CN107462921B - 基于组合式海底地震采集节点的接驳系统和数据提取方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种基于组合式海底地震采集节点的接驳系统和数据提取方法，其通过接驳系统实现了对组合式海底地震采集节点进行同时GPS对钟、充电、固件升级、状态查询以及数据通讯的功能，利用上位机程序通过ICMP、FTP协议实现了自动、同时的对连接设备进行数据提取的方法，在数据提取后对采集的数据进行重采样的钟差校正，得到高精度的时钟同步采集数据，有效的克服传统海底地震设备在投入和回收后仪器相关操作的时间长、效率低、操作流程复杂等问题，实现了一对多的解决方案，提高了效率、简化了操作流程、增强了实用性和适用性，满足了海底观测系统中上百台采集节点进行采集观测的需要。

Description

基于组合式海底地震采集节点的接驳系统和数据提取方法
技术领域
本发明属于地球物理勘探技术领域，其涉及一种基于组合式海底地震采集节点的接驳系统和数据提取方法，其实现了对组合式海底地震采集节点进行同时GPS对钟、充电、固件升级、状态查询以及数据通讯和数据提取方法。
背景技术
海底地球物理探测装备，特别是海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer，简称OBS)是探测海洋油气资源的重要手段，而随着深水油气勘探中对OBS的密度和信息量的需求远远超过了一般海底结构调查，因此基于组合式海底地震仪的海底地震探测系统成为发展趋势，由于它各个节点能够独立进行采集作业，可适应海底变化剧烈等地形复杂的地区，而常规的地震采集系统不能满足这些复杂地形的需要，因为具有小型化、高密度、低成本、高成像精度的特点使其成为了海洋油气资源勘探新的技术增长点，并且目前在国外大型石油公司的勘探实践中已经取得了良好的应用效果。
为了保证每个海底地震采集节点能够同步采集数据的实现，海底探测仪器在投入海底前都需要进行GPS对钟操作，而这种组合式海底地震探测系统在海底地球物理勘探时一个测线需要上百台仪器，在投放前和回收后都存在对每台采集节点进行一系列的状态查询、充电、GPS对钟等操作以及采集后的数据提取等问题。
另外由于目前海底地球物探勘探设备中通常利用GPS的PPS信号为仪器内部运行的晶体振荡器提供基准时钟的校正，进入采集状态后，GPS信号移除，采集节点会以基准时钟主频作为内部实时时钟，根据采样率进行数据的采集，而在数据采集过程中运行的晶体振荡器往往受到总频差、频率温度稳定度和老化率等因素的影响会发生相应的偏差，这就经常会产生采集的数据产生在采集过程中产生时钟偏移的问题。
发明内容
基于现实和生产实践的需要，本申请人投入大量资金及长期研究，提供了一种基于组合式海底地震采集节点的接驳系统和数据提取方法，其解决了在进行海底地球物探勘探时针对上百台组合式海底地震采集节点进行投入前和回收后需要对每台采集节点进行GPS对钟、以及状态检查等一系列工作和回收后数据的提取和处理的方法，目的是提高观测系统布置时的工作效率以及获取高精度数据质量的要求，从而为海洋油气探测和科学研究提供保障。
依据本发明的第一方面，提供一种基于组合式海底地震采集节点的接驳系统，其用于组合式海底地震采集观测系统和地质勘探，其包括功能盒、网络交换机和机柜；所述功能盒内部集成充电模块A、GPS模块B、交互模块C和升级模块D，交互模块C通过连接RJ45接口使控制设备与采集节点进行数据交互功能，升级模块D利用串口与控制设备连接对采集节点进行固件的升级；机柜将功能盒、网络交换机进行了连接整合，作为一个移动平台，确保了整套接驳系统应用时的可移动性和便捷性。
其中，充电模块A采用85VAC～265VAC宽输入电压范围、高电磁兼容性、高功率的充电模块，提供了输出功率75W及12V/DC充电功能；充电模块A由输入接口a1、AC转DC模块a2、DC降压模块a3以及13芯输出接口a4组成；当220v电源通过输入接口a1接入到AC转DC模块a2中将220V/AC交流电转变为12V/DC直流电压后，一部分直接输出给13芯输出(9、10、11、12芯)接口 a4用来给采集节点进行充电功能，另一部分输出到DC降压模块a3中，将12V/DC 降压到3.6V/DC提供给GPS模块进行供电。
