本發(fā)明涉及地球物理勘探領(lǐng)域，具體為海洋勘探領(lǐng)域，特別涉及一種具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x及其使用方法，其采用了海洋地震觀測技術(shù)領(lǐng)域和水下聲學(xué)傳播技術(shù)。

背景技術(shù)：

海底地震儀是一種將檢波器直接放置在海底的地震觀測系統(tǒng)。大致分來，海底地震儀可以分為沉浮式海底地震儀和基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮５椎卣饍x(以下簡稱具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x)。

我國已在沉浮式海底地震儀研制方面取得突破，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所在863計(jì)劃十幾年持續(xù)的支持下，成功研制了沉浮式高頻海底地震儀。該類型海底地震儀已經(jīng)廣泛用于深水油氣主動(dòng)源（氣槍）海底地震多分量地震勘探和深部地質(zhì)調(diào)查，在863計(jì)劃的資助下，目前每年銷售該型高頻沉浮式海底地震儀數(shù)十臺，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

近年來，隨著海底探測儀器的發(fā)展，海底觀測臺網(wǎng)作為一種新型平臺已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，其徹底改變了人類研究海洋的途徑，開創(chuàng)了海洋科學(xué)研究的新紀(jì)元。實(shí)傳式多功能海底地震儀可以作為海底地震監(jiān)測功能節(jié)點(diǎn)加入到海底觀測臺網(wǎng)中，海底觀測臺網(wǎng)進(jìn)而可根據(jù)不同的應(yīng)用場景組成海底地震監(jiān)測網(wǎng)或者海底長期觀測網(wǎng)。

我國是一個(gè)多地震國家，而海洋地震實(shí)時(shí)監(jiān)測尚處于空白狀態(tài)，基于海底觀測臺網(wǎng)組成的海底地震監(jiān)測網(wǎng)可以對地震，海嘯等災(zāi)害進(jìn)行有效預(yù)防。國外擬建和在建的海底地震監(jiān)測網(wǎng)都包含了海底地震監(jiān)測功能節(jié)點(diǎn)，我國正在建立的海底地震監(jiān)測網(wǎng)也包含了海底地震監(jiān)測功能節(jié)點(diǎn)，其可為海底地震監(jiān)測研究提供試驗(yàn)平臺。

基于海底觀測臺網(wǎng)組成的海底長期觀測網(wǎng)可使人類對海底各項(xiàng)物理參數(shù)以及生態(tài)指標(biāo)實(shí)施實(shí)時(shí)長期觀測，其可以監(jiān)測破壞性地震、海底滑坡的發(fā)生并研究相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)；其可以對地球物理觀測臺站空白或稀少的海域從間斷性的航次考察轉(zhuǎn)向連續(xù)、實(shí)時(shí)、原位、立體和長期監(jiān)測，為認(rèn)識地球物理場長期變化規(guī)律和地球各圈層耦合提供科學(xué)依據(jù)；其可以把人類認(rèn)識最少的深海鏈接到實(shí)驗(yàn)室，在時(shí)間域中觀察海洋-地球系統(tǒng)變化。其可以與活動(dòng)平臺相結(jié)合，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)與虛擬網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，在解決科學(xué)問題和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測需求的同時(shí)，為國防預(yù)警提供相應(yīng)數(shù)據(jù)支撐。

海底觀測臺網(wǎng)作為一種新型平臺逐步成為海底觀測儀器的研發(fā)重點(diǎn)。在此方面，加拿大、日本、美國等國家發(fā)展較快，并已建立起完善的海底觀測系統(tǒng)，其中海底地震觀測均已納入到整個(gè)海底觀測網(wǎng)絡(luò)中。我國在海底觀測臺網(wǎng)建設(shè)方面也做出了相應(yīng)的研究，但起步較晚，科技部在“十二五”期間，設(shè)立國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）重大項(xiàng)目“海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”，以實(shí)現(xiàn)對深海海洋動(dòng)力環(huán)境、化學(xué)環(huán)境、地球物理環(huán)境的長時(shí)間實(shí)時(shí)監(jiān)測。海底觀測臺網(wǎng)的研發(fā)催生了實(shí)傳式多功能海底地震儀的研發(fā)需求，實(shí)傳式多功能海底地震儀可以作為海底觀測平臺的采集節(jié)點(diǎn)加入到海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)中，提供方便的對外接口作為各個(gè)海底觀測系統(tǒng)的子系統(tǒng)也可單獨(dú)使用。

原有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x中由于頻帶寬度受限，采用使用七通道采集器系統(tǒng)，分別對不同頻帶的地震信號進(jìn)行采集，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢波器選型比較繁瑣，增加了成本和裝配復(fù)雜度。以及原有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的固定裝置設(shè)計(jì)沿用了沉浮式海底地震儀的沉耦架設(shè)計(jì)，其采用熔斷回收式，由于沉浮式海底地震儀的沉耦架設(shè)計(jì)更多的是考慮到其回收釋放的有效性，而對于固定海底海底采集站的應(yīng)用環(huán)境，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在耦合穩(wěn)定性不強(qiáng)，不易施工布設(shè)，不能根據(jù)海底狀況進(jìn)行自行調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)。

現(xiàn)場勘測的需要以及進(jìn)一步向深海研究的需要，急需對現(xiàn)有的儀器進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)實(shí)需要， 本發(fā)明的目的是公開一種具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x及其使用方法，是在已有七通道多功能海底地震儀的基礎(chǔ)上，通過對國外產(chǎn)品技術(shù)的消化吸收改進(jìn)而成，其提高了性能指標(biāo)，可以更好的滿足海洋科學(xué)研究與海洋油氣探測的需要，同時(shí)提供方便的對外接口使其可作為各個(gè)海底觀測系統(tǒng)的子系統(tǒng)并且可單獨(dú)使用完成觀測任務(wù)。

