一种爆炸效应无线分布式同步测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种爆炸效应无线分布式同步测试方法，基于无线起爆器、存储测试设备和测控中心设备，在存储测试设备中设置用于接收卫星导航系统提供的高精度时钟同步信号的卫星接收机和无线通信模块构成无线存储测试设备，通过卫星授时的方式使无线起爆器时钟与存储测试设备同步，所有设备的时钟在卫星定位系统的支持下完成精确同步；测控软件通过无线网络向无线起爆器和无线存储测试设备发送定时触发命令，之后无线存储测试设备在触发时刻前进入预采样状态，无线起爆器在触发时刻发出控制脉冲引爆电雷管，无线存储测试设备在记录预设长度数据后无线回传测试数据。本发明非常适合于采用无线方式进行分布式测试的爆炸效应瞬态过程测试。
【专利说明】一种爆炸效应无线分布式同步测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于爆炸测试【技术领域】，特别是涉及爆炸效应无线测试系统的同步技术。
【背景技术】
[0002]爆炸效应测试是各国武器弹药研制、工程防护研宄、战场火力布置等研宄中的重要基础，目前基于电学测试方法的爆炸效应试验多采用长线电测法。该方法存在信号电缆数目多，现场布设不方便，冲击波作用于信号传输电缆会因“电缆效应”产生虚假信号引起干扰和强噪声等诸多问题，数据采集和传输不方便，自动化程度很低。目前随着无线通信技术的发展不少研宄机构将无线传感技术应用于爆炸效应测试中，利用无线测试设备可以灵活布置构成分布式测试系统，在分布式测试系统中信号达到各个分布式测量节点的时刻往往不同，该时间差可用于分析信号的传播特性和场分布特性，非常适合对爆炸等瞬态过程进行全面分析。然而在爆炸效应已有的无线测试设备中，多个分布式测试节点采用各自独立的工作时钟和触发信号，无法获得信号到达各个分布式测试节点的准确时间信息。爆炸效应无线分布式测试系统的高精度同步方案是该测试系统走向实用化的关键点。
[0003]利用同步时钟线缆连接各个存储测试设备可获得较高的时钟同步精度，但是该方法使用有线线缆存在灵活性差、线路复杂、工作量大等问题；利用无线网络时钟同步系统获得同步精度较低，不适用于爆炸效应的瞬态测试过程；一般而言，爆炸效应测试的存储测试设备最高采样率可达10MSPS，爆炸过程有效时间不超过100ms，要求不同测试设备的同步精度应为纳秒级别，另外，爆炸效应测试的同步不但要求各设备时钟高精度同步，还要求各设备能够同步触发。现有的爆炸效应无线分布式测试系统存在需有线线缆同步、同步精度不高、同步手段安全性差、时钟同步和同步触发未同时解决等实际问题，因此有必要发明一种爆炸效应无线分布式同步测试系统，以促进无线测试技术在爆炸效应量测中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种爆炸效应无线分布式同步测试方法，其是根据爆炸效应测试特点设计，既能保证分布式测试设备的时钟高精度同步，又能保证爆炸瞬间分布式测试设备的同步触发，能够满足爆炸效应无线量测系统的同步需求。
[0005]本发明是采取如下的技术方案实现的:所述爆炸效应无线分布式同步测试方法，基于无线起爆器、存储测试设备和测控中心设备，在存储测试设备(或高速数据采集设备)中设置用于接收卫星导航系统提供的高精度时钟同步信号的卫星接收机和无线通信模块构成无线存储测试设备，通过卫星授时的方式使无线起爆器时钟与存储测试设备同步，卫星接收机收到的导航信号利用FPGA处理器的倍频锁相环和同步算法完成起爆器和存储测试设备的高精度同步；在正式爆炸前，无线起爆器和无线存储测试设备通过无线网络获知测控中心下达的精确起爆时刻，同时该无线分布式测试系统中所有设备的时钟在卫星卫星定位系统的支持下完成精确同步。测控软件通过无线网络向无线起爆器和无线存储测试设备发送定时触发命令，各设备收到该命令后反馈确认信息，之后无线存储测试设备在触发时刻前进入预采样状态，无线起爆器在触发时刻发出控制脉冲引爆电雷管，无线存储测试设备在记录预设长度数据后无线回传测试数据。
