海上地震探測傳輸系統的設計

　數據傳輸和實(shí)時(shí)處理子系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)傳輸系統)是海上地震探測系統的重要組成部分。其傳輸速率與穩定性直接影響海上地震信息的采集質(zhì)量，高性能的傳輸系統可以保證數據傳輸的高速度和高準確度。
　海上地震探測傳輸系統在國外已有成熟的產(chǎn)品，但其成本較高，并且多采用設置時(shí)間戳的方法傳輸不同傳輸板的數據[1]，要求電纜外部采用大量緩存，以識別時(shí)間戳以使數據有序上傳。為滿(mǎn)足海上地震信息采集的需要，傳輸系統應具有傳輸速率高(大于100 Mb/s)、傳輸距離長(cháng)(傳輸板間距可達100 m)的特點(diǎn)。國內傳輸系統大多采用光纖作為傳輸介質(zhì)[2]，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，無(wú)中繼傳輸距離遠，無(wú)電磁干擾，但是其光電轉換接口部分成本較高且不易維護，安裝不便。針對以上問(wèn)題，設計了一種海上地震探測傳輸系統。此系統采用流水線(xiàn)逐級上傳數據的方法解決了電纜外部需要大量緩存的問(wèn)題[1]，大大減少了成本和空間。采用基于LVDS和雙絞線(xiàn)技術(shù)的傳輸方式，實(shí)現了100 m長(cháng)度下160 Mb/s數據的穩定傳輸。此系統在滿(mǎn)足高速率傳輸的同時(shí)，具有成本低，使用方便，安裝容易，體積小等優(yōu)點(diǎn)，使電纜傳輸成功應用于地震采集數據傳輸系統。
1 系統結構
海上地震探測傳輸系統的結構框圖如圖1所示。該系統由多個(gè)數據采集和傳輸單元組成，每個(gè)數據采集和傳輸單元被放置在海上的水下工作區。傳感器采用壓電傳感器或光纖傳感器，用于采集水下的地震信號；采集板主要由前置放大、模數轉換電路和FPGA(Field Programmable Gate Array)組成，用于將地震信號放大濾波后轉換成數字信號傳送到傳輸板；傳輸板主要由LVDS收發(fā)電路、預加重均衡電路和FPGA組成，用于接收本地采集板上傳的數據、打包成幀，并完成數據在級聯(lián)傳輸板間的有序上傳；上位機通過(guò)PCI采集板采集傳輸板上傳的數據并存儲，同時(shí)發(fā)送對各傳輸板和采集板的控制命令，控制地震信號的有序采集。

2 系統傳輸板硬件電路設計
2.1 傳輸板設計參數要求
　該系統采集板的部分設計參數要求如下：傳輸板板間間距100 m，每條拖纜需要級聯(lián)30個(gè)傳輸板，水下連接采集板的拖纜長(cháng)3 km；每個(gè)傳輸板下設一個(gè)采集板，每個(gè)采集板下設16個(gè)傳感器,傳感器每次采樣24 bit，采樣率4 kHz。
2.2 傳輸板的硬件設計
　傳輸板硬件框圖如圖2所示。由于系統中各傳輸板的間距為100 m，而且數據傳輸率要求保證為160 Mb/s，故采用LVDS串化芯片MAX9205與預加重芯片CLC006組成數據發(fā)送端，采用LVDS解串芯片MAX9206與均衡芯片CLC014組成數據接收端。數據接收端與發(fā)送端共同完成高速長(cháng)距離數據傳輸。由于下傳命令速率較低，采用RS485傳輸，芯片選用MAX3490。雙絞線(xiàn)具有尺寸小、柔軟性好、抗干擾能力強、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，系統采用內含4對的六類(lèi)雙絞線(xiàn)傳輸數據信號、命令信號及同步信號。FPGA作為傳輸板的核心，主要完成三方面的工作：(1)命令解析及下傳，通過(guò)RS485方式接收上位機命令，對其進(jìn)行解析后下傳送采集板，同時(shí)發(fā)送至后續傳輸板；(2)數據接收及處理，接收本地采集板數據并打包成幀；(3)完成數據流水線(xiàn)。