Ground Recorder System (GRS) von Crystal Instruments

Technische Merkmale und Funktionen

Robustes und wettergeschütztes Gehäuse

Das Ground Recorder System ist in einem robusten, wettergeschützten Gehäuse mit den Abmessungen 54,5 cm $\times$× 35 cm $\times$× 21 cm untergebracht. Das Gehäuse schützt das Messsystem und das Zubehör bei anspruchsvollen Außeneinsätzen. Laut Hersteller ist es gegen Schmutz, Staub, Insekten, Vögel, Reptilien, starken Regen und Wasserimmersion geschützt. Die Anschlüsse sind mit IP67 angegeben. Ein transparentes Sichtfenster ermöglicht die Kontrolle des LCD-Statuspanels und der LED-Anzeigen, ohne das Gehäuse zu öffnen.

Vierkanalige Datenerfassung mit hoher Dynamik

Das GRS verfügt über vier Analogeingänge. Jeder Eingang verwendet zwei 24-Bit-Sigma-Delta-AD-Wandler und eine Dual-Range-Technologie mit automatischer Bereichswahl. Dadurch können kleine Signale präzise erfasst und größere Signalspitzen innerhalb des Messbereichs aufgezeichnet werden. Der Hersteller gibt eine maximale Dynamik von 155 dBFS, eine typische Dynamik von 150 dBFS und eine minimale Dynamik von 140 dBFS im Dual-ADC-Modus an.

Die Eingänge unterstützen AC-, DC- und IEPE-Kopplung. Eine IEPE-Versorgung mit 28 V und 10 mA sowie TEDS-Unterstützung nach IEEE 1451.4 sind vorhanden. Die Abtastrate kann zwischen 0,48 Hz und 102,4 kHz in 54 Stufen eingestellt werden.

GNSS-Synchronisation und Zeitstempel

Das integrierte GNSS-Modul unterstützt GPS, GLONASS, BeiDou und Galileo. Die Positionsgenauigkeit wird mit besser als 2,5 m angegeben. Die Messdaten können auf Hardwareebene mit UTC-Zeitstempeln versehen werden. Die Zeitgenauigkeit beträgt 100 ns, wobei 99 Prozent der Zeitstempel eine Genauigkeit von besser als 60 ns erreichen.

Mehrere GRS-Systeme können dadurch an räumlich getrennten Messorten gleichzeitig Daten erfassen. Die Zeitstempel werden zusammen mit den Messdaten gespeichert und können in der Nachbearbeitung zur zeitlichen Zuordnung und für Cross-Spektral-Analysen verwendet werden.

ADS-B-Flugzeugerkennung

Das GRS kann mit einem integrierten Aerobits TT-MC1b ADS-B-Empfänger ausgestattet werden. Damit lassen sich ADS-B-Nachrichten von Flugzeugen empfangen und für die Systemsteuerung verwenden. Der Hersteller nennt eine Reichweite von bis zu 250 nautischen Meilen ohne Verstärker, abhängig von den Einsatzbedingungen.

Flugzeugdaten wie Position, Höhe, Geschwindigkeit und Flugrichtung können als Quelle für konfigurierbare Ereignisse dienen. Dadurch kann eine Aufzeichnung beispielsweise gestartet werden, wenn ein Flugzeug bestimmte Bedingungen erfüllt. Die ADS-B-Funktion kann bei Nichtbedarf abgeschaltet werden, um Energie zu sparen.

Autonome Ereignissteuerung und Master Schedule

Das GRS unterstützt eine konfigurierbare Ereignis- und Aktionslogik. Ereignisse können aus Analogeingängen, ADS-B-Nachrichten, digitalen Eingängen, Zeitplänen, Hardwaremodulen oder Fernsteuerbefehlen abgeleitet werden. Als Reaktion können unter anderem Aufzeichnungen gestartet oder beendet, Trigger aktiviert, Analysen ausgeführt, Selbsttests eingeleitet und Energiesparmodi ausgewählt werden.

Der Master Schedule ermöglicht die zeitgesteuerte Ausführung und Wiederholung definierter Aufgaben. Dazu gehören Selbsttests, In-situ-Kalibrierungen, gespeicherte Signalanalysen, Aufzeichnungen, Datenübertragungen sowie Änderungen des Betriebsmodus.

Vortriggeraufzeichnung mit zirkulärem Puffer

Ein zirkulärer Speicherpuffer hält kontinuierlich Messdaten vor. Bei einem Triggerereignis werden die zuvor gespeicherten Daten der Aufzeichnung vorangestellt. Die aktuelle Herstellerbroschüre nennt eine Vortriggerpufferung von bis zu 300 Sekunden. Dadurch können auch Signalverläufe vor dem eigentlichen Triggerzeitpunkt ausgewertet werden.