依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x，其包括儀器艙、基站連接架；儀器艙包含玻璃儀器艙和塑料儀器艙，玻璃儀器艙固裝于塑料儀器艙內(nèi)，預(yù)留交互水密接口位于塑料儀器艙頂端，基站連接架位于儀器艙下側(cè)，通過鎖緊鏍栓與儀器艙緊固連接，基站連接架采用下輻射三角結(jié)構(gòu)，通過基站連接架耦合單元與海底耦合，中間的三角加固器可以加固基站連接架同時(shí)可以根據(jù)需要加固重物提高穩(wěn)定性，同時(shí)基站連接架可根據(jù)需要調(diào)節(jié)高度適用接駁需求。

其中，儀器艙內(nèi)部集成了四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器，水聽計(jì)，所述四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器為集成一體化的地震計(jì)組合體，使玻璃儀器艙球內(nèi)部成為一個(gè)整體；在玻璃儀器艙球外對四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器和水聽計(jì)進(jìn)行組裝、調(diào)試，然后放進(jìn)玻璃儀器艙球內(nèi)，通過玻璃儀器艙球擠壓O型圈來固定。

優(yōu)選地，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x以4個(gè)通道采集地震數(shù)據(jù)，數(shù)字記錄海底地震信息和水聲信息；玻璃儀器艙球內(nèi)部為單球一體化結(jié)構(gòu)；玻璃儀器艙包含常平裝置、三分量姿控寬帶地震計(jì)、采集器系統(tǒng)和海底地震儀電源，常平裝置利用姿態(tài)羅盤（6）和姿態(tài)調(diào)控電機(jī)（5）對三分量姿控寬帶地震計(jì)（9）進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整；在采集器系統(tǒng)的前放電路中在信號輸入端加配一階無源LC低通抗混疊濾波器，采集器系統(tǒng)采用溫補(bǔ)晶振構(gòu)成的振蕩電路作為內(nèi)部時(shí)鐘；海底地震儀電源采用外接供電方式，可接受9V—15V的寬頻直流電壓，同時(shí)備份電壓采用10AH鋰電池，可保證在外部供電失效的情況下儀器正常工作。

進(jìn)一步地，玻璃儀器艙還包括頻閃燈；當(dāng)玻璃儀器艙上浮時(shí)，頻閃燈在黑夜里能有效的指示玻璃儀器艙所在方位且方便回收；頻閃燈被置于玻璃儀器艙艙球的上部利用水壓開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)玻璃儀器艙上浮，水壓減小，頻閃燈工作，頻閃燈的光源采用發(fā)光效率高、穿透性較好的高亮度發(fā)光二極管，可以連續(xù)工作12小時(shí)以上。

此外，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x采用具備以下功能的和基站通信的硬件接口，所述功能為：a）全雙工通信，可以使實(shí)傳式OBS和相連的父節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)雙向通信；b） 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多通信，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)最多可掛載256從節(jié)點(diǎn)；c）抗干擾能力強(qiáng)，采用壓差驅(qū)動(dòng)；d）最大傳輸距離為4000英尺；e）傳輸速率高可達(dá)10Mb/s。

依據(jù)本發(fā)明的第二方面，使用上述具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，其包括以下步驟。

1）選擇好投放具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的地點(diǎn)和方位，作業(yè)船行駛到指定地點(diǎn)。

2）用拉緊鋼纜把具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的儀器艙與基站連接架固定好，通過交互軟件檢查具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)，并對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x參數(shù)進(jìn)行配置。

3）把具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x投放到海底，并通過基站連接架和海底基站進(jìn)行耦合固定具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x。

4）通過特定的導(dǎo)纜將具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x和海底接駁盒進(jìn)行連接；海底接駁盒進(jìn)一步將具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x并入到海底采集站，進(jìn)而并入到臺網(wǎng)中心。

5）臺網(wǎng)中心通過特定的交互指令和具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行交互，并進(jìn)一步檢查具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的入網(wǎng)狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，如若具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x正常則進(jìn)入下一步操作，如若入網(wǎng)異常則需要對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的布設(shè)情況進(jìn)行檢查。

6）臺網(wǎng)中心同過指令和特定的對鐘信號對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行授時(shí)，并開啟采集，采集后具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x返回實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，臺網(wǎng)中心對數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)具體需求進(jìn)行分析，達(dá)到預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

7）具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x在采集過程中出現(xiàn)故障可以對臺網(wǎng)中心發(fā)送實(shí)時(shí)預(yù)警信息，并根據(jù)故障情況進(jìn)行自恢復(fù)處理，當(dāng)需要人工干預(yù)時(shí)需要對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行檢修，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效性；數(shù)據(jù)采集周期結(jié)束或者監(jiān)測周期結(jié)束，臺網(wǎng)中心向其發(fā)送停止采集指令，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x停止發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x回收。

本發(fā)明的具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x及其使用方法，是基于人們對長期監(jiān)測海洋生態(tài)環(huán)境尤其是深?；蜻b遠(yuǎn)海域海洋生境中的自然現(xiàn)象或生命過程及其規(guī)律以及海底地球物理環(huán)境長期實(shí)時(shí)監(jiān)測的需求，進(jìn)一步對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的研發(fā)。本發(fā)明具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x可以通過具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x及時(shí)的獲取海底的各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行長期觀測，從而達(dá)到對地震，海嘯，生態(tài)入侵等各項(xiàng)自然災(zāi)害的及時(shí)預(yù)警和對海洋生態(tài)系統(tǒng)以及物理環(huán)境的有效評估 。本發(fā)明采用了先進(jìn)的水下姿態(tài)控制單元，先進(jìn)的采集器帶寬擴(kuò)頻技術(shù)以及專門應(yīng)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浻布O(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x在水下的實(shí)時(shí)通訊功能，并且有效地克服了傳統(tǒng)產(chǎn)品在水下通信中存在的低可靠性、低數(shù)據(jù)速率和高功耗等問題。適用于淺海海洋地質(zhì)觀測，海底地震監(jiān)測系統(tǒng)以及海洋生態(tài)環(huán)境長期監(jiān)測。

