CN101975967B - 一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统，包括：机箱内设置有CPCI背板总线；系统控制板设置在机箱内，并插接在CPCI背板总线上，系统控制板进行工作环境及出错环境参数设定，并通过CPCI背板总线将设定参数发送到拖缆模拟器单板；拖缆模拟器单板设置在机箱内，并插接在CPCI背板总线上，拖缆模拟器单板在系统控制板设定的工作环境及出错环境下，按照室内系统设定的指令进行拖缆数据模拟，并将模拟结果发送回室内系统。本发明中拖缆模拟器单板在系统控制板设定参数环境下，按照室内系统指令进行动作，从而产生模拟拖缆数据，与拖缆水下状态相比具有较高的真实性，同时可以模拟实际工作时的出错情况。

Description

一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统

技术领域

本发明涉及一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统。

背景技术

目前，对于海上拖缆地震采集设备需要进行室内测试。这就需要模拟水下拖缆的数据与指令，以代替真实电缆与室内系统进行联调。而现在还没有这样的数据模拟系统，只能通过在计算机上使用软件虚拟数据与指令情况。使用计算机虽然可虚拟数据指令，但无法按照水下环境进行参数设定，也无法根据出错时的环境参数进行设定，这就使得该虚拟无法真实模拟真实电缆的水下动作。这样，在进行联调时，必然会出现偏差，室内测试的结果也会失真。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可模拟真实环境及出错状态的高精度的用于地球物理勘探的拖缆模拟系统。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统，包括：

机箱，所述机箱内设置有CPCI背板总线；

系统控制板，所述系统控制板设置在所述机箱内，并插接在所述CPCI背板总线上，所述系统控制板进行工作环境及出错环境参数设定，并通过所述CPCI背板总线将设定参数发送到拖缆模拟器单板；

拖缆模拟器单板，所述拖缆模拟器单板设置在所述机箱内，并插接在所述CPCI背板总线上，所述拖缆模拟器单板在所述系统控制板设定的工作环境及出错环境下，按照室内系统设定的指令进行拖缆数据模拟，并将模拟结果发送回室内系统。

进一步，所述拖缆模拟器单板数量为4个，所述系统控制板数量为1个。

进一步，所述拖缆模拟器单板与系统控制板均为6U大小的Compact PCI前插卡。

进一步，所述拖缆模拟器单板包括：

配置命令处理模块，所述配置命令处理模块接收所述系统控制板发送来的工作环境及出错环境设定参数，并将该参数分别发送到查表模块与数据处理模块；

缓存解析模块，所述缓存解析模块将所述室内系统发送来的指令进行解析后发送到参数提取模块，所述缓存解析模块还将数据处理模块发送来数据处理结果进行数据缓冲后发送到所述室内系统；

参数提取模块，所述参数提取模块接收到所述缓存解析模块发送来的解析后的指令，进行参数提取，并将提取的参数发送到所述查表模块与叠加增益模块；

查表模块，所述查表模块接收到所述参数提取模块发送来的参数，并按照该参数进行查表，得到相应数值后分别发送到叠加增益模块与数据处理模块；

叠加增益模块，所述叠加增益模块接收到所述查表模块发送来的相应数值后，进行噪声叠加与幅度增益，并将噪声叠加与幅度增益结果发送到数据处理模块；

数据处理模块，所述数据处理模块接收到所述配置命令处理模块、查表模块及叠加增益模块发送来的数据，进行合成处理，并将合成处理结果发送到所述缓冲解析模块；

输出模块，所述输出模块将所述缓冲解析模块发送来的解析后的指令进行缓冲后通过所述配置命令处理模块发送到所述系统控制板。

本发明具有如下优点：

1、本发明中拖缆模拟器单板在系统控制板设定参数环境下，按照室内系统指令进行动作，从而产生模拟拖缆数据，与拖缆水下状态相比具有较高的真实性，同时可以模拟实际工作时的出错情况。

2、本发明结构简单、动作可靠，模拟精度高，并易于操作，故障率低。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1示出了本发明一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统结构示意图；

图2示出了本发明一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统通讯原理示意图。

图3示出了本发明一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统中查表模块产生示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括机箱1、系统控制板2及拖缆模拟器单板3。机箱1封闭、支撑系统控制板2及拖缆模拟器单板3，系统控制板2控制拖缆模拟器单板3动作，机箱1、系统控制板2及拖缆模拟器单板3形成一个独立的统一体，方便对拖缆地震采集设备进行室内测试。