进一步地，GPS模块B内部为一个低功耗的GPS接收模块组，其跟踪灵敏度-160dBm，捕捉灵敏度-160dBm，冷启动灵敏度-146dBm，时钟脉冲信号的精度有效值达到30ns；GPS模块B由USB供电接口b1、DC降压模块b2、GPS接收模块组b3、电平转换模块b4、以及13芯输出接口b5组成；当输入电源通过 USB供电接口b1接入到DC降压模块b2中，将5V/DC降压到3.6V后连接到GPS 接收模块组b3接收GPS信号，通过电平转换模块b4将TTL电平转换成RS232 电平后输出给13芯(4、5芯)输出接口b5给采集节点提供GPS信号。
进一步地，交互模块C由RJ45接口c1和13芯输出(1、2、3、6芯)接口c2组成；将RJ45接口c1与13芯(1、2、3、6芯)输出接口c2连接给采集节点提供通讯功能。
进一步地，升级模块D、由串口接口d1与13芯中的第7、8号芯输出的接口d2组成；将串口接口d1与13芯中的第7、8号芯输出的接口d2连接给采集节点提供升级功能；网路交换机作为网络连接端口将所有连接到功能盒中的采集节点连接起来组成一个局域网络，利用TCP/IP、FTP协议进行数据的同时提取和状态的查询功能。
依据本发明的第二方面，提供一种基于组合式海底地震采集节点的数据提取方法，其用于组合式海底地震采集观测系统和地质勘探，其对通过功能盒连接到网路交换机的所有采集节点同时进行状态检查和数据的提取功能，并对采集后的数据进行钟差校正。
进一步地，通过IP地址检索所有连接的采集节点后，对采集节点的电池电压、舱温、舱压的状态信息检测完好后，自动发送命令使采集节点自动进入对钟采集阶段；数据提取是根据检索到连接节点的IP地址后，通过FTP协议同时对每台采集节点进行数据的提取。
进一步地，在采集前会通过GPS的PPS信号对内部时钟进行修正，形成仪器运行的基准时钟主频TC；进入采集状态后，GPS信号移除，采集节点会以基准时钟主频作为内部实时时钟，根据采样率进行数据的采集。
进一步地，当仪器停止采集再次接入GPS信号，采集节点会根据GPS发出的PPS信号对内部时钟主频进行对比，得到时钟钟差信号CR0并记录到仪器日志文件中。
更进一步地，采集节点会按照内部实时时钟的时间记录进入采集和结束采集的时间，由此得到采集状态运行总时间T。根据采集节点运行的基准时钟主频 TC、采集状态运行总时间T和钟差信号CR0得到采集节点的总钟差，通过数据处理将总钟差引起的数据时间误差通过内插法进行修正，对仪器数据进行重采样校正，最终得到时间精度很高的采集数据，达到了时钟同步采集的目的。
本发明有以下优点：
1.提供一种基于组合式海底地震采集节点的接驳系统，实现了功能的一体化，通过GPS分发机制即可实现多台采集节点在投放前和回收后的同时GPS对钟、以及仪器使用后的充电、状态查询、升级、数据提取功能，实现了分布式管理，不需要单独对每个采集节点进行一对一操作，在对上百台采集节点进行投入前的状态检查和GPS对钟时缩短了工作时间，另外由于功能盒的模块化设计，可适应批量生产，使整个系统具备了扩展性。
2.本发明采用的数据提取方法，可以将回收完采集节点连接到接驳系统，使用上位机程序利用ICMP协议检索连接设备的IP地址后，通过FTP文件传输协议自动化同时进行多台设备的数据提取，区别于传统一对一单台数据的提取方法，达到并行提取数据的目的，大大提高实际工作中易用性，简化了操作流程。
3.本发明采用的重采样的钟差校正方法，针对晶体振荡器频点随外界因素变化较大而导致的时钟偏差，在仪器进行投放前和回收后的时钟同步后，根据采集状态运行总时间T和钟差信号CR0得到采集节点的总钟差，利用数据处理方法得到仪器时钟精度的误差后，对数据进行重采样校正，得到高精度时钟同步的数据，在不增加硬件电路和成本的基础上，达到了高精度时钟同步采集的目的。
附图说明
图1为本发明接驳系统的结构框图。
图2为本发明接驳系统中功能盒结构框图。
图3为本发明接驳系统中功能盒工作流程图。
