[发明专利]一种利用爆炸驱动电磁辐射高精度时钟同步的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用爆炸驱动电磁辐射高精度时钟同步的装置及方法。本发明采用化学爆炸或核爆炸产生瞬态的电磁脉冲，由接收天线接收转化为高频振荡电流，依次经滤波电路、运算放大器至门控开关的门极；电磁脉冲转换的直流信号大于门控开关的开启电流，门控开关导通，单片机的输入引脚输入一个高电平信号，该电平信号即为最终的时钟同步信号，从而每一个传感器节点的单片机内的时钟计数器实现同步；使得接收天线获具有抗干扰能力强、对电磁脉冲的纳秒级前沿响应快和宽频带的测量范围，并且通过调整接收天线的几何尺寸和分压电容的容值能够调节天线的灵敏度，从而调节接收天线的量程适应不同的爆炸场，而且测量任意极化方向的电磁脉冲。

技术领域

本发明涉及弹药及毁伤评估技术，具体涉及一种利用爆炸驱动电磁辐射提高精度的时钟同步装置及其同步方法。

背景技术

组网定位技术：在无线传感器网络中，节点传感器自身位置的获取是后续应用的基础。传感器节点必须明确自身位置才能详细说明该位置发生的事件，从而实现对外部目标的定位和跟踪；了解传感器节点的位置分布状况可以对提高网络的路由效率，从而实现网络的负载均衡以及网络拓扑的自动配置。常用的基于测距的定位技术主要有到达时间法(TOA)和到达时间差法(TDOA)，二者的定位精度主要依赖于各传感器之间的时钟同步精度。

常用的时钟同步技术主要是软件同步。无线传感器网络节点之间互相发送时钟同步消息帧，一条消息在无线传感器网络节点间的传递过程可分解为如下六个部分：

(1)发送时间(Send time)：发送节点构造一条消息所需要的时间，包括内核协议处理和缓冲时间等，它取决于系统调用开销和处理器当前负载。

(2)延迟时间(Access time)：消息等待传输信道空闲所需时间，即从等待信道空闲到消息发送所需时间，即从等待信道空闲到消息发送开始时的延迟，它取决于网络当前负载状况。

(3)发射时间(Transmission time)：发送节点按位(bit)发射消息所需时间，该事件取决于消息长度和发射速率。

(4)传输时间(Propagation time)：消息在两个节点之间传输介质中的传输时间，该时间主要取决于节点间的距离(电磁波在空气中的传播速率是一定的)。

(5)接收时间(Reception time)：接受节点按位(bit)接收消息并传递给MAC层的时间，这个过程和(3)相对应。

(6)上层传输时间(Receive time)：接收节点重新组装消息并传递给上层应用所需的时间。

整个传递过程的时间延迟因硬件差异和节点位置等原因导致无法估计和控制，且时间同步过程将大大消耗WSN的有限电量。

发明内容

为了解决应用于爆炸区域毁伤评估的无线传感器网络节点的相对同步精度问题，本发明提出了一种利用爆炸驱动电磁辐射提高精度的时钟同步装置及其同步方法。

本发明的一个目的在于提出一种利用爆炸驱动电磁辐射提高精度的时钟同步装置，对位于爆炸区域内的每一个传感器节点的单片机内的时钟计数器进行同步。

普通的化学爆炸和核爆炸能产生电磁脉冲，这一现象在上世纪50年代就已发现，测量表明，不同类型的化学爆炸产生的电磁脉冲频谱非常宽，从赫兹量级至吉赫兹量级，同时，电磁辐射的幅度变化范围也很大，从10^-4V/m到10²V/m不等。利用爆炸区域产生的独特的电磁效应，通过对电磁脉冲传感，将电磁能量转换为电能，利用此电信号作为时钟计数器的同步信号，能够因地制宜的解决毁伤评估中无线传感器网络节点的时钟同步精度问题，进而影响到组网定位精度的技术难题。