机箱1内设置有CPCI背板总线11。机箱1为独立单元，可根据需要插接系统控制板2与拖缆模拟器单板3，以方便扩展。该机箱1可采用标准的CompactPCI机箱。

系统控制板2设置在机箱1内，并插接在CPCI背板总线11上。系统控制板2进行工作环境及出错环境参数设定，并通过CPCI背板总线11将设定参数发送到拖缆模拟器单板3。系统控制板2还可对拖缆模拟器单板3发送来的室内系统指令进行显示，系统控制板2便于观察与操作。

拖缆模拟器单板3设置在机箱1内，并插接在CPCI背板总线11上。拖缆模拟器单板3在系统控制板2设定的工作环境及出错环境下，按照室内系统4设定的指令进行拖缆数据模拟，并将模拟结果发送回室内系统4。拖缆模拟器单板3还可将室内系统4发送来的指令发送到系统控制板2，进行显示，以方便操作者观察与操作。

拖缆模拟器单板3具体功能包括：

(1)完成4缆、单缆12Km(1ms采样)水下拖缆数据的模拟；

(2)根据室内系统4发送的命令，模拟电缆状态、传输板ID号、采集板ID；

(3)能够模拟脉冲、正弦波(可变频率和幅度)、噪音三种测试信号和带初至的地震波形；

(4)能够模拟错误出错场景；

(5)具有拖缆命令检测功能。

本发明中拖缆模拟器单板3在系统控制板2设定参数环境下，按照室内系统4指令进行动作，从而产生模拟拖缆数据，与拖缆水下状态相比具有较高的真实性，同时可以模拟实际工作时的出错情况。

本发明中，拖缆模拟器单板3数量为4个，系统控制板2数量为1个。这样，一块拖缆模拟器单板3负责模拟4条电缆的数据，4块拖缆模拟器单板3可模拟产生十六条电缆的数据。

本发明中，拖缆模拟器单板3与系统控制板2均为6U大小的CompactPCI前插卡。使得本发明基础部件标准化、通用化，并使得整个平台结构简洁紧凑。

本发明中，如图2所示，拖缆模拟器单板3包括配置命令处理模块31、缓存解析模块32、参数提取模块33、查表模块34、叠加增益模块35、数据处理模块36及输出模块37。其中：

配置命令处理模块31接收系统控制板2发送来的工作环境及出错环境设定参数，并将该参数分别发送到查表模块34与数据处理模块36。

缓存解析模块32将室内系统4发送来的指令进行解析后发送到参数提取模块33，缓存解析模块32还将数据处理模块36发送来数据处理结果进行数据缓冲后发送到室内系统4。

参数提取模块33接收到缓存解析模块32发送来的解析后的指令，进行参数提取，并将提取的参数发送到查表模块34与叠加增益模块35。

查表模块34接收到参数提取模块33发送来的参数，并按照该参数进行查表，得到相应数值后分别发送到叠加增益模块35与数据处理模块36。

叠加增益模块35接收到查表模块34发送来的相应数值后，进行噪声叠加与幅度增益，并将噪声叠加与幅度增益结果发送到数据处理模块36。

数据处理模块36接收到配置命令处理模块31、查表模块34及叠加增益模块35发送来的数据，进行合成处理，并将合成处理结果发送到缓冲解析模块32。

输出模块37将缓冲解析模块32发送来的解析后的指令进行缓冲后通过配置命令处理模块31发送到系统控制板2。

本发明中共可以产生四种类型的波形：正弦波、脉冲、带初至波的实际采集波形和噪声波形。其中脉冲波形和带初至波的实际采集波形可以采用同样的方式进行处理。

对于基础波形的产生，在设计中使用类似DDS(直接频率合成器)的原理，通过在FPGA内部集成正弦波查找表、脉冲波形查找表及实际采集波形的预存波形表等三张查找表，按照不同的地址间隔依次输出查找表中储存的数据，即可以产生不同频率的正弦波或不同脉宽的脉冲波形和实际采集波形。通过改变各个采集数据通道的初始相位，即可以模拟出带有初至波的效果。查表的过程如图3所示。

相位累加后的输出即为在正弦波查找表(脉冲波形表\实际采集波形表)中的地址。在FPGA中储存三种表：3200个24bit的正弦波查找表中储存将一个完整的正弦波周期上进行3200次均匀采样的采样点幅度值；128个24bit的脉冲波形表将储存一个128个点的脉冲响应波形，其中脉冲宽度为8个点，其余为脉冲两边的纹波；1024个24bit的实际采集波形表将储存一个1024个点的实际采集波形。对于正弦波查找表和脉冲波形表(实际采集波形表)，其查表方式也有所不同：对于正弦波查找表，当相位累加超过其地址范围时，有效地址为计算地址对查找表长度的余数；对于脉冲波形表(实际采集波形表)，当相位累加超过其地址范围时，所有查表结果输出为0。

