CN106372020A - 高速远距离海洋地震数据传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋地震拖缆勘探，为提供一种高速远距离海洋地震数据传输系统。本发明所采用的技术方案是：高速远距离海洋地震数据传输系统，由船上系统、命令通道、同步通道、数据通道、数字包1‑N以及中继器6组成；命令传输采用总线型传输模式，命令信号传输到各级数字包后分两路：一路不经过任何处理直接下传下级数字包，另外一路则进行本地解析，各级数字包上设有一个中继器；当数据准备完毕之后，各级数字包的本地数据立即开始向前级数字包上传，这样从整个数据通道来说，数据是分段并发传输的。本发明主要应用于海洋地震拖缆勘探场合。

Description

高速远距离海洋地震数据传输系统
技术领域
本发明涉及海洋地震拖缆勘探系统，特别是高速远距离海洋地震数据传输系统。
背景技术
海洋地震拖缆勘探系统主要由声源系统、水下的拖缆数据采集系统、传输系统以及船上(室内)数据处理与控制系统组成。
其中，传输系统是整个水下拖缆系统的核心，关系着整个系统能否正常工作，它将分布的水听器及采集系统联合起来形成一个整体的系统，主要负责海洋地震勘探系统中的命令解析及传输、数据成帧及传输还有同步信号的传输。
传输系统的主要功能如下：接收上位机下传的命令并解析以执行相应的功能；接收本地地震数据并按协议打包成帧上传至前级传输板，同时将后级传输板上传的数据进行缓存并上传至前级传输板。数据上传至头端后由湿端接口模块转换成光信号经光纤上传至船上系统。
水下拖缆系统采用分层次的架构设计，采集系统负责将模拟的地震信号转换为数字信号上传给传输系统，而传输系统则负责将数字信号传输至上位机系统，这种数字的方式彻底改变了用长电缆传输模拟信号的模式，使大规模的海洋地震勘探成为可能，但是随着海洋地震勘探需求的增大及性能的不断提升，水下拖缆系统的道数也在不断的增加，当道数增加到一定程度以后，在拖缆靠近主机的部分其数据率会相当大，这就涉及高速率远距离数据稳定传输的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高速远距离海洋地震数据传输系统。
本发明所采用的技术方案是：高速远距离海洋地震数据传输系统，由船上系统、命令通道、同步通道、数据通道、数字包1-N以及中继器6组成；
船上系统，用于完成水下地震数据的接收、系统工作命令的下发以及地震数据的存储、处理及显示；
命令通道，用于将船上系统的工作命令逐级下传至各数字包；
同步通道，用于将船上系统产生的同步时钟逐级下传至各数字包；
数据通道，用于将数字包采集到的数据逐级上传至船上系统；
数字包1-N，用于采集海洋地震信号，并将其转换为数字信号，最终逐级上传至船上系统；
中继器6，用于实现下行命令与同步时钟的接收及转发；
命令传输采用总线型传输模式，命令信号传输到各级数字包后分两路：一路不经过任何处理直接下传下级数字包，另外一路则进行本地解析，各级数字包上设有一个中继器；
当数据准备完毕之后，各级数字包的本地数据立即开始向前级数字包上传，这样从整个数据通道来说，数据是分段并发传输的。
数字包是由命令RS485模块、同步RS485模块、FPGA、晶振、复位模块、配置电路、接收LVDS模块、采集系统、发送LVDS模块、电源构成，
命令RS485模块，用于接收上级数字包下传的命令，并将其转发至本地FPGA及下级数字包；
同步RS485模块，用于接收上级数字包下传的同步时钟，并将其转发至本地FPGA、采集系统以及下级数字包；
FPGA，用于对接收并识别命令与同步时钟，同时负责接收本地采集系统上传的数据，以及下级数字包上传的数据，待数据接收完成后，将其统一上传至上级数字包，同时对本地采集系统进行控制；
晶振，用于提供FPGA11所需要的主时钟；
