 过采样(比奈奎斯特频次高几百倍到几千倍)的△一∑模数和数模转换器的理论已问世良多年。这种模数转换器能够利用简单的宽大限的模仿元器件,但需要快速和很是复杂的数字信号处置。这种数字调制器的设想思惟是以时域分辩率为价格来实现幅域分辩率,它以极高于奈奎斯特频次的速度将模仿信号调制成简单的数字码(凡是是一位字),因而能够利用精度要求不严的模仿线。高频调制器能够不需要正在模数转换器输入前加上复杂的去假频滤波器,而用数字滤波器来滑润数字调制器输出,量化噪声、干扰和信号的高频噪声成分,实现去假频功能。 △一∑数字信号处置 过采样△一∑模数转换器强调数字处置,利用高速超大规模的数字信号处置手艺代替了细密的模仿线。也正由于入此,只是近年来微电子手艺所供给的高新数字处置器件才得以将△一∑模数转换器适用到数字声响、数字德律风、仪表等范畴中来。正在数字电视和雷达中也起头有所利用,当然正在地动数据采集系统中的引入便突发了地球物理仪器界的更新换拆。 目前正在电子手艺范畴中已设想开辟了良多种布局的 △ 一∑调制器以适合各品种型的使用。 △ 一∑ 调制器设想准绳: 选用△ 一∑ 调制器线设想取决于以下几个准绳: (1) 正在给定的过采样比率所能达到的分辩率和信噪比; (2) 调制器和响应的抽值滤波器的复杂程度; (3) 元器件选择:放大器带宽、无限增益、速度、非线性度、电压温度变化等要素的机能度; (4) 不变性; (5) 外部附加调整元器件; (6) 线性信号范畴 。 当然这些原则仍是共同现实使用来考虑的。 过采样取量化噪声 Δ-Σ 模数转换手艺的环节是过采样比率。过采样比率定义为采样率f s 取信号的奈奎斯特频次 2f o 的比值 OSR = f s / 2f o 过采样能够降低信号频带内的量化噪声。量化噪声均方根值取过采样比率的平方根成反比,每将采样率提高一倍能够降低带宽内噪声3dB,添加 0.5 位的分辩率。 过采样比率越高,分辩率越高 过采样比率越高,分辩率越高。这就意味着:当Δ-Σ 模数转换器的系统时钟选定(好比1MHz)之后,对低频信号的过采样率要比对高频信号的过采样率高。这也是为什么 Δ-Σ 模数转换手艺正在音频信号范畴(当然包罗地动波信号)获得普遍使用的缘由。 声响设备使用Δ-Σ 例如:像话音设备之类的低频系统用简单线(一阶一位)调制器便可行,高档声响设备则选择高阶多位Δ-Σ器件,只需选择大的过采样比率便可达到所需分辩率,但像雷达领受机如许的高频使用,过采样比率过大就不切实了,设想者需考虑利用高阶多位调制器, 添加复杂性和活络度,并可能一些不变性。 数字滤波器滤除带宽外能量 Δ-Σ 模数转换手艺的另一环节是调制信号的数字抽值滤波。表达模仿信号的数字调制器输出伴有带宽外成分、调制噪声、线噪声以及干扰,因而须用数字滤波器滤除带宽外能量,当以奈奎斯特频次沉采样后能够避免假频干扰。 因而高程度数字滤波设想也是至关主要的,数字滤波又性相位 FIR(无限激冲响应)和最小相位 FIR(无限激冲响应)之分。 地球物理公用24位模数转换器 因为地动数据采集系统对分辩率和畸变目标要求极高,仅有几家半导体系体例制厂家推出了他们的商品化芯片来供地球物理仪器制制公司来形成各自的24位模数转换器。 Cirrus(crystal)半导体公司 美国的crystal半导体公司90年摆布最先推出了CS5324模数转换器芯片,芯片包罗数字调制器和第一级FIR(无限量脉冲响应)数字抽值滤波器,这是一种单片CMOS芯片,120db 500Hz过采样转换模数转换器,此中Δ-Σ调制器为四阶过采样调制器,这是一位量化器过采样比率为256,芯片内数字抽值滤波器为线性相位FIR数字滤波器,进行8抽1,传送函数为四阶sinx/x。调制器中的积分器需外部门手元件调准参考源为电流源型。 I/O公司用CS5324芯片起首推出了号称24位模数转换的系统Ⅱ遥测地动仪,I/O公司采用Motorola 56001位定点数字信号处置(DSP)芯片进行随后的数字抽值滤波器。 Cs5321/5322套件 Crystal半导体公司正在93年又推出了 CS5321 芯片,虽然 CS5321也是四阶调制器,但降服了CS5323芯片对时钟发抖要求苛刻和漂移大等错误谬误。