更進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x以4個(gè)通道采集地震數(shù)據(jù)，數(shù)字記錄海底地震信息，采用特定的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸硬件和軟件接口和臺網(wǎng)中心對接，實(shí)現(xiàn)水下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，能夠在海上連續(xù)多次進(jìn)行地震觀測作業(yè)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x及其使用方法具有以下特點(diǎn)。

（1）可以定期巡航，定時(shí)檢查并控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的工作狀態(tài)，監(jiān)測工作電壓、查看地震計(jì)狀態(tài)、隨時(shí)啟動(dòng)和關(guān)閉記錄器等。

（2）不需要回收儀器艙，就可以在地震事件后得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)連續(xù)地海底地震觀測。

（4）可實(shí)現(xiàn)對海區(qū)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。

（5）其配備的水聲記錄儀可以實(shí)時(shí)監(jiān)測觀測海域的水聲信息，可實(shí)現(xiàn)對海洋生物環(huán)境監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x常平架裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x外觀立體結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x總結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

依據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x包括儀器艙、基站連接架；儀器艙包含玻璃儀器艙和塑料儀器艙，玻璃儀器艙固裝于塑料儀器艙內(nèi)，基站連接架位于艙球中下層，用于固定艙球和基站，加強(qiáng)和海底的耦合效果。其中，儀器艙內(nèi)部集成了四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器，水聽計(jì)，所述四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器為集成一體化的地震計(jì)組合體，使玻璃儀器艙內(nèi)部成為一個(gè)整體；在玻璃儀器艙外對四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器和水聽計(jì)進(jìn)行組裝、調(diào)試，然后放進(jìn)玻璃儀器艙內(nèi)，通過玻璃儀器艙球擠壓O型圈來固定。

具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x以4個(gè)通道采集地震數(shù)據(jù)，數(shù)字記錄海底地震信息和水聲信息；玻璃儀器艙內(nèi)部為單球一體化結(jié)構(gòu)。玻璃儀器艙包含常平裝置、三分量姿控寬帶地震計(jì)、采集器系統(tǒng)和海底地震儀電源，常平裝置利用姿態(tài)羅盤（6）和姿態(tài)調(diào)控電機(jī)（5）對三分量姿控寬帶地震計(jì)（9）進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整；在采集器系統(tǒng)的前放電路中在信號輸入端加配一階無源LC低通抗混疊濾波器，采集器系統(tǒng)采用溫補(bǔ)晶振構(gòu)成的振蕩電路作為內(nèi)部時(shí)鐘；海底地震儀電源采用外接供電方式，可接受9V—15V的寬頻直流電壓，同時(shí)備份電壓采用10AH鋰電池，可保證在外部供電失效的情況下儀器正常工作。儀器艙還包括頻閃燈；當(dāng)儀器艙上浮時(shí)，頻閃燈在黑夜里能有效的指示儀器艙所在方位且方便回收。

進(jìn)一步地，頻閃燈被置于儀器艙的上部利用水壓開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)儀器艙上浮，水壓減小，頻閃燈工作，頻閃燈的光源采用發(fā)光效率高，穿透性較好的高亮度發(fā)光二極管，可以連續(xù)工作12小時(shí)以上。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種針對海底地震儀通用的磁傳感器校正方案，用于抵消動(dòng)圈傳感器磁力線圈所產(chǎn)生的對周邊磁場的磁力干擾，從而使海底地震儀內(nèi)部的磁傳感器能正常的工作。提高方位角精度，使方位角精度維持在0.5°以上。設(shè)計(jì)了專門用于和基站通信的硬件接口?？蓪?shí)現(xiàn)：a）全雙工通信，可以使實(shí)傳式OBS和相連的父節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)雙向通信。b） 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多通信，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)最多可掛載256從節(jié)點(diǎn)。c） 抗干擾能力強(qiáng)，由于采用壓差驅(qū)動(dòng)，因此可以再噪聲較大的條件下實(shí)現(xiàn)可靠通信。d） 傳輸距離遠(yuǎn)，最大傳輸距離為4000英尺（約1219米）。e）傳輸速率高，最大傳輸速率可達(dá)10Mb/s。設(shè)計(jì)了適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流傳輸方案。其在保證數(shù)據(jù)流的及時(shí)有效性的前提下大幅提高數(shù)據(jù)的有效信息比，同時(shí)在加入時(shí)間引導(dǎo)幀，可保證數(shù)據(jù)流的時(shí)間有效性，并為數(shù)據(jù)恢復(fù)提供前提。設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)自恢復(fù)機(jī)制。有效的解決了儀器在受到外界干擾情況下出現(xiàn)的數(shù)據(jù)流內(nèi)碼元的突發(fā)誤碼，降低了誤碼率。同時(shí)儀器設(shè)計(jì)了針對不同突發(fā)情況下的自恢復(fù)機(jī)制，保證儀器在受到極大的干擾下仍能正常工作。設(shè)計(jì)了用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸情況下的海底地震儀對鐘機(jī)制。保證了儀器時(shí)鐘的精準(zhǔn)性。

依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，其包括以下步驟。

1）選擇好投放地點(diǎn)和方位，作業(yè)船行駛到指定地點(diǎn)。

2）用拉緊鋼纜把儀器艙與基站連接架固定好，通過交互軟件檢查儀器的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)，并對儀器參數(shù)進(jìn)行配置。