复位模块，用于对传输系统进行复位；
配置电路，用于初始化传输系统的FPGA；
接收LVDS模块，采用LVDS传输方式接收下级数字包上传的高速数据；
采集系统，用于采集海洋地震信号并将其转换为数字信号进行上传；
发送LVDS模块，采用LVDS传输方式发送传输系统的高速数据；
电源18，向本发明中的传输系统供电。
本发明的特点及有益效果是：
本发明采用一种串行并发的流水线的方式，当数据准备完毕之后，各级数字包的本地数据立即开始向前级数字包上传，这样从整个数据通道来说，数据是分段并发传输的，这样的方式大大提高了数据传输的效率。
附图说明：
图1是本发明中的海洋地震拖缆勘探系统拓扑结构图；
图2是本发明中的传输系统硬件框图；
图中
1：船上系统；2：命令通道；3：同步通道；4：数据通道；5：数字包1；6：中继器；7：数字包2；8：数字包N；9：命令RS485；10：同步RS485；11：FPGA；12：晶振；13：复位；14：配置电路；15：接收LVDS；16：采集系统；17：发送LVDS；18：电源。
具体实施方式
本发明中的高速远距离海洋地震数据传输系统采用流水线的分段式传输方式，减小了相互之间传输的最大距离，从而更容易实现高速率的数据传输，有效地保证了数字包工作的稳定性；同时，数据通道选用LVDS传输来实现，LVDS传输距离有限的问题通过预加重和均衡技术来解决，命令和同步通道由于其数据率较低，所以采用RS-485总线传输，其中传输介质均采用6类非屏蔽双绞线对。
下面结合附图和具体实施例对本发明的高速远距离海洋地震数据传输系统做出详细说明。
如图1所示，本发明中的海洋地震拖缆勘探系统由船上系统1、命令通道2、同步通道3、数据通道4、数字包1-N(对应图中5、7、8)以及中继器6组成。
船上系统1，主要用于完成水下地震数据的接收、系统工作命令的下发以及地震数据的存储、处理及显示等功能，主要由PCI接口的数据采集子系统和上位机显示与控制子系统构成。
命令通道2，用于将船上系统的工作命令逐级下传至各数字包。
同步通道3，用于将船上系统产生的同步时钟逐级下传至各数字包。
数据通道4，用于将数字包采集到的数据逐级上传至船上系统1。
数字包1-N，用于采集海洋地震信号，并将其转换为数字信号，最终逐级上传至船上系统。
中继器6，用于实现下行命令与同步时钟的接收及转发等。
具体实施过程为：
首先，本发明中命令通道与数据通道的传输性质是不同的，传输的目标和数据率也不同，所以两个通道的传输模式也不同。
命令通道上传输的命令信号数据量较小，并且不是连续传输的，命令通道传输的主要指标是传输的实时性和同步性，应该尽量减小命令信号传输的延迟。因此，命令传输采用总线型传输模式，命令信号传输到各级数字包后分两路：一路不经过任何处理直接下传下级数字包，另外一路则进行本地解析，另外为了增大命令信号的传输距离，在各级数字包上增加一个中继器，这样既减小了传输延迟，又增大了传输的距离。
数据通道上传输的数据信号是从各级数字包传输系统同时发起的，故传输数据量很大，本发明采用一种串行并发的流水线的方式，当数据准备完毕之后，各级数字包的本地数据立即开始向前级数字包上传，这样从整个数据通道来说，数据是分段并发传输的，这样的方式大大提高了数据传输的效率。
如图2所示，本发明中的高速远距离海洋地震数据传输系统由命令RS485模块9、同步RS485模块10、FPGA11、晶振12、复位模块13、配置电路14、接收LVDS模块15、采集系统16、发送LVDS模块17、电源18。
命令RS485模块9，用于接收上级数字包下传的命令，并将其转发至本地FPGA及下级数字包；
同步RS485模块10，用于接收上级数字包下传的同步时钟，并将其转发至本地FPGA、采集系统以及下级数字包；