CS5321调制器采用电压参考源。别的温度机能优于 CS5323,工做温度范畴为-55℃~+85℃。较晚推出的遥测地动仪 Poliseis、ARAM24、 AP4,δvision均采用这种芯片。 典型?-?型ADC 典型?-?型ADC 24位芯片供应可选 然而并不是Crystal半导体公司一家垄断了24位芯片供应。美国Analog device半导体公司, THALER公司和Chesapeake Sciences, TI(B.B)公司也推出各类24位模数、数模转换器,型号为AD-200, dsm-501等 固定增益放大器简化信号调度 目前24位模数转换器的地动数据采集系统大大都对检波器输入的模仿信号仅采用固定增益放大器全频次恒定分歧放大后便进行数字化,打消了一切模仿信号滤波和调整办法,一切提高分辩率和采集高频有用消息的沉担全都希望Δ-Σ模数转换器和随后的数字处置了。 Cirrus 推出新套件 地动数据传输 遥测地动数据采集系统的一个次要高手艺范畴即是数据传输。为了把采集坐采集的数字消息收受接管集中起来以便编排记实而采用的数据传输手艺目前根基上分为两大类: 类等尺度的双纽线、同轴电缆、光导纤维等传输介质; 无线数据传输则采用各类频段的无线电波做为传输,凡是采用 60MHz – 400MHz 频段内的窄带或宽带调频。当然也能够采用 900MHz ,1800MHz 的手机频段、2.4GHz、5.7GHz 的ISM 扩频跳频手艺频段以及通过卫星转发的介于上述二频次之间的频段等。 数传位速度 数传位速度对于及时传输数据的采集系统来说是项环节的手艺目标,它决定了采集系统的单线道容量。I/O 公司systemⅡ, system 2000 所用的是把号令线和数据线分隔的非环布局数传。 单线道容量参数为: TR:数传位速度 SR:采样率 Ln:数据线对数 Bn:每数据子样位数 数据传输收发器和编码设想 数据传输的环节是使用收发器芯片和编码设想。半导体系体例制厂商供给了各类新型收发器设想产物正在芯片中采用锁频锁相环电(FPLL)进行时钟恢复,线接管器从 AMI 码(双极性码)提取时钟和同步数据。为提高数传质量,降低误码率、数据编码、译码正在数传线中也是很主要的一部门,编码常常采用 AMI、B8ZS、HDB3、 Manchest 等类型码。衰减时钟发抖和弹性存储器等新手艺也大大提高了电缆数传质量。 无线数据传输 至于无线数据传输能够简而化之地以 BOX 系统为例,BOX 无线遥测系统是现有的最先辈的无线遥测仪。采用频次合成体例,频次范畴为 214-234 MHz ,传输体例为 16 QAM 和 QPSK 调制体例。节制号令信号采用 4 态 QPSK 调制手艺传输,速度为 9.6 Kb/s。采集地动数据的传输则采用 16QAM 和 QPSK 调制手艺,采用 16 QAM 调制手艺的数据传输率可达 60 Kb/s ,占用20 KHz 带宽。但传输速度高又导致传输距离和信噪比响应的降低,所以采用 16 QAM 调制手艺最大传输距离为 10 KM 摆布,相辅相成的 QPSK 调制手艺虽然传输速度低,但传输距离响应加大,信噪比也随之添加,降服了传输过程中的丢码漏码现象, 地动数据无线传输的前景 然而当看到 2000 年之后的新世纪全球化无线通信系统手艺的惊人成长时,我们尽不住地要切磋一下地动数据无线传输的前景。正在手机、挪动通信、无线上彀这个庞大商机鞭策下,宽频 CDMA(W-CDMA)码分多址第三代流动通信手艺应运而生,並将有可能成为同一的手机制式,基于宽频的极敏捷兼容量大的传输速度答应手机快速上彀,能够传声又传图象。 其制式和手艺包罗 HSCSD(High Speed Circuit Switched Data), GPRS(General Packet Radio Service), EDGE(Enhanced Data rates for Global Evolution), UMTS(Universal Mobile Telephone System), 从而形成全球流动通信系统,令全球制式一体化,传输数据速度可达 100Kb/s , 取 GPRS 连系后可提拔至 384Kb/s ,以至 2000Kb/s 。 