3）把具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x投放到海底，并將其通過基站連接架和海底基站進(jìn)行耦合固定。

4）通過特定的導(dǎo)纜將具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x和海底接駁盒進(jìn)行連接。海底接駁盒進(jìn)一步將具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x并入到海底采集站，進(jìn)而并入到臺網(wǎng)中心。

5）臺網(wǎng)中心通過特定的交互指令和具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行交互，并進(jìn)一步檢查儀器的入網(wǎng)狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)等，如若設(shè)備正常則進(jìn)入下一步操作，如若入網(wǎng)異常則需要對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的布設(shè)情況進(jìn)行檢查。

6）臺網(wǎng)中心同過指令和特定的對鐘信號對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行授時(shí)，并開啟采集，采集后具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x返回實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，臺網(wǎng)中心對數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)具體需求進(jìn)行分析，達(dá)到預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

7）儀器在采集過程中出現(xiàn)故障可以對臺網(wǎng)中心發(fā)送實(shí)時(shí)預(yù)警信息，并根據(jù)故障情況進(jìn)行自恢復(fù)處理，當(dāng)需要人工干預(yù)時(shí)需要對儀器進(jìn)行檢修，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效性。數(shù)據(jù)采集周期結(jié)束或者監(jiān)測周期結(jié)束，臺網(wǎng)中心向其發(fā)送停止采集指令，儀器停止發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，儀器回收。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x包括儀器艙、基站連接架；儀器艙包含玻璃儀器艙和塑料儀器艙，玻璃儀器艙固裝于塑料儀器艙內(nèi)，基站連接架位于艙球中下層，用于固定艙球和基站，加強(qiáng)和海底的耦合效果。其中，儀器艙內(nèi)部集成了四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器，水聽計(jì)，所述四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器為集成一體化的地震計(jì)組合體，使玻璃儀器艙球內(nèi)部成為一個(gè)整體；在玻璃儀器艙球外對四通道采集器系統(tǒng)以及三分量姿控傳感器和三分量高頻檢波器和水聽計(jì)進(jìn)行組裝、調(diào)試，然后放進(jìn)玻璃儀器艙球內(nèi)，通過玻璃儀器艙球擠壓O型圈來固定。

本發(fā)明中，采用改進(jìn)型四通道采集器系統(tǒng)，與原實(shí)時(shí)傳輸多功能地震儀中使用的七通道采集器系統(tǒng)相比，其技術(shù)優(yōu)勢有：（1）采集頻帶寬度增加，優(yōu)化采集擴(kuò)頻電路，調(diào)整優(yōu)化了新的反饋系數(shù)，拓展了采集頻率，并使頻帶拓展后的頻譜曲線更加平坦。達(dá)到更好的擴(kuò)頻效果。（2）結(jié)構(gòu)簡單，通過新的采集擴(kuò)頻電路后增加了頻帶寬度，從而去掉原有用于高頻帶檢測的三個(gè)通道，簡化了物理結(jié)構(gòu)，降低了檢波器選型的復(fù)雜度，同時(shí)也減少了元器件成本和組裝成本。（3）穩(wěn)定性強(qiáng)，與原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x中使用的七通道采集器系統(tǒng)相比，優(yōu)化了電路板布線，以及優(yōu)化了物理結(jié)構(gòu)，從而使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更優(yōu)，有利于采集系統(tǒng)的工作穩(wěn)定。（4）有利于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸，將七通道采集器簡化為四通道采集器后，其采集通道數(shù)減少，可以減少數(shù)據(jù)流中數(shù)據(jù)的采集通道數(shù)，從而減少數(shù)據(jù)量，更有利于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

本發(fā)明中將原有沉耦架的耦合結(jié)構(gòu)改為基站連接架的耦合裝置，相比于原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x中使用的沉耦架，其技術(shù)優(yōu)勢有：（1）結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)，基站連接架采用三角布局，取消了用于沉浮式的復(fù)雜的彈簧結(jié)構(gòu)，極大的增加了穩(wěn)定性。（2）耦合性好，其取消了彈簧結(jié)構(gòu)后可以有效減少彈簧結(jié)構(gòu)引起的彈性耦合問題，同時(shí)更減少了整體諧振的發(fā)生。（3）易于布設(shè)，其三角布局相比于之前的長方形布局更易布設(shè)，易于海底固定采集站的布設(shè)作業(yè)。（4）可自行調(diào)節(jié)，可根據(jù)海底不同環(huán)境調(diào)節(jié)基站連接架的中間配置部分高度，以及三角架寬度以及高度，有利于用戶的海底施工。

本發(fā)明中，針對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x相比在儀器的結(jié)構(gòu)部分做出改進(jìn)如下。

（1）硬件接口優(yōu)化，根據(jù)固定海底地震采集站的需求，去掉頂部水聲釋放端口，合并交互通信硬件端口為一個(gè)，位于儀器中上部，方便用戶交互。

（2）系統(tǒng)硬件電路方面優(yōu)化改進(jìn)，主要包括：a）設(shè)計(jì)研發(fā)一種針對海底地震儀通用的磁傳感器校正方案。抵消周邊磁場對傳感器的干擾。提高方位角精度，使方位角精度維持在0.5°以上。b）設(shè)計(jì)了專門用于和基站通信的硬件接口電路，具有全雙工，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)。

（3）研發(fā)專門應(yīng)用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸?shù)能浖到y(tǒng)，主要包括：a）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流傳輸方案，可有效提高數(shù)據(jù)信息比，并可為數(shù)據(jù)自恢復(fù)提高支持。b）設(shè)計(jì)儀器自恢復(fù)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)流突發(fā)誤碼自恢復(fù)以及儀器工作自恢復(fù)，提高儀器可靠性。c）設(shè)計(jì)儀器實(shí)時(shí)對鐘系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對鐘，保證數(shù)據(jù)的時(shí)鐘精度。