FPGA11，用于对接收并识别命令与同步时钟，同时负责接收本地采集系统上传的数据，以及下级数字包上传的数据，待数据接收完成后，将其统一上传至上级数字包，同时对本地采集系统进行控制；
晶振12，用于提供FPGA11所需要的主时钟；
复位模块13，用于对传输系统进行复位；
配置电路14，用于初始化传输系统的FPGA；
接收LVDS模块15，采用LVDS传输方式接收下级数字包上传的高速数据；
采集系统16，用于采集海洋地震信号并将其转换为数字信号进行上传；
发送LVDS模块17，采用LVDS传输方式发送传输系统的高速数据；
电源18，向本发明中的传输系统供电。
传输系统是海洋地震拖缆勘探系统的核心，主要完成的功能有：命令解析及下传，接收上位机的命令对其进行解析后下传至采集板，同时将命令发送至后续传输板；同步下传，接收同步信号用于数据的可靠传输，并下传至采集板；数据接收及处理，接收本地采集板的数据并打包成帧；完成数据在传输板之间的流水线型传输。
通过运用LVDS传输技术，本发明实现了高速远距离的数据传输系统。电信号进行高速率远距离传输时最大的问题就在于电信号在传输介质上的衰减，传输距离越长衰减越大，另外信号的不同频率成分其衰减程度也不一致，高频衰减大、低频衰减小，这使得传输通道呈现出低通的频率响应，在接收端接收到的的眼图开口变小甚至闭合，无法恢复出发送端发送的信号。
本发明采用预加重和均衡技术来拓展LVDS信号的传输距离，预加重技术是在信号发送端通过预先抬高输出信号频谱中的高频分量来补偿传输通道的低通滤波效应的技术；而均衡技术则是在接收端进行滤波处理来修正接收端被衰减的波形的技术，均衡器的频率特性正好与传输通道的频率特性相反，对高频衰减小、低频衰减大。

Claims (2)

1.一种高速远距离海洋地震数据传输系统，其特征是，由船上系统、命令通道、同步通道、数据通道、数字包1-N以及中继器6组成；
船上系统，用于完成水下地震数据的接收、系统工作命令的下发以及地震数据的存储、处理及显示；
命令通道，用于将船上系统的工作命令逐级下传至各数字包；
同步通道，用于将船上系统产生的同步时钟逐级下传至各数字包；
数据通道，用于将数字包采集到的数据逐级上传至船上系统；
数字包1-N，用于采集海洋地震信号，并将其转换为数字信号，最终逐级上传至船上系统；
中继器6，用于实现下行命令与同步时钟的接收及转发；
命令传输采用总线型传输模式，命令信号传输到各级数字包后分两路：一路不经过任何处理直接下传下级数字包，另外一路则进行本地解析，各级数字包上设有一个中继器；
当数据准备完毕之后，各级数字包的本地数据立即开始向前级数字包上传，这样从整个数据通道来说，数据是分段并发传输的。
2.如权利要求1所述的高速远距离海洋地震数据传输系统，其特征是，数字包是由命令RS485模块、同步RS485模块、FPGA、晶振、复位模块、配置电路、接收LVDS模块、采集系统、发送LVDS模块、电源构成，
命令RS485模块，用于接收上级数字包下传的命令，并将其转发至本地FPGA及下级数字包；
同步RS485模块，用于接收上级数字包下传的同步时钟，并将其转发至本地FPGA、采集系统以及下级数字包；
FPGA，用于对接收并识别命令与同步时钟，同时负责接收本地采集系统上传的数据，以及下级数字包上传的数据，待数据接收完成后，将其统一上传至上级数字包，同时对本地采集系统进行控制；
晶振，用于提供FPGA11所需要的主时钟；
复位模块，用于对传输系统进行复位；
配置电路，用于初始化传输系统的FPGA；
接收LVDS模块，采用LVDS传输方式接收下级数字包上传的高速数据；
采集系统，用于采集海洋地震信号并将其转换为数字信号进行上传；
发送LVDS模块，采用LVDS传输方式发送传输系统的高速数据；
电源18，向本发明中的传输系统供电。
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