无线无线扩频手艺 无线局域收集调制手艺可分三大类:窄频微波手艺、扩频手艺、及红外线手艺。 扩频手艺:正在无线电频次的宽频带上发送传输信号。 顺应高数率和低误码率、平安和抗干扰通信。频次范畴902M-928MHz及2.4G-2.484GHz两个频段。无需授权 扩频手艺次要又分为跳频扩频(FHSS)及曲序扩频(DSSS)两种。无线局域收集正在机能和能力上的差别,次要是取决于是采用FHSS仍是DSSS、以及所采用的调变体例 调变体例的选择 调变体例的选择: DSSS因为采用全频带传送材料,速度较快。正在需要最佳靠得住性的使用中具有较佳的劣势,而且合用于固定、或对传输质量要求较高的使用中。 FHSS则大都利用于需快速挪动的端点,如步履德律风、蓝芽安拆。FHSS手艺正在需要低成本的使用中较占劣势。 802.11b 和谈 802.11b 和谈 1997.6发布,一种无线通信和谈,属短距离无线。工做正在ISM频段。 利用载波检测多址毗连(CSMA/CA)做为径共享和谈 正在动态速度转换(频道的多传输径取符码间干扰)、漫逛支撑、负载平衡(领受信号强度)、从动速度选择功能(频道噪声)、电源耗损办理功能、保密功能、CSMA/CA和谈、消息包沉整(封包错误率)等有明白 微软推出的桌面操做系统Windows XP和嵌入式操做系统Windows CE,都包含了对Wi-Fi的支撑。 地动数据采集系统遥测体例 地动数据采集系统的另一个概念则是遥测的体例。任何一个系统都需要节制,任何一个分布式系统都需要地方节制,而范畴大、距离远的系统则需要遥测。地动数据采集系统天然也不破例。遥测可通过或无线,节制采集和遥爆或可控震源同步等。 卫星测时测距/全球定位系统 正在九十年代中期呈现的一项令注目的高新手艺能够做为选择,这就是 GPS。1973 年 12 月,美国核准它的陆海空全军结合研制新的卫星系统 NAVSTAR/GPS。它是英文“Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的缩写词,其意为“卫星测时测距/全球定位系统”。该系统是以卫星为根本的无线定位系统,具有万能性(陆地、海洋、航空、航天)、全球性、全天候、持续性和及时性的、定位和按时的功能,能为各类用户供给细密的三维坐标、速度和时间。 美国GPS 系统 自 1974 年以来,GPS 打算履历了方案论证、系统论证和出产尝试三个阶段,曲到 1993 年完成时,先后共 20 年,总投资跨越 200 亿美元。美国建成的GPS 系统共有 21 颗工做卫星和 3 颗准备用卫星,卫星轨道面个数为6,卫星高度为 20200 公里,轨道倾角为 55 度,卫星绕地球一圈的运转周期为 11 小时 58 分(恒星为 12 小时),载波频次为 1575.42MHz 和 1227.69MHz,卫星通过天顶时,卫星可见时间为 5 小时,正在地球概况上任何地址任何时辰,正在高角度 15 度以上,平均可同时不雅测到 6 颗卫星,最多可达 9 颗卫星。 GPS 工做卫星 GPS 工做卫星的正在轨分量为 843.68 公斤,其设想寿命为七年半。当卫星入轨后,星内机件靠太阳能电池和镉镍蓄电池供电。每个卫星有一个推力系统,以便使卫星轨道连结正在恰当。GPS 卫星通过 12 根螺旋型天线 度的天磁波束,笼盖卫星的可见识面。卫星姿势调整采用三轴不变体例,由四个斜拆惯性轮和喷气节制安拆形成三轴不变系统,以螺旋天线阵列所辐射的电磁波束瞄准地面。 俄罗斯的全球卫星系统 俄罗斯的全球卫星系统称为 GLONASS,前苏联起步晚几年,于 1982 年 10 月 12 日发射了第一颗 GLONASS 卫星。随后十三年内虽然呈现了苏联解体,但一直没有中缀 GLONASS 卫星的发射。到 1995 年完成了 24 颗工做卫星加 1 颗备用卫星的结构,于1996 年整个系同一般运转。