图4为依据本发明数据提取方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明涉及基于组合式海底地震采集节点的接驳系统和数据提取方法，其通过接驳系统实现了对组合式海底地震采集节点进行同时GPS对钟、充电、固件升级、状态查询以及数据通讯的功能，利用上位机程序通过ICMP、FTP协议实现了自动、同时的对连接设备进行数据提取的方法，在数据提取后对采集的数据进行重采样的钟差校正，得到高精度的时钟同步采集数据，有效的克服传统海底地震设备在投入和回收后仪器相关操作的时间长、效率低、操作流程复杂等问题，实现了一对多的解决方案，提高了效率、简化了操作流程、增强了实用性和适用性，满足了海底观测系统中上百台采集节点进行采集观测的需要。
本发明的基于组合式海底地震采集节点的接驳系统用于组合式海底地震采集观测系统和地质勘探，其包括功能盒、网络交换机和机柜三部分组成。功能盒作为接驳系统中重要的组成部分，内部集成充电模块A、GPS模块B、交互模块C、升级模块D。交互模块C通过连接RJ45接口使控制设备与采集节点进行数据交互功能，升级模块D利用串口与控制设备连接对采集节点进行固件的升级；机柜将功能盒、网络交换机进行了连接整合，作为一个移动平台，确保了整套接驳系统应用时的可移动性和便捷性。其中充电模块A、采用宽输入电压范围(85VAC～265VAC)，高电磁兼容性，高功率的充电模块，提供了输出功率75W， 12V/DC充电功能；GPS模块B、内部为一个低功耗的GPS接收模块组，它具有超高灵敏度和全方位功能，能满足专业定位的严格要求，跟踪灵敏度-160dBm，捕捉灵敏度-160dBm，冷启动灵敏度-146dBm，时钟脉冲信号的精度有效值达到 30ns。交互模块C、可以通过连接RJ45接口使控制设备跟采集节点进行数据交互功能；升级模块D、可以利用串口与控制设备连接对采集节点进行固件的升级；
其中，充电模块A由输入接口a1、AC转DC模块a2、DC降压模块a3以及 13芯输出接口a4组成。当220v电源通过输入接口a1接入到AC转DC模块a2 中将220V/AC交流电转变为12V/DC直流电压后，一部分直接输出给13芯输出 (9、10、11、12芯)接口a4用来给采集节点进行充电功能，另一部分输出到DC降压模块a3中，将12V/DC降压到3.6V/DC提供给GPS模块进行供电。
GPS模块B由USB供电接口b1、DC降压模块b2、GPS接收模块组b3、电平转换模块b4、以及13芯输出接口b5组成。当输入电源通过USB供电接口b1 接入到DC降压模块b2中，将5V/DC降压到3.6V后连接到GPS接收模块组b3 接收GPS信号，通过电平转换模块b4将TTL电平转换成RS232电平后输出给13 芯(4、5芯)输出接口b5给采集节点提供GPS信号。
交互模块C由RJ45接口c1和13芯输出(1、2、3、6芯)接口c2组成。将RJ45接口c1与13芯(1、2、3、6芯)输出接口c2连接给采集节点提供通讯功能。
升级模块D、由串口接口d1与13芯中的第7、8号芯输出的接口d2组成。将串口接口d1与13芯中的第7、8号芯输出的接口d2连接给采集节点提供升级功能。而网路交换机作为网络连接端口将所有连接到功能盒中的采集节点连接起来组成一个局域网络，利用TCP/IP、FTP协议进行数据的同时提取和状态的查询功能。
进一步地，本发明的基于组合式海底地震采集节点的接驳系统包括以下模块：充电模块、对钟模块、数据通讯模块、升级模块。其连接方式将结合附图2 中标识进行说明。
充电模块、用于在输入电压范围在85V～265V的范围内利用功能盒中的充电模块输出12V/DC电压对连接的采集节点进行充电，同时可以通过降压给对钟模块B提供3.6V/DC供电功能，使其接驳站在连接到220V/AC电源时既可以对采集节点进行充电操作同时也可以为对钟模块提供了输入电源的功能；
对钟模块、实现了利用GPS信号的分发机制使连接到功能盒中的采集节点通过GPS模块在任何地方可以进行GPS的对钟功能。这样通过对钟完成后，既保证了组合式海底地震探测装备之间数据采集的一致性，同时为每个采集节点内部的晶振产生高精度的时钟信号；
