分布式网络化测试系统中的同步触发技术研究

摘要

对于物质运动规律和变化过程的研究，要依靠先进的测试手段进行测量、记录，并进行后续的分析和处理，这些过程都需要精密的时间同步。 利用水中分布式浮标基站对瞬态量进行网络化的存储测试，可以增加测量维数，扩大测试系统的时空覆盖区域，提高对目标的分辨率，具有很高的安全性和可靠性。但该系统必须将分散在目标附近的各基站装备的各种不同传感器所测得的结果进行统一的分析和处理，对时间同步的一致性和精确性提出了很高的要求。而市场上可购买到的时统设备却因为成本、体积等因素无法在该测试系统中使用，故必需对分布式存储测试中的时统技术进行相应的研究。而对于存储测试系统，只需在特定环境条件下完成被测参数的实时采集和存储记忆，并能够可靠回收被测信息，不必要求系统中各基站之间实现实时同步，只需要对关键事件的发生时刻进行标定和记录。 按此思路，在研究瞬态量测试系统的时间同步要求的基础之上，利用目前远距离无线时间同步的最佳方法--GPS卫星系统来为整个测试系统提供标准的时间信号，并提出了两种时间同步方案，分别是由测控主站提取GPS时间信息后以广播方式向各基站发送授时命令的相对时同步方案和由各浮标基站直接接收GPS时间信息的绝对时同步方案，测试系统可以根据实际使用环境选择其中一种同步方案。在此基础上，采用了一块电路，一套程序，两种模式的思想设计出一种嵌入式的多通道事件触发信号记录模块，与外部授时装置共同构成了一个同步触发系统，可精确测量定时脉冲信号的上升沿到事件脉冲信号的上升沿之间的时差并进行标记存储，外部设备可以通过sPI接口或者RS-485接口向该模块发送操作命令，进行读数和清零等操作。该系统可以安装在测试基站上，能在无人值守的环境下独立工作，并针对振动、冲击等恶劣测试条件进行了冗余设计，以期解决分布式存储测试系统中各基站之间、基站和主站之间的时间同步问题。 实测结果表明，完成设计后的同步触发系统不仅具有很高的时间同步记录精度和可靠性，还具备体积小、功耗低、重量轻、使用灵活、价格低廉、即插即用等优点，完全能满足存储测试系统的使用要求，具有较好的实用推广价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景、目的和意义

1.2国内外现状

1.3论文的主要研究内容

1.4本文的章节安排

第二章分布式网络化测试系统中同步触发系统的设计分析

2.1炸药的水中爆炸过程

2.2水中爆炸分布式测试技术

2.3瞬态信号测试中的时间同步要求

2.3.1水声定位系统的时间同步要求

2.3.2分布式数据采集系统的时间同步要求

2.3.3工作环境的特殊要求

2.4同步触发系统的主要技术指标

第三章时间统一系统的关键技术及指标

3.1时间标准

3.1.1常用时间标准

3.1.2试验时、绝对时和相对时

3.1.3时间同步及误差

3.2频率标准

3.2.1频率标准的主要技术指标

3.2.2常用频率标准及其选用

3.2.3晶体振荡器引起的时间误差模型

3.3标准时频信号的发布

3.3.1短波授时

3.3.2长波授时

3.3.3卫星授时

第四章时间同步总体方案设计

4.1同步触发方案

4.1.1基于微波通信的相对时同步方案

4.1.2基于GPS系统的绝对时同步方案

4.2 GPS授时技术

4.2.1 GPS星定位系统简介

4.2.2 GPS授时原理

4.2.3 GPS信号的可用性分析

4.2.4定时型GPS接收机的选择和测试

4.3基于微波通信的授时技术

4.3.1利用微波通信进行授时的可行性分析

4.3.2微波通信的可靠性分析

4.3.3无线收发模块的选择

4.3.3测控主站的授时命令的设计

第五章事件触发信号记录器设计

5.1系统的总体设计

5.2单元电路设计

5.2.1微处理器

5.2.2事件捕获记录器

5.2.3非易失存储器

5.2.4晶体振荡器

5.2.5其他外围电路

5.3 CPLD逻辑电路设计

5.4专用SPI通信协议

5.4.1主控模块发送数据

5.4.2主控模块接收数据

5.5处理器工作程序设计

5.5.1总体设计

5.5.2 FLASH写数子程序设计

5.5.3接口工作子程序设计

5.6基于GPS的校频技术

5.7系统的可靠性设计

5.7.1外部系统的可靠性设计

5.7.2模块硬件的可靠性设计

5.7.3模块软件的可靠性设计

第六章试验室测试及分析

6.1同步触发模块功能测试

6.2两种工作模式下的时间信号记录误差的测试

6.3基于SPI总线的浮标基站的数据传输速率的测试

结束语

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