具體地，請參閱圖1～圖3所示，為本發(fā)明的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x結(jié)構(gòu)示意圖。其中各個(gè)附圖標(biāo)記指示如下：直流姿態(tài)調(diào)整電機(jī)1、常平環(huán)2、凸型底座（常平裝置支架）3、電池圈底座4、電機(jī)調(diào)速器5、姿態(tài)傳感器6、環(huán)形連接器7 、軸承8、三分量高頻檢波器9、塑料儀器艙上蓋10、水聽計(jì)外部接口11、上下蓋固定螺栓12、塑料儀器艙上蓋13、儀器艙與基站連接架固定螺栓14、基站連接架15、基站連接架耦合單元16。

上蓋保護(hù)罩17、水聽計(jì)保護(hù)口18、安全圈19、下蓋保護(hù)罩20、鎖緊鏍栓21、基站連接架22、真空氣嘴23、電子電路板24、玻璃儀器艙球25、支持裝置26、常平裝置27、電機(jī)裝置28、電池組29、傳感器組30。

本發(fā)明的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x由塑料儀器艙、基站連接架兩部分組成。

下面參考附圖結(jié)合各個(gè)部件，對本發(fā)明進(jìn)行更加詳盡的說明。

一、儀器艙

儀器艙是具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x中的主要部件，它是由玻璃儀器艙和塑料儀器艙組成的，玻璃儀器艙內(nèi)部采用單球一體化結(jié)構(gòu)，主要包括：

（1）常平裝置

在本發(fā)明中，設(shè)計(jì)了利用姿態(tài)傳感器6和直流姿態(tài)調(diào)整電機(jī)1對三分量姿控傳感器4進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的改進(jìn)方案，通過改進(jìn)常平裝置的結(jié)構(gòu)原理，使得內(nèi)部地震計(jì)組合體的常平動(dòng)作的保持不需要灌注硅油，不需要呈密封結(jié)構(gòu)，且體積重量均能大大地降低，更為重要的改善是，姿控調(diào)整的范圍能有較大的提高，擴(kuò)展為30度左右。將使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x在更為復(fù)雜的海底地形下正常的工作。最大工作傾斜角度達(dá)到了國外同類寬帶海底地震儀的水平。

其工作方式如下：三分量高頻檢波器9通過環(huán)形連接器7連接到常平環(huán)2上，之后通過軸承8進(jìn)而連接到凸型底座（常平裝置支架）3上。這樣在下端的檢波器懸空的狀態(tài)下，檢波器依靠自身的重力可以在前后左右四個(gè)方向上自由移動(dòng)，從而使自身達(dá)到水平狀態(tài)。其調(diào)節(jié)步驟為：當(dāng)儀器投放在海底后，儀器與海底介質(zhì)耦合，儀器通過單片機(jī)每四個(gè)小時(shí)對檢波器的姿態(tài)進(jìn)行檢測。當(dāng)檢測到姿態(tài)傳感器6的俯仰角或者翻滾角大于閾值5°時(shí)啟動(dòng)電機(jī)調(diào)平，否則認(rèn)為檢波器水平無需調(diào)整。儀器進(jìn)入調(diào)平程序后，首先通過直流姿態(tài)調(diào)整電機(jī)1和電機(jī)調(diào)速器5將檢波器上拉，上拉過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測姿態(tài)傳感器6的俯仰角和翻滾角和電機(jī)電流，當(dāng)角度小于閾值5°或者電機(jī)電流大于閾值時(shí)停止上拉，此時(shí)為姿態(tài)傳感器已經(jīng)提起到可自由移動(dòng)高度或者電機(jī)已經(jīng)將軸承上拉到最大高度。接著進(jìn)入到重力自調(diào)整狀態(tài)，檢波器依靠自身的重力達(dá)到水平位置，此時(shí)按照每秒1次的頻率檢查水平羅盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)羅盤傾角小于閾值后進(jìn)入到自調(diào)整5秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后進(jìn)入到下壓狀態(tài)。下壓狀態(tài)直流姿態(tài)調(diào)整電機(jī)1和電機(jī)調(diào)速器5改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，將三分量高頻檢波器9下壓，下壓過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)電流，當(dāng)電機(jī)電流達(dá)到下壓閾值時(shí)，說明三分量高頻檢波器9已經(jīng)壓實(shí)，已達(dá)到和玻璃艙球達(dá)到緊耦合狀態(tài)，調(diào)平流程結(jié)束。

常平環(huán)2將電池組29、三分量高頻檢波器9、電子電路板24聯(lián)結(jié)成了一個(gè)整體，形成了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一體化。儀器艙組裝、調(diào)試工作都可以在耐壓玻璃儀器艙球外完成。玻璃儀器艙球可看成僅是個(gè)機(jī)殼，將測試好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x放入玻璃儀器艙球中，由O型圈壓縮固定，完成組裝。這種結(jié)構(gòu)也降低了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的附加振顫。

（2）采用姿控寬帶地震計(jì)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x中集成了姿態(tài)傳感器6，姿態(tài)傳感器6是近年來新興的技術(shù)，通過它可測量得到三個(gè)分向的加速度值，儀器通過三個(gè)分向的加速度值通過軟件算法得到此時(shí)的俯仰角和翻滾角從而檢測傳感器的水平狀態(tài)，并在調(diào)平過程中提供實(shí)時(shí)水平參數(shù)達(dá)到調(diào)平使具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的工作可靠性大大提高 。