数据通讯模块、通过功能盒中的交互模块使得连接到功能盒中的采集节点可以实现数据的交互，以及状态查询功能；
升级模块、通过功能盒中的升级模块利用USB转串口的通讯模块使控制设备对每台连接的采集节点进行固件的升级。
其中，充电模块由功能盒、220v电源输入线、13芯线缆组成，将220V输入电源通过电源线连接到功能盒中的7号端口将220V/AC转变为12V/DC电源输出，将功能盒中的⑨号13芯线缆端口与采集节点进行连接实现充电操作。
对钟模块由GPS天线、USB电源线、功能盒、13芯线缆组成，将USB电源线一端连接到控制设备或5V供电设备中，另一端连接到功能盒⑤号端口为其提供输入电源，将GPS天线连接到功能盒中的④号端口，这样通过功能盒中的GPS 模块就可以接收到GPS信号，将功能盒中的⑨号13芯线缆端口与采集节点进行连接就可以进行GPS对钟操作，当接驳站将220V/AC电源连接到充电模块时则不需要对对钟模块提供输入电源。
数据通讯模块由网线、功能盒、13芯线缆组成，将网线一端连接到功能盒中⑥号端口，另一端连接到控制设备或接驳站中的交换机，通过连接功能盒中的⑨号13芯线缆端口对采集节点进行数据通讯。
升级模块由USB转串口数据线、功能盒、13芯线缆组成，将USB转串口数据线一端连接到控制设备，另一端连接到功能盒⑧号端口，通过连接功能盒中的⑨号13芯线缆端口对采集节点内部固件进行升级操作。
本接驳系统是将多台功能盒固定于机柜中，多台采集节点对应连接功能盒，通过功能盒实现给每个采集节点进行GPS对钟、充电以及仪器的升级和数据通讯传输功能。由于功能盒的模块化设计，可适应批量生产，这样使整个系统具备了扩展性。一台19寸标准机柜通常可放置15台功能盒，所有功能盒中的RJ45 接口可以通过网线连接到网路交换机中，使所有采集节点组成一个局域网，实现了所有设备同时数据传输和状态查询功能。在组合式海底地震勘探时一条测线需要上百台仪器测量时，通过这样的接驳系统实现了同时对连接的采集节点进行投放前和回收后的GPS对钟、充电、状态查询和仪器程序升级的功能，大大降低了仪器对钟时间和使用时的相关功能需求，提高了工作效率。
此外，在本发明提供的基于组合式海底地震采集节点的接驳系统中，本发明的上位机程序可以对通过功能盒连接到网路交换机的所有采集节点同时进行状态检查和数据的提取功能，并对采集后的数据进行钟差校正。设备连接好后，程序通过IP地址检索所有连接的采集节点后，对采集节点的电池电压、舱温、舱压等状态信息检测完好后，自动发送命令使采集节点自动进入对钟采集阶段。数据提取是根据检索到连接节点的IP地址后，通过FTP协议同时对每台采集节点进行数据的提取。
由于在采集节点内部运行有精度为10^-7的晶体振荡器作为基准时钟运行，在仪器采集前会通过GPS的PPS信号对内部时钟进行修正，形成仪器运行的基准时钟主频TC。进入采集状态后，GPS信号移除，采集节点会以基准时钟主频作为内部实时时钟，根据采样率进行数据的采集。而由于运行的晶体振荡器往往受到总频差、频率温度稳定度和老化率等因素的影响会发生相应的偏差，当仪器停止采集再次接入GPS信号，采集节点会根据GPS发出的PPS信号对内部时钟主频进行对比，得到时钟钟差信号CR0并记录到仪器日志文件中。采集节点会按照内部实时时钟的时间记录进入采集和结束采集的时间，由此得到采集状态运行总时间T。根据采集节点运行的基准时钟主频TC、采集状态运行总时间T和钟差信号CR0得到采集节点的总钟差。通过数据处理将总钟差引起的数据时间误差通过内插法进行修正，对仪器数据进行重采样校正，最终得到时间精度很高的采集数据，达到了时钟同步采集的目的。
更详细地，基于图1～图2所示，对本发明的组合式海底地震采集节点接驳系统结构进一步说明，其中，机柜①、交换机②、功能盒③、GPS天线④、GPS 供电接口⑤、网络接口⑥、220V/AC接口⑦、串口升级接口⑧、GOBS接口⑨。
本发明的组合式海底地震采集节点接驳系统由机柜①、交换机②、功能盒③三部分组成。
