本發(fā)明涉及海洋地震勘探設備的技術領域，具體涉及一種應用于海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)中的水下數(shù)據(jù)傳輸裝置。

背景技術：

海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)主要應用于海洋資源勘探領域，拖纜上每隔一段距離拖掛一個數(shù)字包。該系統(tǒng)作業(yè)時，人工激發(fā)地震波信號，每級數(shù)字包采集海底反射的地震數(shù)據(jù)，并逐級傳輸?shù)酱d分析系統(tǒng)進行分析處理，從而解析出海底地質(zhì)結構。

在之前的海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)中，水下數(shù)據(jù)傳輸裝置主要包括均衡器、串并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換、預加重等芯片功能模塊，以及一塊FPGA構成的中央處理模塊，從而實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的長距離傳輸。這樣的傳輸裝置集成度不高，體積大，不方便安裝，同時功耗較大，受限于海洋勘探作業(yè)中的供電方式，不利于對系統(tǒng)中的拖纜長度進行拓展，難以進行深海地質(zhì)結構的勘探。

隨著海洋地震勘探的深?；?，現(xiàn)有的拖纜系統(tǒng)掛載能力不足，需要降低水下拖纜傳輸包的集成度和功耗，以增強拖纜掛載能力，從而增加拖纜長度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術解決問題：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種應用于海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)中的水下數(shù)據(jù)傳輸裝置，解決水下數(shù)據(jù)傳輸裝置的集成度和功耗問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明設計一個拖掛在海洋地震勘探系統(tǒng)水下拖纜上的新型高集成、低功耗傳輸包，在總功率不變的情況下，增強水下拖纜系統(tǒng)掛載傳輸包的數(shù)量，增加拖纜長度，實現(xiàn)對深海的地質(zhì)勘探。

傳輸包包括一個電源轉(zhuǎn)換模塊，把船上逐級傳下來的高壓直流電源轉(zhuǎn)換成低壓直流電源給傳輸包上芯片供電。

傳輸包上的采集板接口和另一個采集板相連，接收采集板上采集到的地震波數(shù)據(jù)。

傳輸包上的FPGA使用Altera的Cyclone V系列，用來接收處理上級傳輸包傳來的數(shù)據(jù)，整理好后傳輸給下一級傳輸包，同時可以接收船上發(fā)出的命令并返回實時工作狀態(tài)給船載系統(tǒng)。

FPGA內(nèi)部對數(shù)據(jù)的處理分為采集、發(fā)送、接收、中央處理四個模塊。

采集模塊負責對采集板接口傳來的本地傳感器、ADC采集到的數(shù)字信號進行協(xié)議編碼，數(shù)據(jù)壓縮，8B/10B編碼，處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央處理模塊等待處理。

發(fā)送模塊對中央處理模塊發(fā)送過來的并行數(shù)據(jù)進行串行化處理，在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)對串行信號的預加重，減少長距離信道傳輸中信號的失真。

接收模塊用來接收上一級傳輸包發(fā)送的數(shù)據(jù)，采用Serdes方式傳輸，首先利用FPGA實現(xiàn)基于LMS算法的自適應均衡器，降低碼間干擾，降低誤碼率。對處理好的串行數(shù)據(jù)并行化處理，再發(fā)送至中央處理模塊。為了實現(xiàn)時鐘同步，需要在串并轉(zhuǎn)換的同時從串行數(shù)據(jù)中解析出同步時鐘，可以通過FPGA內(nèi)置PLL實現(xiàn)也可以外接壓控振蕩器實現(xiàn)，滿足不同數(shù)據(jù)率的要求。

中央處理模塊主要用來對接收模塊和采集模塊傳輸至的數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議進行判選，判斷無誤的數(shù)據(jù)繼續(xù)發(fā)往發(fā)送模塊，如果采集模塊傳至的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼則對采集模塊發(fā)出重傳指令，對采集模塊緩存的數(shù)據(jù)進行重新傳輸，如果接收模塊傳至的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼則直接丟棄。

本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)設計，把接收模塊和發(fā)送模塊集成在FPGA內(nèi)部，而不需要在外圍添加均衡、串并并串轉(zhuǎn)換、預加重芯片，從而降低功率，提高集成度。接收模塊基于最小均方算法實現(xiàn)自適應均衡，提高傳輸裝置接收到數(shù)據(jù)的可靠性，降低誤碼率，同時利用鎖相環(huán)從均衡后的串行數(shù)據(jù)中解析出時鐘，與本地時鐘進行比較，從而實現(xiàn)本級傳輸裝置和上級傳輸裝置的時鐘同步。

