基于FRFT的GOBS高精度水声时钟同步方法研究

作     者：刘宇鑫 张盛泉 郭永刚 游庆瑜 郝天珧 LIU Yu-xin;ZHANG Sheng-quan;GUO Yong-gang;YOU Qing-yu;HAO Tian-yao

作者机构：中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室北京100029 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 海底科学重点实验室自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 

出 版 物：《地球物理学进展》 (Progress in Geophysics)

年 卷 期：2020年第35卷第3期

页      面：1168-1174页

核心收录：

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 07[理学] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家重大仪器设备专项“海底地震采集站接驳装置研制与接驳技术研究”(2013YQ12035702)资助 

主　　题：线性调频信号 分数阶傅里叶变换 信号到时估计 时钟同步 

摘      要：组合式海底地震采集站GOBS(Group Ocean Bottom Seismometer)为一种自容式海底地震采集站组网设备,为实现长期留海作业,其采集站的电路时钟源通常采用低功耗石英晶振.现有设备水下无法进行精确对钟,长时间留海作业将产生时钟时间漂移累积而导致多道GOBS数据难以处理.针对这一问题,本文提出了一种水声时钟同步方法,其基本原理是利用分数阶傅里叶变换对线性调频信号的能量聚集性精确估计信号到达时刻,通过水声时标与GOBS间多次的周期性单向消息传递得到GOBS本地时间与水声时标标准时间的映射关系,实现GOBS的时钟同步.本方法考虑到水下资源受限的现实条件,在控制同步消息开销和计算开销的前提下,采取水声时标向GOBS的单向消息广播模式,减少GOBS功耗,延长了GOBS的可持续工作时间.同时实现了时钟同步的目标,将所有GOBS的本地时间同步到一个全局时间上去,避免了节点时钟漂移的累积,提高了时钟精度.通过数值仿真和水池测试验证表明,本方法具有计算复杂度低、时钟同步精度高、能耗小的特点,具有较好的实用价值.