GPS对钟模块，其用于在陆地上给海底地震采集节点进行对钟操作。具体用法：首先将采集节点处于开启状态，通过13芯线缆将采集节点连接到功能盒的GOBS接口⑨，其次将GPS供电接口⑤连接USB接口或者用220V/AC接口⑦直接连接到220V交流电对功能盒进行供电，然后用GPS天线④连接外部天线，使功能盒天线处于无遮挡的外部环境，接收GPS信号实现对钟功能。当采集节点在下海投放前，需要通过连接功能盒进行对钟后，才能由交互状态进入采集状态。当采集节点从海底回收后，通过连接功能盒进行对钟后，才能由采集状态进入释放状态。这样使采集节点通过GPS模块的PPS信号得到准确的时钟整秒信号，为海底地震采集节点在投入前设置了初始的高精度时间信号以及回收后得到了采集节点因内部时钟产生的采集后钟差值。
充电模块，其用于海底地震采集节点使用前和使用后的充电问题。具体用法：首先将采集节点通过线缆与功能盒中GOBS接口⑨连接，然后将220V/AC接口⑦与接驳系统中220V交流电相连接，即可为每个采集节点在关机或者开机状态进行充电。通常当采集节点从电量不足到充满电大约需24小时左右(统计数据，根据不同情况略有不同)，其充电状况可以通过交互功能进行查看。
固件升级模块，其用于海底地震采集节点中嵌入式程序升级提供接口，通过串口与控制设备连接对海底地震采集节点程序进行升级。具体用法：当采集节点处于关机状态，将线缆与功能盒中GOBS接口⑨连接、并且将控制设备通过串口与功能盒中串口升级接口⑧连接，开启采集节点后使其进入升级模式。通过烧录程序可以为采集节点进行程序固件升级。
状态查询模块，其用于在海底地震采集节点投放前获取仪器内部的电池电量、工作电流、充电电压、舱温、舱压等参数，并根据这些状态信息判断所连接的设备是否正常，当有设备状态参数低于设备正常运行阈值时可以进行相关的检查、维护。具体用法：当采集节点处于开启状态，通过线缆与功能盒中GOBS 接口⑨连接，将网线通过功能盒的网络接口⑥与交换机进行连接，通过控制设备进行交互，可以查看采集节点的状态信息。
数据提取模块，其用于海底地震采集节点通过RJ45端口与控制设备进行数据交互，连接方式与状态查询功能连接方式相同，利用功能盒中网络接口⑥将所有设备连接到网路交换机的连接端口后，通过TCP/IP协议实现控制设备与所有采集节点的同时通讯。
基于组合式海底地震采集节点的接驳系统对连接的所有采集节点进行投放前和回收后的具体使用方法包括以下步骤：
第一步，投入前将采集节点连接到接驳系统中，启动采集节点后打开上位机程序，利用数据通讯模块，通过IP地址查询到接驳系统的所有设备后，通过状态查询模块检查每个采集节点的电池电压、舱温、舱压等状态信息，当仪器检查状态低于正常工作设定的阈值时，程序会提示检查该设备的相关状态以便于及时处理，如果仪器状态信息一切正常时，程序将发送指令让所有连接的采集节点开启GPS对钟模块，在投放到海底之前进行GPS对钟，对钟操作完成后采集节点由交互状态进入采集状态，这时可以进行正常的测线投放。
第二步，海底探测结束时，将对所有采集节点进行回收。回收后同样将采集节点连接到接驳系统中利用GPS对钟模块对采集节点进行GPS对钟，这时采集节点会根据GPS发出的PPS信号对内部时钟主频进行对比，得到时钟钟差信号CR0并记录到仪器日志文件中。根据本发明提供的上位机程序，利用数据通讯模块，利用ICMP协议检索到连接到接驳系统的所有采集节点的IP地址后，发送数据下载指令，通过多进程机制利用FTP协议对所有的设备同时进行数据下载，在数据下载过程中会监测下载速度和所有下载状态信息，当有某台采集节点的下载进程发生断开时，该进程将等待5秒后尝试重新连接，重试连接后如果连通将重新对该采集节点进行数据下载，连接不上超过3次后，将终止该下载进程并反馈其下载失败信息，但不影响其余采集节点的数据的下载进程。数据下载完成后将以每个采集节点的IP地址作为目录保存在程序的文件夹中，下载的数据包括采集的所有数据文件、采集的日志文件以及采集后得到的总钟差文件。
第三步，根据在仪器进行投放前和回收后的时钟同步后，根据采集状态运行总时间T和钟差信号CR0得到采集节点的总钟差，利用数据处理方法得到仪器时钟精度的误差后，对下载后的数据进行重采样校正，得到高精度时钟同步的数据用来分析和研究。