Die Aufzeichnung kann manuell, per Fernzugriff, zeitgesteuert, über digitale Eingänge, anhand definierter Messsignalbedingungen oder durch ADS-B-Ereignisse ausgelöst werden.

Integrierte Signalverarbeitung

Der integrierte ARM/DSP-Prozessor kann Messdaten bereits im System verarbeiten. Genannt werden digitale Filter, FFT, Kreuzspektrum, Oktavanalysen, akustische Analysen und Berechnungen des Shock Response Spectrum. Dadurch können auch verarbeitete Ergebnisse aus der Ferne abgerufen werden, ohne grundsätzlich die vollständigen Rohdaten übertragen zu müssen.

LTE- und Satellitenkommunikation

Für die Fernüberwachung und Fernsteuerung verfügt das GRS über integrierte LTE- und Inmarsat-Kommunikation. Bei vorhandener Mobilfunkversorgung wird die LTE-Verbindung bevorzugt verwendet. Die Satellitenkommunikation kann automatisch deaktiviert werden, wenn eine Mobilfunkverbindung zur Verfügung steht.

Über die Kommunikationsverbindungen können autorisierte Benutzer Messparameter konfigurieren, Live-Signale ansehen, Aufzeichnungen starten und stoppen, Systemstatus und Zustandsinformationen abrufen, Aufzeichnungen verwalten sowie Daten und Analyseergebnisse übertragen.

Energieversorgung und autonome Betriebsmodi

Das System wird mit zwei herausnehmbaren Lithium-Ionen-Akkus mit jeweils 94 Wh betrieben. Die Gesamtkapazität beträgt 188 Wh. Im vollständigen Betriebsmodus wird eine Betriebsdauer von bis zu 12 Stunden angegeben. Zusätzlich unterstützt das GRS das Laden über eine externe 15-V-Versorgung und über ein Solarpanel.

Für längere unbeaufsichtigte Einsätze stehen Standby- und Hibernate-Modi zur Verfügung. Der Hibernate-Modus benötigt laut Hersteller maximal 55 mW und unterstützt zeitgesteuertes Aufwachen. Die Rückkehr in den vollständigen Betriebsmodus wird mit ungefähr 90 Sekunden angegeben.

Echtzeituhr und Wiederanlauf nach Unterbrechungen

Eine batteriegepufferte Echtzeituhr unterstützt zeitgesteuerte Aufgaben und das Aufwachen aus dem Hibernate-Modus. Die Backup-Batterie der Echtzeituhr ist unabhängig von den Hauptakkus und wird mit einer Lebensdauer von zehn Jahren angegeben.

Watchdog-Funktionen, Selbsttests, Ereignisprotokollierung und automatische Wiederanlaufmechanismen unterstützen den autonomen Betrieb. Nach einer unerwarteten Abschaltung kann das System bei ausreichender Stromversorgung automatisch wieder gestartet werden.

Speicher und Datenverschlüsselung

Die Messdaten werden auf einer herausnehmbaren SD-Karte gespeichert. Der externe SD-Kartensteckplatz unterstützt Speicherkarten von 64 GB bis 2 TB. Bei kontinuierlicher Aufzeichnung mit 51,2 kHz auf vier Kanälen nennt die Herstellerbroschüre für eine 2-TB-Karte eine Aufzeichnungsdauer von bis zu etwa 725 Stunden.

Die Daten auf der externen SD-Karte können mit einer benutzerdefinierten Passphrase verschlüsselt werden. Als Grundlage wird der Standard FIPS PUB 140-2 genannt. Zusätzlich ist ein interner, nicht herausnehmbarer microSD-Speicher vorhanden.

Digitale Ein- und Ausgangsfunktionen

Im Gehäuse stehen sechs interne digitale Eingänge zur Verfügung. Zusätzlich sind zwei externe digitale Eingänge vorhanden, wobei jeweils ein Eingang zwischen interner und externer Schnittstelle gemeinsam genutzt wird. Die Eingänge können unter anderem zum Starten und Stoppen von Aufzeichnungen oder zum Auslösen gespeicherter Analyse- und Systemfunktionen verwendet werden.

Ein analoger Ausgangskanal mit 24-Bit-DAC unterstützt Signale von DC bis 45 kHz. Als Ausgangssignaltypen werden DC, Sinus, weißes Rauschen, rosa Rauschen und benutzerdefinierte Wellenformen angegeben.

Typische Einsatzbereiche im Überblick

• Langreichweitige akustische Quellortung
• Verteilte Bodenerschütterungs- und Vibrationsmessungen ohne lange Messkabel
• Akustische und schwingungstechnische Überwachung unter Wasser und in Offshore-Umgebungen
• Seismische Messungen sowie Vibrationsüberwachung an Brücken und Gebäuden über große Entfernungen
• Flughafen- und Umgebungslärmmessungen mit Flugzeugidentifikation
• Messung von Sonic Boom und Sonic Thump für die Forschung an lärmärmeren Überschallflügen