[0006]在爆炸测试试验中，使用该同步测试系统中要求测试区域能够接收卫星卫星的导航信息，并且爆炸开始时刻可以提前(稍大于无线网络延迟即可，小于I秒)通过无线方式发送到各个分布式设备。目前我国卫星导航系统发展迅速，室外的爆炸效应试验均可搜索到卫星卫星，对于坑道工程内部的爆炸测试，可以通过增加卫星导航伪卫星的方式来实现同步授时。同时多数爆炸效应试验均可提前预知起爆时间，对于少数无法预知时间通过特殊条件触发的爆炸试验，通过触发检测、触发源改造、测试数据时钟对齐等方法后可获得分布式存储测试设备的同步测试数据。因此，本发明在实际爆炸效应测试过程中的适用性很强。基于上述过程，该测试系统完全避免了有线线缆的连接，测试准备工作量和测试过程故障概率降低，分布式节点位置布设灵活，采用卫星导航系统避免了 GPS系统受制于人的安全隐患，同步精度高，同时解决了时钟同步和同步触发问题，适合在爆炸效应无线分布式测试系统中使用。
[0007]本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有爆炸效应分布式测试系统中有线线路复杂、测量节点布置灵活性差、同步精度低、存在安全隐患、以及适用范围窄等问题，非常适合于采用无线方式进行分布式测试的爆炸效应瞬态过程测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为一种爆炸效应无线分布式同步测试系统示意图。
【具体实施方式】
[0009]结合附图，说明本发明的具体实施例。
[0010]如图1所示，所述的爆炸效应无线分布式同步测试系统包括无线起爆器、无线存储测试设备和测控中心，在传统爆炸效应测试系统中使用本
【发明内容】
可通过以下途径:
(I)在传统存储测试设备(如东华测试公司的DH5960等高速数据采集设备等)中加入卫星接收机和无线通信模块，卫星接收机可为北斗接收机和GPS接收机，本实施例采用北斗接收机。此时形成的无线存储测试设备既可接收我国北斗导航系统提供的高精度时钟同步信号，又可与测控中心进行无线命令数据交互。该无线存储测试设备利用采集存储模块完成传统的信号调理采集工作，正式采集信号之前通过无线通信模块获取测控中心的定时触发命令，工作在预采样模式，同时FPGA处理器实时对守时时钟、本地高稳晶振输出时钟和北斗接收机的IPPS信号进行解算，在满足触发时刻时由FPGA处理器发出触发信号，此触发信号控制有效采样过程。该工作过程中关键电信号走向为:定时触发命令一一多源时钟输入FPGA——FPGA解析各个时钟——有效触发脉冲输出。(2)在测试系统中加入基于北斗接收机的无线起爆器，其时钟与存储测试设备同步。该无线起爆器的时钟部分处理方式与上文所述相同，与无线存储测试设备不同之处是在预设定时触发时刻该无线起爆器启动起爆信号，起爆信号控制高压放电电路的闭合，引起雷管起爆。该工作过程中关键电信号走向为:定时触发命令——多源时钟输入FPGA——FPGA解析各个时钟——起爆脉冲输出。(3)上述两种设备均利用卫星接收机收到的导航信号和本地的时钟信号在FPGA处理器的的倍频锁相环和同步算法作用下完成起爆器和存储测试设备的高精度同步。最终测试系统的同步测试实现过程为:测控软件通过无线网络向无线起爆器和无线存储测试设备发送定时触发命令，各设备收到该命令后反馈确认信息，之后无线存储测试设备在触发时刻前进入预采样状态，无线起爆器在触发时刻发出控制脉冲引爆电雷管，无线存储测试设备在记录预设长度数据后无线回传测试数据。
[0011]所述的在爆炸效应测试使用的传统存储测试设备中加入北斗接收机和无线通信模块，既可接收我国北斗导航系统提供的高精度时钟同步信号，又可与测控中心进行无线命令数据交互。在爆炸效应测试中，存储测试设备已经成为主要的电测设备，完成测试信号的调理、采集、存储及数据回传，传统的存储测试设备采用有线连接，存在着诸多问题，加入无线通信模块后测试数据和命令交互均可通过无线方式进行，避免了有线线缆，可组成方便快捷的分布式测试系统。但是不同测点之间并没有统一的时间基准，无法同时采样并获取各个测点的时间信息，不利于全面分析爆炸过程。加入了北斗接收机后，可以接收北斗卫星的授时信号，通过对授时信号的分析处理完成不同测点位置的存储测试设备的时钟同步。其中北斗的授时信号在整秒时来校准同步存储测试设备的本地时钟，北斗接收机提供的IPPS信号和本地高稳温补晶振构成的守时时钟锁相输出产生的同步时钟来控制采样过程。通过该步骤，爆炸效应无线分布式测试系统中的存储测试设备具有高精度同步的本地时间。