俄罗斯 GLONASS 卫星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道,轨道面夹角为 120 度,轨道倾角 64.8 度,轨道的偏疼率为 0.01,每个轨道上等间隔地分布 8 颗卫星,卫星离地面 19100 公里,绕地球运转周期约 11 小时 12 分,地迹反复周期 8 天,轴道同步周期 17 圈。 西欧筹建的 NAVSAT 卫星系统 因为 GLONASS 卫星轨道倾角大于 GPS 卫星轨道的倾角,所以正在高纬度(50 度以上),也就是俄罗斯本土的可视性较好。GLONASS 卫星载波频次 1602~1616 MHz(供军平易近两用)和 1246~1256z (供军用)。 GPS 和 GLONASS 次要是为军事使用成立的卫星系统,西欧空间区(ESA)筹建的 NAVSAT 卫星系统则是平易近用系统。NAVSAT 系统采用 6 颗地球同步卫星(GEO)和 12 颗高椭圆轨道卫星(HEO)构成夹杂卫星星座。 全天候及时和定位 12 颗 HEO 卫星平均地分布正在 6 个轨道平面内, 6 颗 GEO 卫星同处于一个轨道平面内,地面上任何一点任何时间至多能够见到 4 颗 NACSAT 卫星,达到全天候及时和定位。 国际海事平易近航组织筹建 GNSS 为了打破一两个国度独霸全球系统的被动场合排场,国际海事卫星组织正在 1996 年成立了 INMARSAT 系统,国际平易近航组织也正在筹建 GNSS。GNSS 将具有 30 颗中高圆轨道卫星(ICO)和 6~8 颗双用静止卫星,不只能供给定位功能,还能同时具有卫星挪动通信的能力。 我国本人的卫星系统 我国已建成了、武汉、上海、西安、拉萨、乌鲁木齐等 GPS 坐,进行对 GPS 卫星的精度定轨,为高精度的 GPS 定位丈量供给不雅测数据和细密星历办事,努力于我国自从的广域差分 GPS (WADGPS)系统,并参取全球卫星系统(GNSS) 和 GPS 加强系统(WASS)的扶植。我国本人的卫星系统(双星定位系统)进展成功,目前已发射了四颗卫星,称为斗极系统。 GPS 卫星的焦点部件 GPS 卫星的焦点部件是高精度时钟、电文存储器、双频发射领受机以及微处置机。GPS 定位成功的环节正在于高不变的频次尺度。为此,每颗 GPS 工做卫星一般安设两台钕原子钟和两台铯原子钟,并打算采用更不变的氢原子钟(频次不变度优于 10)。 GPS 领受机 目前各品种型的 GPS 领受机体积越来越小,分量越来越轻,价钱越来越廉价。1 寸见方的体积,用于采集坐中授时授位是一种很好的选择。当然采集坐中还应有当地切确时钟系统,一般采用 10 精度晶体,并采用误差不跨越 1 微秒的卫星时钟同步校正。正在收不到 GPS 时也能够一般工做,并能够正在随后用 GPS 时钟测钟差进行校正,以采样率级的切确计时。采用 GPS 进行采集坐和炮点爆炸机或可控震源系统相互之间同步,切实可行,并且经济实惠。 GPS正在地球物理中起主要感化 将 GPS 的切确定位、高程数据伴同时间消息注入到所采集的地动数据头段中,便可引出数据收受接管、以致抽道集之类的预处置的新思,正在犯警则三维或四维勘察中将会起主要感化。 授时用的GPS领受机定位后, 会输出精度保障的秒脉冲PPS信号。秒脉冲宽度能够20ms为间隔正在20ms-980ms之间设置。授时精确至纳秒级,普遍用于天文台及无线电通信中时间同步。 挪动通信手艺使用广漠前景 若是说,对正在野外埠震数据采集系统使用挪动通信手艺暗示思疑或遍及还感觉遥远的话,那么正在数据处置核心之间租用中国电信卫星频段和从干光纤网传送大量地动数据曾经是现实了。新世纪到来之后全球化无线通信系统手艺的惊人成长,给野外埠震数据无线传输斥地了广漠前景。 挪动通信、无线网 正在手机、挪动通信、无线上彀这个庞大需求鞭策下,宽频 CDMA(W-CDMA)码分多址第三代(3G)流动通信手艺成长敏捷,并将有可能成为同一的手机制式。