在本发明中需要对设置采样率、正弦波频率、脉冲宽度等命令加以响应，以改变进行查找表查找时的相关参数，具体参数设置如下表所示：

表1初始相位寄存器设置规则

表2模拟正弦波时相位偏移量设置规则(表中内容为相位偏移量)

表3模拟脉冲时相位偏移量设置规则(表中内容为相位偏移量)

脉冲波形表(实际采集波形表)的长度相对比较短，其具体长度的确定有如下要求：当采用某种脉冲响应波形时(如Ricker子波，带通子波或俞氏子波)，如果其最大值为设定的满幅度值，其到达尾部的衰减应小于24bit的最小量化台阶。

查表得到的数据被乘以固定的增益，以得到测试需要的信号幅度。同时，在逻辑中使用带有反馈的移位寄存器构成一个标准的PRBS伪随机数产生器用于产生测试数据中的噪声数据。信号幅度叠加噪声数据后，其计算结果被放入到FCI板的数据帧的相应位置。同时，结合其他状态信息、拖缆ID信息、采集板ID信息等，共同合并成标准的数据帧，再进行数据帧后处理。然后根据出错模式设置改变相应的数据帧以模拟对应的出错状态，并将最终输出数据经过缓冲后上传。

同时，在本发明中，还需要分析水上数据记录系统向下发送的各个命令，根据其中的配置命令改变发送模拟数据的相关参数，如正弦波频率、幅度，脉冲宽度、幅度等，同时根据室内系统4控制命令控制模拟数据传输的开始时刻，时间间隔等信息，以做到和水下拖缆的命令响应行为完全相同。

本发明结构简单、动作可靠，模拟精度高，并易于操作，故障率低。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于地球物理勘探的拖缆模拟系统，其特征在于，包括：

机箱(1)，所述机箱(1)内设置有CPCI背板总线(11)；

系统控制板(2)，所述系统控制板(2)设置在所述机箱(1)内，并插接在所述CPCI背板总线(11)上，所述系统控制板(2)进行工作环境及出错环境参数设定，并通过所述CPCI背板总线(11)将设定参数发送到拖缆模拟器单板(3)；

拖缆模拟器单板(3)，所述拖缆模拟器单板(3)设置在所述机箱(1)内，并插接在所述CPCI背板总线(11)上，所述拖缆模拟器单板(3)在所述系统控制板(2)设定的工作环境及出错环境下，按照室内系统(4)设定的指令进行拖缆数据模拟，并将模拟结果发送回室内系统(4)；

所述拖缆模拟器单板(3)包括：

配置命令处理模块(31)，所述配置命令处理模块(31)接收所述系统控制板(2)发送来的工作环境及出错环境设定参数，并将该参数分别发送到查表模块(34)与数据处理模块(36)；

缓存解析模块(32)，所述缓存解析模块(32)将所述室内系统(4)发送来的指令进行解析后发送到参数提取模块(33)，所述缓存解析模块(32)还将数据处理模块(36)发送来的数据处理结果进行数据缓冲后发送到所述室内系统(4)；

参数提取模块(33)，所述参数提取模块(33)接收到所述缓存解析模块(32)发送来的解析后的指令，进行参数提取，并将提取的参数发送到所述查表模块(34)与叠加增益模块(35)；

查表模块(34)，所述查表模块(34)接收到所述参数提取模块(33)发送来的参数，并按照该参数进行查表，得到相应数值后分别发送到叠加增益模块(35)与数据处理模块(36)；

叠加增益模块(35)，所述叠加增益模块(35)接收到所述查表模块(34)发送来的相应数值后，进行噪声叠加与幅度增益，并将噪声叠加与幅度增益结果发送到数据处理模块(36)；

数据处理模块(36)，所述数据处理模块(36)接收到所述配置命令处理模块(31)、查表模块(34)及叠加增益模块(35)发送来的数据，进行合成处理，并将合成处理结果发送到所述缓存解析模块(32)；

输出模块(37)，所述输出模块(37)将所述缓存解析模块(32)发送来的解析后的指令进行缓冲后通过所述配置命令处理模块(31)发送到所述系统控制板(2)。

2.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的拖缆模拟系统，其特征在于：所述拖缆模拟器单板(3)数量为4个，所述系统控制板(2)数量为1个。

3.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的拖缆模拟系统，其特征在于：所述拖缆模拟器单板(3)与系统控制板(2)均为6U大小的Compact PCI前插卡。

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