系统工作过程：在管线的相邻四个站点上各安装一只声压传感器，探头伸入到管道内部与管内流体相接触，当管路中部某处遭受破坏或发生泄漏时，破坏点的特征声波分别沿管线向两端传播至声压传感器，声波信号经预处理后，提取能表征此声波信号的特征参数；当特征参数与模式训练得到的模式特征相匹配时，立即启动同步时钟中断程序并记下特征声波到达的时刻，以便与特征声波信号到达另外站点的时刻比较，为破坏点位置计算做好准备；特征声波在流体中的传播速度和各站点的时钟同步精度决定着破坏点的定位精度，利用全球卫星定位系统(GPS)卫星的标准UTC时间，可提供TTL电平秒脉冲，通过时钟细分处理可以获得更加精确的秒内时间信息；贴有时间标签的特征声波信号经编码以后，以GPRS无线数据设备为数据终端单元(DTU)，以移动分组数据业务GPRS网络为数据传输通道，并在此信道上提供TCP/IP连接，将测点的数据传送到数据服务中心。

2.2 定位原理
当声压传感器接收到特征声波信号后，依据此特征信号传播至上下监测站点的时间差和管内声波的传播速度可计算出破坏点的位置。传播介质的压力分布和密度分布以及介质的物理形态等因素都将影响声波的传播速度。另外，还要考虑流体本身的流动速度的影响，因为特征声波向上游传播逆着流体的流动方向，而向下游则是顺着流体的流动方向，因此采用图2所示的定位原理，具有很快的响应速度和较高的定位精度。

图2  定位原理示意图

其中 ：

D  — 管线中两监测站点1、2之间的距离，m；

s  — 破坏点距上游站点1的距离，m；

△s — 监测站点1与3、2与4之间的已知距离，m；

t0    — 声波信号产生时刻，s；

t1，t2， t3，t4— 声波信号传播至站点1、2、3、4的时刻，s；

△t13,△t24 ,△t12,△t01,△t02—分别为两站点1与3，2与4，1与2，站点1，站点2接收到声波信号的时间差，s；

声波沿管线向上、下游的传播速度分别为：

v上=△s/△t13    v下=△s/△t24                    （1）

根据已知条件列出定位方程：   

s = v上·△t01    D－ s = v下·△t02      △t12=△t01 － △t02                  （2）

将式(1)代入式 (2)整理得定位公式：

s = (D·△t24+△s·△t12) / (△t13+△t24)              （3）

由式(3)知，只要管线中上、下游各监测站点准确接收到贴有时间标签的特征声波信号，即可精确确定破坏点位置。

3 基于GPS基准时钟同步与细分
3.1现场处理单元
现场处理单元是采集、处理和传输现场数据的远程终端单元(RTU)，包括核心处理单元、声压传感器、声音识别单元、GPS接收装置以及GPRS数据无线通讯装置等。图3为现场处理单元的各部分硬件连接关系。

图3  RTU系统硬件组成结构框图

现场处理单元利用C8051F020单片机控制实现，不用另行扩展串口、ROM以及RAM。MCU有两个硬件串口，这两个串口的波特率产生是独立的，而且不占用定时器，使用起来相当灵活，分别对GPS授时模块和GPRS DTU通信。GPS模块把时间信息以固定的格式从串口发出，MCU接收GPS模块送来的数据，解析出其中有用的时间数据进行封装，然后以规定的格式通过第2个串口交给GPRS DTU，利用GPRS网络将数据送上Internet网。

3.2 GPS基准时钟同步
破坏点定位需要已知特征声波信号传播至上下游各站点的时刻，显然，如果想得到准确的时间差 ，必须保证用于分析的数据其起始时间保持一致。否则，即使能够准确捕捉到声波的到达时刻，也会因为信号的起始时间不一致而得到有偏差的 。站点采样时刻不同步，以此计算出的时间差就毫无意义，更谈不上精确定位。因此，选用一个精度较高的授时系统以提供各站点的统一时间非常重要。

常规时钟频率产生方法都存在一定的问题，定位精度不能满足要求。如晶体会老化，易受外界环境变化影响；原子钟长期使用后也会产生偏差，需要定时校准。在本设计中，解决这一问题的途径是利用全球定位系统(GPS)为各站点统一授时，保证各站点时钟同步，同时在采集到的数据内加入其被采集到的时间信息，从而减少误差。

GPS向全球范围内提供定时和定位的功能，全球任何地点的GPS用户通过低成本的GPS接收机接受卫星发出的信号，获取准确的空间位置信息、同步时标及标准时间[4]。在本系统设计中，将远程终端装置RTU嵌入GPS信号接收装置，定时校准采样时钟，各远程终端装置都以校准的采样时钟为采样依据，彻底解决了分布系统的系统时钟不同步问题。

选用Trimble Lassen SQ/IQ GPS接收模块，使用NEMA0183格式的GPZDA数据信息。当GPS接收器与GPS时钟同步后，即会接收到信息。其格式为$ GPZDA，hhmmss.ss，xx，xx，xxxx，，*hh。信息包含时，分，秒，日，月，年以及加和校验等。