本发明提供的关于钟差校正的计算原理是在已有的等采样间隔的时间轴上，取钟差的平均值作为校正量(一般钟差值随着时间线性增加)。首先对时间序列偏移整数倍的采样间隔。对小于一个采样间隔的剩余钟差值，先对时间序列进行插零。插零的个数视剩余钟差值的有效位数。然后对信号进行FFT，去掉高于原Nyquist频率的成分，再通过IFFT得到插值后的信号。最后根据剩余的钟差值，对信号进行偏移、降采样，得到校正后的波形。
计算步骤：为了获得不在原有时间轴上的波形数据，因此需要对原有信号进行插值。首先对时间序列偏移整数倍的采样间隔，
Figure GDA0002524972910000131
其中D为离散时间序列，terr为钟差值，ΔT为原采样间隔。对小于一个采样间隔的剩余钟差值，先对时间序列进行插零。插零的间隔视剩余钟差值的有效位数，
Figure GDA0002524972910000132
Figure GDA0002524972910000133
其中t′err为剩余钟差值，p为剩余钟差的有效位数，ΔTnew为插值间隔，Dadd_zero为插零后的信号，GCD表示最大公约数。然后对信号进行FFT，去掉高于原 Nyquist频率的成分，再通过IFFT得到插值后的信号，
Y＝FFT(Dadd_zero) (4)
Figure GDA0002524972910000134
Dinterp＝IFFT(Y) (6)
其中N(偶数)为FFT变换长度，kNyquist代表原Nyquist频率点，Dinterp为插值后的信号。最后根据剩余的钟差值，对信号进行偏移、降采样，得到校正后的波形Doffset：
Figure GDA0002524972910000141
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于组合式海底地震采集节点的接驳系统，其用于组合式海底地震采集观测系统和地质勘探，其包括功能盒、网络交换机和机柜；其特征在于，所述功能盒内部集成充电模块A、GPS模块B、交互模块C和升级模块D，交互模块C通过连接RJ45接口使控制设备与采集节点进行数据交互功能，升级模块D利用串口与控制设备连接对采集节点进行固件的升级；机柜将功能盒、网络交换机进行了连接整合作为一个移动平台，确保了整套接驳系统应用时的可移动性和便捷性；
充电模块A采用85VAC～265VAC宽输入电压范围、高电磁兼容性、高功率的充电模块，提供了输出功率75W及12V/DC充电功能；充电模块A由输入接口a1、AC转DC模块a2、DC降压模块a3以及13芯输出接口a4组成；当220v电源通过输入接口a1接入到AC转DC模块a2中将220V/AC交流电转变为12V/DC直流电压后，一部分直接输出给13芯中第9、10、11、12号芯的输出，接口a4用来给采集节点进行充电功能，另一部分输出到DC降压模块a3中，将12V/DC降压到3.6V/DC提供给GPS模块进行供电；
GPS模块B内部为一个低功耗的GPS接收模块组，其跟踪灵敏度-160dBm，捕捉灵敏度-160dBm，冷启动灵敏度-146dBm，时钟脉冲信号的精度有效值达到30ns；GPS模块B由USB供电接口b1、DC降压模块b2、GPS接收模块组b3、电平转换模块b4、以及13芯输出接口b5组成；当输入电源通过USB供电接口b1接入到DC降压模块b2中，将5V/DC降压到3.6V后连接到GPS接收模块组b3接收GPS信号，通过电平转换模块b4将TTL电平转换成RS232电平后输出给13芯中的第4、5号芯，输出接口b5给采集节点提供GPS信号；
交互模块C由RJ45接口c1和13芯中的第1、2、3、6号芯输出的接口c2组成；将RJ45接口c1与13芯中的第1、2、3、6号芯输出的接口c2连接给采集节点提供通讯功能；
升级模块D、由串口接口d1与13芯中的第7、8号芯输出的接口d2组成；将串口接口d1与13芯中的第7、8号芯输出的接口d2连接给采集节点提供升级功能；网路交换机作为网络连接端口将所有连接到功能盒中的采集节点连接起来组成一个局域网络，利用TCP/IP、FTP协议进行数据的同时提取和状态的查询功能。
2.一种基于组合式海底地震采集节点的数据提取方法，其用于组合式海底地震采集观测系统和地质勘探，其对通过功能盒连接到网路交换机的所有采集节点同时进行状态检查和数据的提取功能，并对采集后的数据进行钟差校正；