（3）采集器系統(tǒng)

a)前放電路采用廠家推薦的放大電路形式，在信號輸入端加配一階無源LC低通抗混疊濾波器，采用極低噪音精密雙運(yùn)算放大器構(gòu)成具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的放大電路，增益為30dB，放大電路噪音折合到輸入端為0.4μV（峰－峰值）。具有很高的抗干擾能力。

b)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x采用溫補(bǔ)晶振構(gòu)成的振蕩電路作為內(nèi)部時(shí)鐘，在0^oC至4^oC溫度范圍內(nèi)其精度優(yōu)于。影響石英晶體振蕩頻率精度的主要是溫度因素,而海底的溫度相對恒定，在2000米深的海底，溫度的年變化僅在0.5度，所以時(shí)鐘精度能有效地保證。為減小線路板的噪音，系統(tǒng)所需的所有不同頻率的時(shí)鐘（主要是模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘和單片機(jī)時(shí)鐘）采用對同一時(shí)鐘分頻獲得。

c)數(shù)據(jù)存儲采用數(shù)碼相機(jī)和播放機(jī)上廣泛采用的SD（Secure Digital）卡，具有統(tǒng)一接口，容量可從16G擴(kuò)展到32G或更高。

d)在電路設(shè)計(jì)中堅(jiān)持微功耗設(shè)計(jì)原則;為了系統(tǒng)功耗微功耗的目的,數(shù)據(jù)采集器的硬件電路設(shè)計(jì)遵從了以下的原則：（1）采用CMOS型器件，（2）采用1.8V、3V和5V單電源低電壓供電；（3）數(shù)字電路盡量采用較低頻率的工作時(shí)鐘；（4）盡量降低系統(tǒng)的無功功耗,整體功耗<0.3W。

f)采集器的A/D轉(zhuǎn)換采用4階Σ-Δ型ADS1251增量調(diào)制器，AD時(shí)鐘由單片機(jī)LPC1768分頻輸出，數(shù)字濾波的功能采用軟件編程完成。AD每完成一次轉(zhuǎn)換，觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷，單片機(jī)的中斷程序?qū)D數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。這種方式不僅可以在降低功耗和縮小體積的基礎(chǔ)上得到足夠的動(dòng)態(tài)范圍（>120dB），還能根據(jù)實(shí)際的不同需要，動(dòng)態(tài)調(diào)整其頻率-相位特性?？刂颇K采用ARM7內(nèi)核高性能單片機(jī)(NXP公司LPC1768)。工作電壓3.3/1.8V，48M主頻，在完成A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波的同時(shí)控制存儲、通訊等其它模塊工作。單片機(jī)工作在空閑模式（idle mode）,中斷驅(qū)動(dòng)模式。

g)控制器連接了4通道完全相同的AD 模塊（第1-3通道連接寬帶地震計(jì)，第4通道連接水聽計(jì)通道），通過多路開關(guān)（MAX4052）進(jìn)行切換，利用單片機(jī)的GPIO腳作為地址線選通讀入1-4通道的AD數(shù)據(jù)。

（4）具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x電源

具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x預(yù)留外部供電接口，接口采用寬頻電源的電路設(shè)計(jì)，可以在外接9V—15V的直流電源下保持儀器的正常工作狀態(tài)。同時(shí)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x預(yù)留可以加裝電池的內(nèi)部空間，加裝的電池采用10AH鋰電池，每套儀器艙安裝10枚。每個(gè)鋰電池單獨(dú)帶保護(hù)器，的電池按環(huán)狀固定在玻璃艙球的下部，地震儀通過單片機(jī)對每個(gè)電池的充放電狀態(tài)和電壓進(jìn)行檢測，并能通過交互界面顯示。充電通過艙球上的插座進(jìn)行，用戶可以了解每個(gè)電池的充電電量、充電時(shí)間等信息。通過專用的充電器用戶可以在數(shù)十小時(shí)內(nèi)完成對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的充電工作。每次充電操作用戶都能掌握充電前后電池電壓狀態(tài)，充電電量等信息，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池失效或性能降低的情況。從而對失效電池及時(shí)進(jìn)行更換，或根據(jù)電池性能降低的情況縮短具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x在海底工作的時(shí)間。

內(nèi)置的電源管理模塊能實(shí)時(shí)地監(jiān)督電池的電能儲量，當(dāng)能量低于某一預(yù)定值，地震儀會關(guān)閉除了水聲通信之外的所有耗電設(shè)備，使地震儀在海底滯留一年以上的時(shí)間仍能正?；厥?。

（5）磁傳感器校正方案

由于存在儀器周邊強(qiáng)磁場和儀器內(nèi)部電子器件自身磁場的存在，會對大地的電磁場產(chǎn)生干擾，從而使其周邊磁場環(huán)境產(chǎn)生扭曲，如果不進(jìn)行傳感器進(jìn)行磁場校正，直接應(yīng)用傳感器產(chǎn)出的磁場參數(shù)計(jì)算方位角，必然會產(chǎn)生較大誤差。設(shè)計(jì)的校正方案為：將儀器緩慢旋轉(zhuǎn)720°，在此期間按照0.5°每次的頻率讀取傳感器的X軸的磁場強(qiáng)度Hx,以及Y軸的磁場強(qiáng)度Hy,旋轉(zhuǎn)完成后根據(jù)兩周測量的值取平均值，得到以0.5°為單位的每個(gè)角度上的Hx和Hy。以此歸一化為橢圓模型，之后求得橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)。此兩個(gè)焦點(diǎn)與零點(diǎn)的偏移值即為傳感器的校正值。將此參數(shù)保存后，再在每次測得的磁場強(qiáng)度經(jīng)過此橢圓模型校正，校正后的值參與方位角運(yùn)算可以得到真實(shí)的方位角。理論驗(yàn)證誤差可以控制在0.5°范圍內(nèi)。

