本發(fā)明涉及海底節(jié)點儀器授時，具體涉及海底節(jié)點儀器授時方法。

背景技術(shù)：

1、海底節(jié)點儀器由于布設(shè)受水面環(huán)境影響小、采集數(shù)據(jù)質(zhì)量高、施工效率高等特點廣泛應(yīng)用于海上石油、天然氣及其它礦產(chǎn)勘探。節(jié)點儀器在野外施工過程中連續(xù)采集記錄數(shù)據(jù)，節(jié)點回收后，需要采用炮點的激發(fā)時刻對節(jié)點儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行切分，形成需要的炮點數(shù)據(jù)，因此節(jié)點儀器的位置信息和時鐘精度是一項十分關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，時間必須達(dá)到us級的精度，定位精度需要達(dá)到厘米級。

2、如申請?zhí)枮閏n116165605a，公告日為2023.5.26的一種海底地震節(jié)點定位方法，方法包括：確定主船與水下聲學(xué)應(yīng)答器之間的第一斜距和所述主船的位置，并根據(jù)第一斜距和所述主船的位置，確定水下聲學(xué)應(yīng)答器所在位置的第一預(yù)測軌跡；確定從船與水下聲學(xué)應(yīng)答器之間的第二斜距和從船的位置，并根據(jù)第二斜距和從船的位置，確定水下聲學(xué)應(yīng)答器所在位置的第二預(yù)測軌跡。

3、由于海底節(jié)點地震儀布設(shè)在海底，不能正常接收無線電信號，不能象陸地上那樣使用衛(wèi)星定位授時，因此目前幾乎所有的海底節(jié)點地震儀都采用高精度的原子鐘作為自己的時鐘，但這會給海底節(jié)點地震儀的大面積推廣應(yīng)用帶來一些問題：

4、(1)成本高：授時采用一片原子鐘的成本約四萬元，占據(jù)節(jié)點儀器的60％以上；定位采用專門的二次定位系統(tǒng)與定位船，增加施工成本。

5、(2)功耗大：影響節(jié)點儀器在水底連續(xù)工作時間，降低施工效率；

6、(3)儀器如果重啟就會丟失時間及位置信息，造成采集數(shù)據(jù)不可用。因此，亟需設(shè)計海底節(jié)點儀器授時方法來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供海底節(jié)點儀器授時方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、海底節(jié)點儀器授時方法，包括以下步驟：

4、s1：定位

5、(1)在海底設(shè)定海底節(jié)點node和三個(或以上)節(jié)點定位授時單元(ptu)，節(jié)點定位授時單元(ptu)包括水下通信單元和水面收發(fā)控制器；

6、(2)通過節(jié)點定位授時單元(ptu)的水下通信單元分別向海底節(jié)點node發(fā)出定位消息；

7、(3)三個節(jié)點定位授時單元(ptu)收到海底節(jié)點node回復(fù)的定位應(yīng)答，計算出各自從發(fā)出定位消息到收到應(yīng)答消息之間的雙程延遲時間，根據(jù)雙程延遲的時間計算海底節(jié)點node分別與三個節(jié)點定位授時單元(ptu)的三個水下通信單元之間的距離dn；

8、(4)三個節(jié)點定位授時單元(ptu)將距離dn通過高速無線通信通道發(fā)送給定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機ccu，定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機ccu綜合三個節(jié)點定位授時單元ptu測量的dn(n＝1，2，3，…)就可以計算出待定位海底節(jié)點node的位置；

9、s2、授時

10、各節(jié)點定位授時單元(ptu)的水面收發(fā)控制器從衛(wèi)星或定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機ccu獲得精確的時間信息，把準(zhǔn)確的時間信息以及測量的海底節(jié)點雙程延遲時間一起發(fā)送給海底節(jié)點(node)；

11、在這個過程中各節(jié)點定位授時單元(ptu)需要校正水面收發(fā)控制器與水下通信單元之間的授時延遲t0；

12、s3、系統(tǒng)校正

13、(1)校正水面收發(fā)控制器與水下通信單元之間的物理距離，既水面收發(fā)控制器與水下通信單元之間的距離ln；

14、(2)校正水面收發(fā)控制器與水下通信單元之間信號傳輸延遲(稱為系統(tǒng)延遲)ton；

15、(3)根據(jù)校正后的ln與ton，得出精確時刻t0，使得海底節(jié)點node可以得到無誤差的精準(zhǔn)授時信息。

16、進(jìn)一步地，所述s1中的步驟(3)中，雙程延遲時間的算法為：

17、將三個水下通信單元得到的雙程延遲時間分別為t1、t2和t3，則待定位海底節(jié)點node1與這三個水下通信單元的距離為

18、

19、其中v為信號在水中的傳播速度，n＝1，2，3；

20、三個節(jié)點定位授時單元ptu將計算得到的距離dn為通過高速無線通信通道發(fā)送到定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機ccu，定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機ccu綜合三個節(jié)點定位授時單元ptu測量的dn(n＝1，2，3，…)就可以計算出待定位海底節(jié)點node的位置；定位通常采用三點定位，以三個水下通信單元為中心，dn為半徑畫圓，三個圓交于一點，這個交點的位置就是待定位海底節(jié)點node的位置。