FPGA內(nèi)部的中央處理模塊可以對采集模塊和接收模塊傳至的數(shù)據(jù)進行區(qū)分處理。如果經(jīng)采集模塊傳至的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼，中央處理模塊可以發(fā)送重傳指令，對采集模塊緩存的數(shù)據(jù)進行重傳處理，直至最終數(shù)據(jù)正確，采集模塊清除緩存，確保采集到的數(shù)據(jù)準確可靠。如果經(jīng)接收模塊傳送至的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼，為了減少協(xié)議開銷，直接舍棄錯誤數(shù)據(jù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：

(1)在之前的海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)中，水下數(shù)據(jù)傳輸裝置集成度不高、體積偏大，不方便安裝，同時功耗較大，受限于海洋勘探作業(yè)中的供電方式，不利于對系統(tǒng)中的拖纜長度進行拓展，難以進行深海地質(zhì)結構的勘探。本發(fā)明高集成、低功耗，具有廣闊的應用前景。

(2)本發(fā)明和舊系統(tǒng)相比省去了外部的預加重芯片、均衡芯片、串并轉(zhuǎn)換芯片、并串轉(zhuǎn)換芯片，通過在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)了這些功能，滿足實現(xiàn)傳輸功能降低誤碼率要求的同時，大大簡化了傳輸包的硬件設計。

(3)本發(fā)明由于設計的簡化，把功能都集中在FPGA內(nèi)部，提高了集成度，縮小了傳輸包的體積，方便實際工程中的配置安裝。

(4)本發(fā)明省略了外圍芯片的設計，每個傳輸包降低總功率減少60％左右，極大的增強了海洋地震勘探系統(tǒng)水下拖纜的掛載能力，實現(xiàn)對拖纜長度的升級換代。

附圖說明

圖1為本發(fā)明組成框圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明包括：電源轉(zhuǎn)換模塊、FPGA和采集板接口；FPGA包括接收模塊、發(fā)送模塊、中央處理模塊。

電源轉(zhuǎn)換模塊，把高壓的直流電源轉(zhuǎn)換成低壓的直流電源給傳出包供電。

FPGA內(nèi)接收模塊，接收上級傳輸包傳送到的串行數(shù)據(jù)。

采集模塊，接收本地采集板的數(shù)據(jù)，并進行處理。

發(fā)送模塊，把處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送到下一級的傳輸包。

中央處理模塊，對數(shù)據(jù)進行處理，同時具備檢錯糾錯功能，提高穩(wěn)定性。

如圖1所示，上級傳輸包傳到本地傳輸包的數(shù)據(jù)，直接進入FPGA內(nèi)部接收模塊。經(jīng)過長距離的傳輸進入接收模塊的數(shù)據(jù)與上一級傳輸包發(fā)送的數(shù)據(jù)相比有所衰減，在接收模塊中首先對這些數(shù)據(jù)進行基于LMS算法的自適應均衡，以便降低誤碼率。借助鎖相環(huán)從均衡處理后得到的串行數(shù)據(jù)中恢復出時鐘，同時利用該時鐘把均衡后得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，處理好后的并行數(shù)據(jù)發(fā)往中央處理模塊。

采集板接口與外圍的采集板相連，傳輸包內(nèi)部的采集模塊通過采集板接口接收到外圍采集板采集到的數(shù)據(jù)。在采集模塊中對這些無序的數(shù)據(jù)進行緩存，緩存好后按照設定好的協(xié)議進行編碼，并對協(xié)議編碼后的數(shù)據(jù)進行壓縮。為了防止數(shù)據(jù)流中0或1過于集中，最后在采集模塊中對壓縮好的數(shù)據(jù)再進行8B/10B編碼，處理好后的數(shù)據(jù)發(fā)往中央處理模塊。

在中央處理模塊中對所接收到的數(shù)據(jù)按照協(xié)議進行檢錯，為了保證傳輸?shù)膶崟r性，如果是接收模塊傳輸至的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了部分誤碼，因為并不影響最終分析，直接舍棄。如果是采集模塊傳輸至的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了誤碼，中央處理模塊給采集模塊發(fā)出重傳指令，采集模塊把之前緩存好的數(shù)據(jù)處理后重新發(fā)往中央處理模塊，直至數(shù)據(jù)準確可靠。中央處理模塊最后把綜合好的可靠數(shù)據(jù)發(fā)往發(fā)送模塊。

發(fā)送模塊接收來自中央處理模塊的并行數(shù)據(jù)，根據(jù)接收模塊從串行數(shù)據(jù)中解析出的時鐘調(diào)整本地時鐘，利用調(diào)整后的時鐘把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，最后為了盡可能減少長距離傳輸過程中的信號衰弱，對串行數(shù)據(jù)進行預加重處理，處理好的數(shù)據(jù)發(fā)往下一級傳輸包。

以上就是每一級傳輸包的工作流程，大部分的工作都集成在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)，提高了集成度，同時降低了傳輸包的功耗，為海洋地震勘探拖纜系統(tǒng)的升級提供了技術支持。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，因此凡本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。