（6）基于實(shí)傳的硬件通信接口

為實(shí)現(xiàn)與海底基站的有效接連，提高接口的抗干擾能力，同時(shí)兼容雙工通信以及傳輸速率等要求，設(shè)計(jì)基于實(shí)傳的硬件通信接口如下：首先在儀器艙內(nèi)采用專門的電平轉(zhuǎn)換芯片將3.3V電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，然后通過特定的電路將RS232電平轉(zhuǎn)換為RS484電平標(biāo)準(zhǔn)。儀器對外提供RS484電平標(biāo)準(zhǔn)，由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接256個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Slave），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。

（7）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流格式

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流包括通信指令和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)指令，設(shè)計(jì)方案采用不用的指令頭將兩者分開，于儀器的通信指令主要集中在儀器的初始化設(shè)置階段，與儀器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相比，所占數(shù)據(jù)流的比例較低，并且涉及到用戶的交互體驗(yàn)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，主要將通信指令的兼容性和用戶的可讀性和易用性放在首要地位，用戶可通過指令實(shí)現(xiàn)儀器的控制和各項(xiàng)參數(shù)的查詢。儀器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀格式是指儀器與臺網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸袷?。?shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀是儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕畔卧?，承載了大量的實(shí)時(shí)地震分量數(shù)據(jù)以及水聽計(jì)單元的水聲數(shù)據(jù)，因此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀需要保證數(shù)據(jù)的及時(shí)有效性，并在保證用戶易用性的同時(shí)提高數(shù)據(jù)的有效信息比。在這里摒棄在每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)單元內(nèi)加入時(shí)間戳的做法，采用在發(fā)送采樣率個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)單元前發(fā)送時(shí)間引導(dǎo)信息幀的方法，這樣在最大范圍的保證時(shí)間精度的同時(shí)又可以極大的增加有效信息比。

（8）自恢復(fù)機(jī)制

具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的自恢復(fù)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)的自恢復(fù)和儀器的自恢復(fù)。當(dāng)單個(gè)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，短時(shí)失效或者出現(xiàn)傳輸誤碼時(shí)，用戶需要從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀中及時(shí)的檢測出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，從而剔除失效數(shù)據(jù)并去除錯(cuò)誤碼位，以達(dá)到減少數(shù)據(jù)損失，提高有效信息數(shù)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自恢復(fù)的目的；同時(shí)儀器能夠通過條件性自檢重啟流程，檢測出現(xiàn)失效和誤碼的原因，并采取相應(yīng)的設(shè)備自恢復(fù)流程。因此在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀格式時(shí)，首先提高時(shí)間引導(dǎo)幀的時(shí)間精度，時(shí)間單位在秒位后增加了由4個(gè)8位組成的TC值，將時(shí)間單元精度提高到了二十四分之一微妙，時(shí)間引導(dǎo)幀所表示的時(shí)間是隨后第一個(gè)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間，精度在十分之一微秒以上。隨后在發(fā)送采樣率個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀后發(fā)送一次時(shí)間幀，并且在數(shù)據(jù)幀內(nèi)增加一個(gè)8位來表示數(shù)據(jù)序號，序號以采樣率為周期循環(huán)。通過如上設(shè)計(jì)可以精確的得到數(shù)據(jù)的采集時(shí)間，為實(shí)現(xiàn)精確校正對時(shí)提供條件；同時(shí)循環(huán)發(fā)送時(shí)間幀和在在數(shù)據(jù)幀內(nèi)插入序號的做法為數(shù)據(jù)的自恢復(fù)提供了基礎(chǔ)?，F(xiàn)將上述的自恢復(fù)機(jī)制討論如下。

a）數(shù)據(jù)在傳輸過程中因外在干擾或者各種突發(fā)原因造成傳輸誤碼，出現(xiàn)單個(gè)碼元或幾個(gè)碼元的傳輸錯(cuò)誤。在這種情況下，錯(cuò)誤碼元的產(chǎn)生會有很大的突發(fā)性和隨機(jī)性，且對后續(xù)數(shù)據(jù)的影響較小，并不會產(chǎn)生寄生誤碼。此時(shí)，如果錯(cuò)誤碼元出現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀內(nèi)，那么我們可以監(jiān)測到錯(cuò)誤碼元和相連的數(shù)據(jù)碼之間存在極大的幅值波動(dòng)，與相鄰數(shù)據(jù)相關(guān)性極小，波形表現(xiàn)出明顯的非連續(xù)性，那么我們將采用相關(guān)性算法剔除并舍棄相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀內(nèi)的錯(cuò)誤碼元，最大限度的保留數(shù)據(jù)的完整性。如果錯(cuò)誤碼元出現(xiàn)在時(shí)間引導(dǎo)幀內(nèi)，那么時(shí)間引導(dǎo)幀所傳遞的時(shí)間數(shù)據(jù)將會有明顯的錯(cuò)誤內(nèi)容，我們可以通過前后的數(shù)據(jù)引導(dǎo)幀來推導(dǎo)和糾正時(shí)間數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)突發(fā)誤碼的自恢復(fù)。

b）儀器受到外接強(qiáng)干擾，碰撞等各種外界因素而出現(xiàn)的短時(shí)失效時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會出現(xiàn)片段性失效。具體表現(xiàn)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)大量的限伏數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)兩級波動(dòng)等。這時(shí)當(dāng)我們監(jiān)測到片段性失效時(shí)，可以繼續(xù)觀測后續(xù)數(shù)據(jù)，在后續(xù)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常并且失真數(shù)據(jù)段較小的情況下可以相應(yīng)的剔除相應(yīng)的無效數(shù)據(jù)段，減少數(shù)據(jù)損失。如若發(fā)現(xiàn)后續(xù)數(shù)據(jù)繼續(xù)失真嚴(yán)重，那么將會進(jìn)入到儀器自檢和重啟流程。及時(shí)的恢復(fù)節(jié)點(diǎn)功能。

c）如若儀器發(fā)生致命性外界損害，或者線纜破壞斷裂等惡劣環(huán)境，此時(shí)可能出現(xiàn)持續(xù)無效數(shù)據(jù)產(chǎn)生或者數(shù)據(jù)傳輸中斷等情況。此時(shí)如若通過儀器自檢重啟的自恢復(fù)機(jī)制仍不能使儀器正常工作，或者儀器直接離線，這時(shí)用戶將收到高級別報(bào)警，及時(shí)提醒用戶進(jìn)行相應(yīng)的檢修，將損失降到最低限度。