其制式和手艺包罗 HSCSD(High Speed Circuit Switched Data), GPRS(General Packet Radio Service), EDGE(Enhanced Data rates for Global Evolution), UMTS(Universal Mobile Telephone System)等,从而形成全球流动通信系统。 至于挪动通信系统(4G)则正在手艺规格制按时即是一种多功能的宽带挪动通信系统,可称为广带介入和分布收集,数据率可提高到 100Mb/s, 正在容量方面可正在 CDMA 根本上引入空分多址(SDMA),容量达到第三代的 5~10 倍,能够正在任何处所宽带接入互联网,包含卫星通信,可以或许供给消息通信之外的定位按时、数据采集、近程节制等分析功能,其手艺焦点为正交频分复用(OFDM)。我国正在 4 G 范畴也成长得很快。汉网宽带无线Mbps 的速度投入市场。目前无线局域网手艺可能会更易于实现采集坐、收受接管器和系统之间的数据传输。当然该当按照和传输考虑现场存储介质传送和无线传输共存方案。 分歧频段(400MHz~2.4GHz)的无线局域网产物机能价钱比不竭提高,针对无线网使用的 WI-FI/IEEE802.11b 物理层的手艺方案屡见不鲜。目前最高传输速度可达 22Mbps, 大大高于以往无线遥测地动仪的传输速度,有些厂家已将所有射频和基带功能集中到单一芯片中,大幅降低无线局域网开辟出产的成本。利用通用计较机及收集产物构成系统实现野外埠震数据采集的无线传输既能够简化开辟研制过程,又能够大大降低费用。 分歧频段(400MHz~2.4GHz)的无线局域网产物机能价钱比不竭提高,针对无线网使用的 WI-FI/IEEE802.11b 物理层的手艺方案屡见不鲜。目前最高传输速度可达 22Mbps, 大大高于以往无线遥测地动仪的传输速度,有些厂家已将所有射频和基带功能集中到单一芯片中,大幅降低无线局域网开辟出产的成本。利用通用计较机及收集产物构成系统实现野外埠震数据采集的无线传输既能够简化开辟研制过程,又能够大大降低费用。 Low Speed Short Range Carrier Data Voice Better Security ? High Speed Long Distance Easy Integration 合用于较固定 中利用感化范畴较大 差 异 性 FHSS之FSK调变 体例架构简单, 采用非线性功率 放大器构成 DSSS之DQPSK 调变体例是用 线性放大器构成,其感化范畴和抗噪声能力结果佳。 抗 噪 声 能 力 GFSK PSK,DBPSK,DQPSK 调 变 差 异 同步,同时接管两 端以特定型式的窄 频载波来传送讯号。 对于一个非特定的 领受器,FHSS所 发生的跳动讯号对 它而言,只能算是 脉冲噪声罢了。 将原信号 “1” 或 “0” 操纵10个以上的片代 表“1” 或 “0”,使得原 来较高功率,较窄频 率变成具有较宽频的 低功率。 展 频 特 性 FHSS DSSS ? 机能 ARIES SYSTEM IV-ac 428UL BOX IT 408DSU SYSTEM IV-dc 我们研发的方针 单坐道数 8 3(有存储功能) 3-6 4、8 4 1或3 18 4(大容量当地存储) 单线万 0.3--3万 1万 0.4—0.8万 可扩展 0.2--1万 存储式 2万 传输体例 MHz MHz 无线 无线MHz 供电体例 零丁 集中 集中 零丁 零丁 集中 集中 集中 最高采样率 0.125ms 0.25ms 0.25ms 0.25ms 0.25ms 0.25ms 0.25ms 0.25ms 动态范畴dB 110 120 130 120 95 85* 95* 120 检波器正在线测试 无 无 无 无 无 无 无 有 操做系统 Win NT Windows Windows Windows Windows UNIX Windows Windows 各类地动仪器机能目标对比表 配备研究核心 道采集设备 配备研究核心

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