[0012]所述的在测试系统中加入基于北斗接收机的无线起爆器，其时钟与存储测试设备同步保证了存储测试设备均可获得精确的起爆时刻。由于爆炸为一个瞬时高频响过程，进行爆炸测试采样速率很高而存储测试设备高速存储有限，一般而言单次爆炸的有效测试时间不会超过I秒钟，即使各个存储测试设备具备统一的时间基准，何时进行信号的采集存储必须依靠有效触发。在无线分布式测试系统中，依靠有线触发违背了无线测试系统设计的便捷性原则，在加入能够控制爆炸时刻的无线起爆器后相当于加入对爆炸过程的主动控制设备，无线起爆器的本地时钟与其他测试设备通过北斗卫星导航系统完全同步，进而使爆炸起爆时刻成为所有设备共同的同步触发源。对该起爆器的要求是在FPGA处理器给出起爆控制脉冲时能够尽可能快的引爆电雷管Us量级)，同时各个存储测试设备均存在一定长度的预触发数据，保证了爆炸过程同步有效采集存储。通过该步骤，达到了爆炸过程同步测试、同步触发的目的。
[0013]所述的北斗接收机收到的信号利用FPGA处理器的倍频锁相环和通过硬件描述语言实现的同步算法完成时钟同步。其中北斗接收机使用集成化模块ATGM331C，该模块的授时同步精度为20ns，FPGA处理器利用倍频后的300MHz主时钟直接处理授时信号1PPS，三个时钟周期即可完成IPPS信号的上升沿检测和伪脉冲剔除。利用同源信号对本系统测试，提出的同步方案的时钟同步精度小于100ns，可满足爆炸效应分布式测试系统的需求。
[0014]使用基于北斗卫星导航系统进行爆炸过程的同步时钟、同步触发，很好的解决了分布式无线测试系统中的同步难题，实现了整个爆炸效应测试系统的高精度无线同步，可完全替代之前在分布式测试系统中采用的有线同步方法。
[0015]具体工作过程如下:利用我国已成熟的北斗卫星定位系统，使用北斗接收机可以有效接收卫星导航信号(其中包含精确的授时信号)，通过与卫星接收机连接的FPGA处理器进行导航信息的解析，使用倍频锁相环和同步算法来实现利用卫星导航信息的精确时钟同步。在爆炸效应无线分布式测试系统中使用的存储测试设备中加入北斗接收机和无线通信模块，同时将基于北斗接收机的无线起爆器纳入测试系统，此时，用于信号采集存储的无线存储测试设备和用于起爆控制的无线起爆器均使用共同的时间基准。在进行爆炸效应试验前，测控软件通过无线网络向无线起爆器和无线存储测试设备发送定时触发命令(也可是根据特殊条件触发的起爆时刻信息)，各设备收到该命令后反馈确认信息，之后无线存储测试设备在触发时刻前进入预采样状态，无线起爆器在触发时刻发出控制脉冲后小于5us的时间内引爆电雷管，无线存储测试设备在记录预设长度数据后无线回传测试数据至测控软件，分布式的无线存储测试设备的测试数据中封装设备身份号和精确时间戳信息，经过测控软件的简单处理即可还原各个测点的含有时间信息的测试数据。
[0016]具体实施时，本发明的爆炸效应无线分布式测试系统的同步方案，在测试系统硬件设备进行上述步骤提及的硬件设计及实现后，设备类型和指标会有多种形式，但是同步思想及实现如本专利所述。
【权利要求】
1.一种爆炸效应无线分布式测试同步方法，基于无线起爆器、存储测试设备和测控中心设备，其特征是:在存储测试设备中设置用于接收卫星导航系统提供的高精度时钟同步信号的卫星接收机和无线通信模块构成无线存储测试设备，通过卫星卫星授时的方式使无线起爆器时钟与存储测试设备同步，卫星接收机收到的导航信号利用FPGA处理器的倍频锁相环和同步算法完成起爆器和存储测试设备的高精度同步；在正式爆炸前，无线起爆器和无线存储测试设备通过无线网络获知测控中心下达的精确起爆时刻，同时该无线分布式测试系统中所有设备的时钟在卫星卫星定位系统的支持下完成精确同步；测控软件通过无线网络向无线起爆器和无线存储测试设备发送定时触发命令，各设备收到该命令后反馈确认信息，之后无线存储测试设备在触发时刻前进入预采样状态，无线起爆器在触发时刻发出控制脉冲引爆电雷管，无线存储测试设备在记录预设长度数据后无线回传测试数据。
【文档编号】H04L7/033GK104502548SQ201510015891
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月13日 优先权日:2015年1月13日
【发明者】陈晋央, 余尚江, 郭士旭, 王武, 杨吉祥, 周会娟, 陈显, 贾超 申请人:中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所