（9）實(shí)時(shí)對鐘機(jī)制

在具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x設(shè)計(jì)中，我們通過接收外部PPS秒脈沖信號來實(shí)現(xiàn)儀器時(shí)鐘同步，達(dá)到精確授時(shí)的目的。

儀器開始采集之前，首先對儀器進(jìn)行精確授時(shí)操作，從而使具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x獲得微妙級準(zhǔn)確的當(dāng)前時(shí)間。其主要原理為我們通過串口向設(shè)備發(fā)送包含秒級時(shí)間信息的對鐘指令，其所包含的時(shí)間信息即為隨后向設(shè)備發(fā)送的第一個(gè)PPS秒脈沖的精確時(shí)間。設(shè)備收到對鐘指令后便等待第一個(gè)PPS時(shí)鐘到來，第一個(gè)PPS秒脈沖到來后將觸發(fā)設(shè)備內(nèi)部計(jì)時(shí)器,并將時(shí)間校正為對鐘指令所指示的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)精確授時(shí)。

在儀器運(yùn)行期間，我們采用內(nèi)外時(shí)鐘結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步和高精度采集。若PPS秒脈沖來臨，此時(shí)儀器內(nèi)部時(shí)鐘剛剛完成秒時(shí)間進(jìn)位，時(shí)鐘進(jìn)位超前，而以主頻為單位的秒內(nèi)分頻計(jì)數(shù)TC值此時(shí)的值為清零后的較小值，其值必然小于二分之一秒內(nèi)分頻單位，此時(shí)我們將TC值清理，從而達(dá)到精確校正；若外部PPS脈沖來臨時(shí)，儀器內(nèi)部時(shí)鐘剛好完成進(jìn)位，TC值為零，不需要校正；若外部PPS來臨時(shí),儀器內(nèi)部時(shí)鐘尚未進(jìn)位，時(shí)鐘進(jìn)位滯后，此時(shí)的TC值必然大于二分之一秒內(nèi)分頻單位，此時(shí)我們將儀器內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)位，并將TC值清理，完成校正。以上三種情況囊括了在儀器運(yùn)行期間的所有校正情況，通過外部提供精準(zhǔn)的PPS秒脈沖信號，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行期間具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x時(shí)鐘的精確同步。

（10）頻閃燈：當(dāng)儀器艙上浮時(shí)，頻閃燈在黑夜里能有效的指示儀器艙所在方位方便回收。頻閃燈被置于高壓艙球的上部利用水壓開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)艙上浮，水壓減小，頻閃燈工作，光源采用發(fā)光效率高，穿透性較好的高亮度發(fā)光二極管?？梢赃B續(xù)工作12小時(shí)以上。

四、基站連接架：

基站連接架22，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料制成，整體結(jié)構(gòu)為三角立體設(shè)計(jì)，由儀器艙與基站連接架固定螺栓14與具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x連接，下端通過基站連接架耦合單元16與海底介質(zhì)耦合接觸。其整體采用下輻射式設(shè)計(jì)，同時(shí)在中間直角加固架，保證儀器的穩(wěn)定性。其高度可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，方便和海底采集站的接駁操作。同時(shí)，中間直角加固架高度可調(diào)，在其上面可放置固定加固重物，增加整個(gè)支架的耦合度和穩(wěn)定性。提高具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x記錄數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

使用具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的具體實(shí)施過程如下。

1. 選擇好投放地點(diǎn)和方位，作業(yè)船行駛到指定地點(diǎn)。

2. 用拉緊鋼纜把儀器艙與基站連接架固定好，通過交互軟件檢查儀器的各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)，并對儀器參數(shù)進(jìn)行配置。

3. 把具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x投放到海底，并將其通過基站連接架和海底基站進(jìn)行耦合固定。

4. 通過特定的導(dǎo)纜將具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x和海底接駁盒進(jìn)行連接。海底接駁盒進(jìn)一步將具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x并入到海底采集站，進(jìn)而并入到臺網(wǎng)中心。

5.臺網(wǎng)中心通過特定的交互指令和具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行交互，并進(jìn)一步檢查儀器的入網(wǎng)狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)等，如若設(shè)備正常則進(jìn)入下一步操作，如若入網(wǎng)異常則需要對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x的布設(shè)情況進(jìn)行檢查。

6. 臺網(wǎng)中心同過指令和特定的對鐘信號對具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x進(jìn)行授時(shí)，并開啟采集，采集后具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喙δ芎５椎卣饍x返回實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，臺網(wǎng)中心對數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)具體需求進(jìn)行分析，達(dá)到預(yù)警和實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

7. 儀器在采集過程中出現(xiàn)故障可以對臺網(wǎng)中心發(fā)送實(shí)時(shí)預(yù)警信息，并根據(jù)故障情況進(jìn)行自恢復(fù)處理，當(dāng)需要人工干預(yù)時(shí)需要對儀器進(jìn)行檢修，保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的及時(shí)有效性。數(shù)據(jù)采集周期結(jié)束或者監(jiān)測周期結(jié)束，臺網(wǎng)中心向其發(fā)送停止采集指令，儀器停止發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，儀器回收。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明實(shí)施例揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。