21、進(jìn)一步地，所述s2中，假設(shè)三個節(jié)點定位授時單元ptu都在t0時刻發(fā)出信號，則每個節(jié)點定位授時單元ptu發(fā)出的授時信號中攜帶有自己測量得到的海底節(jié)點node的雙程傳播延遲tn(n＝1，2，3，…)，那么海底節(jié)點node收到的三個節(jié)點定位授時單元ptu發(fā)送的授時信號時刻分別為tr1＝t0+t1/2，tr2＝t0+t2/2，tr3＝t0+t3/2，…，其中n＝1，2，3，…；海底節(jié)點node從收到的授時信號中解析出t1、t2和t3，就可以反推出精確的時刻t0＝tr1-t1/2＝tr2-t2/2＝tr3-t3/2，因t0來自于衛(wèi)星授時，其精度與原子鐘相當(dāng)，完全可以滿足海底節(jié)點授時精度。

22、進(jìn)一步地，所述s3的步驟(1)中，水面收發(fā)控制器與水下通信單元之間通過硬連桿或者鉸鏈連接，其中鉸鏈需要有配重塊拉直，確保ln準(zhǔn)確穩(wěn)定，ln的校正測量在設(shè)備布設(shè)時進(jìn)行，ln測量結(jié)果保存在定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機(ccu)作為系統(tǒng)參數(shù)，用于修正海底節(jié)點node定位。

23、進(jìn)一步地，所述s3的步驟(2)中，校正水面收發(fā)控制器到水下通信單元之間的延遲ton的具體方法為：每臺節(jié)點定位授時單元(ptu)的水面收發(fā)控制器給自身的水下通信單元發(fā)送延遲測試信號，水下通信單元收到延遲測試信號后給水面收發(fā)控制器返回應(yīng)答信號，水面收發(fā)控制單元測量從延遲測試信號發(fā)射到水下通信單元返回應(yīng)答的雙程延遲，這個雙程延遲的一半就是秒脈沖從水面收發(fā)控制器到水下通信單元之間的延遲ton(n＝1，2，3，…)。

24、進(jìn)一步地，所述s3的步驟(3)中，具體的校準(zhǔn)方法為：

25、因?qū)嶋H的節(jié)點定位授時單元ptu發(fā)出的授時信號除了攜帶有自己測量得到的海底節(jié)點node的雙程傳播延遲tn(n＝1，2，3，…)外，還攜帶有節(jié)點定位授時單元(ptu)從衛(wèi)星信號或定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機ccu中解算出精確的秒脈沖pps時刻t0開始，經(jīng)節(jié)點定位授時單元ptu水面收發(fā)控制器到水下通信單元之間的傳輸延遲t0n(n＝1，2，3，…)、再到水下通信單元到海底節(jié)點node之間的傳輸延遲tn/2(n＝1，2，3，…)，海底節(jié)點node實際收到的授時信號時刻為tr1＝t0+t01+t1/2，tr2＝t0+t02+t2/2，tr3＝t0+t03+t3/2，…，其中(n＝1，2，3，…)，海底節(jié)點node從收到的授時信號中解析出t01、t1、t02、t2以及t03、t3就可以反推出精確的時刻t0＝tr1-t01-t1/2＝tr2-t02-t2/2＝tr3-t03-t3/2，這樣海底節(jié)點就可以得到無誤差的精準(zhǔn)授時信息。

26、進(jìn)一步地，所述節(jié)點定位授時單元(ptu)和海底節(jié)點(node)各自都具有唯一的id號，id號在系統(tǒng)布設(shè)前寫入設(shè)備。

27、進(jìn)一步地，所述節(jié)點定位授時單元(ptu)與定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機(ccu)通過高速通用無線通信技術(shù)連接，且節(jié)點定位授時單元(ptu)與海底節(jié)點node之間通過專用水聲無線通信技術(shù)連接。

28、進(jìn)一步地，所述節(jié)點定位授時單元(ptu)的水面收發(fā)控制器和水下通信單元，二者之間通過長度可調(diào)節(jié)的硬連桿和軟電纜連接，其中硬連桿確保水面收發(fā)控制器及水下通信單元之間的物理距離確定，軟電纜實現(xiàn)水面收發(fā)控制器及水下通信單元之間的供電與通信。

29、進(jìn)一步地，所述節(jié)點定位授時單元(ptu)的水面收發(fā)控制器自帶定位授時裝置，可以接收衛(wèi)星信號(gps、北斗、gronass等)并輸出秒脈沖(pps：pulse?per?second)實現(xiàn)精確的定位和授時。

30、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的海底節(jié)點儀器授時方法，

31、1.通過采用在定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機(ccu)的控制下，海底節(jié)點node響應(yīng)節(jié)點定位授時單元(ptu)的定位命令，節(jié)點定位授時單元(ptu)收到海底節(jié)點node的定位響應(yīng)后計算出節(jié)點定位授時單元(ptu)與海底節(jié)點間的傳播延遲，各節(jié)點定位授時單元(ptu)向定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機(ccu)上報自身定位位置以及測量得到的海底節(jié)點node延遲，由定位授時狀態(tài)監(jiān)控主機(ccu)計算得到海底節(jié)點node位置；三個(或以上)節(jié)點定位授時單元(ptu)向海底節(jié)點node發(fā)送授時消息，海底節(jié)點node接收周圍三個(或以上)節(jié)點定位授時單元(ptu)發(fā)送的授時消息，計算得到精確的時間信息，校正自身的時鐘，從而獲得精確的授時，該授時方法無需使用原子鐘，也能得到精確的授時，從而解決了現(xiàn)有的使用高精度原子鐘作為自己時鐘的海底節(jié)點地震儀在大面積推廣時帶來的成本高、功耗大、以及儀器重啟就會丟失時間及位置信息造成采集數(shù)據(jù)不可用的問題。