通过IP地址检索所有连接的采集节点后，对采集节点的电池电压、舱温、舱压的状态信息检测完好后，自动发送命令使采集节点自动进入对钟采集阶段；数据提取是根据检索到连接节点的IP地址后，通过FTP协议同时对每台采集节点进行数据的提取；
在采集前会通过GPS的PPS信号对内部时钟进行修正，形成仪器运行的基准时钟主频TC；进入采集状态后，GPS信号移除，采集节点会以基准时钟主频作为内部实时时钟，根据采样率进行数据的采集；
当仪器停止采集再次接入GPS信号，采集节点会根据GPS发出的PPS信号对内部时钟主频进行对比，得到时钟钟差信号CR0并记录到仪器日志文件中；
采集节点会按照内部实时时钟的时间记录进入采集和结束采集的时间，由此得到采集状态运行总时间T；根据采集节点运行的基准时钟主频TC、采集状态运行总时间T和钟差信号CR0得到采集节点的总钟差，通过数据处理将总钟差引起的数据时间误差通过内插法进行修正，对仪器数据进行重采样校正，最终得到时间精度很高的采集数据，达到了时钟同步采集的目的；
其中，当仪器停止采集再次接入GPS信号时，采集节点会根据GPS发出的PPS信号对内部时钟主频进行对比，得到的信号就是时钟钟差信号CR0。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111323796B (zh) * 2020-03-18 2021-11-09 中国科学院国家空间科学中心 一种gnss接收机高采样钟差解算方法
CN111551998B (zh) * 2020-05-14 2021-03-19 中国科学院地质与地球物理研究所 一种海底电磁采集站通信装置和方法
CN112865314B (zh) * 2021-01-19 2021-11-09 中国科学院声学研究所 一种海底观测网接驳盒
CN113534242A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 微地震观测数据的采集方法、装置、设备及存储介质
CN114325837B (zh) * 2022-03-08 2022-05-20 中海油田服务股份有限公司 海底节点数据汇集装置及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8593905B2 (en) * 2009-03-09 2013-11-26 Ion Geophysical Corporation Marine seismic surveying in icy or obstructed waters
CN102213768B (zh) * 2010-04-09 2013-07-03 中国科学院地质与地球物理研究所 基于计算机网络的数字地震仪
CN202102582U (zh) * 2010-12-23 2012-01-04 北京时代凌宇科技有限公司 一种水文状况监测系统
CN102938677B (zh) * 2012-11-08 2015-01-14 浙江大学 一种海底观测网岸基站时间同步方法
CN202856751U (zh) * 2012-11-08 2013-04-03 浙江大学 一种海底观测网接驳盒的时间同步装置
CN104320238B (zh) * 2014-10-21 2016-08-17 浙江大学 一种海底观测网大流量背景下的时间同步方法
CN105068121A (zh) * 2015-07-30 2015-11-18 吉林大学 一种井下多节点信号采集同步误差校正装置及方法
CN205985826U (zh) * 2016-08-16 2017-02-22 中天海洋系统有限公司 一种中低压供电的水下观测网接驳盒
CN106516051B (zh) * 2016-11-25 2018-10-02 中国科学院深海科学与工程研究所 深远海可迁移的浮标基-接驳盒海洋观测系统

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