專(zhuān)利名稱(chēng)：用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)及其通信協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，具體是一種用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)及其通信協(xié)議。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外廣為使用的陸上地震勘探儀器中的數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)為美國(guó)ION 公司的系統(tǒng)IV以及法國(guó)krcel公司的408UL地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)的陸上地震勘探數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是進(jìn)口這兩家的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)地震勘探的工作已經(jīng)展開(kāi)，從國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利檢索系統(tǒng)中查詢(xún)到有中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司申請(qǐng)的專(zhuān)利“交叉站大線(xiàn)接口通信系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)?00910081815. 6)。下面以這三家的產(chǎn)品或?qū)＠麨楸尘敖榻B目前的交叉站的數(shù)據(jù)傳輸方式。美國(guó)ION公司的系統(tǒng)IV是商用地震勘探儀器。交叉站和采集站之間采用RS485 硬件接口進(jìn)行通信，傳輸傳輸速率是8Mbps (每秒8兆位)，通信協(xié)議是自定義的專(zhuān)用協(xié)議， 對(duì)外沒(méi)有公開(kāi)，屬商業(yè)保密內(nèi)容。法國(guó)krcel公司的408UL是商用地震勘探儀器。交叉站對(duì)外的所有接口都是兩對(duì)非屏蔽雙絞線(xiàn)。交叉站和交叉站之間的數(shù)據(jù)傳輸速率是18. 384Mbps，交叉站和采集站的大線(xiàn)上數(shù)據(jù)傳輸速率是8. 192Mbps。 408UL采用類(lèi)TCP/IP通訊協(xié)議，并分為異步和同步兩種通訊方式。交叉站對(duì)外接口硬件采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的電路芯片，芯片的技術(shù)數(shù)據(jù)屬于商業(yè)保密內(nèi)容。交叉站對(duì)外的詳細(xì)通信控制技術(shù)也屬于商業(yè)保密內(nèi)容。中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司申請(qǐng)的專(zhuān)利“交叉站大線(xiàn)接口通信系統(tǒng)”(申請(qǐng)?zhí)?00910081815. 6)中描述的交叉站，采用嵌入式MPC8270處理機(jī)作為主控單元，實(shí)現(xiàn)測(cè)線(xiàn)的二級(jí)管理、測(cè)線(xiàn)和交叉線(xiàn)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和重新排列任務(wù)等。交叉站的通訊接口，分為控制命令接口和數(shù)據(jù)傳輸接口兩種。其中，命令接口采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，通訊速率為5001ibpS (每秒千位)，數(shù)據(jù)傳輸接口采用以太網(wǎng)物理層AN5802芯片，傳輸速率40Mbps。 通信協(xié)議的下行命令幀采用UART幀，采用類(lèi)HDLC包封裝，通信協(xié)議的上行數(shù)據(jù)幀采用MAC 幀，物理傳輸為L(zhǎng)RE。目前，分布式地震勘探儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)普遍采用“主控機(jī)+交叉站+采集站”的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。交叉站是儀器中每條大線(xiàn)的管理節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)，也是大線(xiàn)和交叉線(xiàn)的交匯節(jié)點(diǎn)。交叉站向其所連接的大線(xiàn)的下屬采集站發(fā)送命令，接收和上傳來(lái)自下屬采集站的應(yīng)答、狀態(tài)信息和地震數(shù)據(jù)。同時(shí)，也向其所連接的交叉線(xiàn)的下屬交叉站發(fā)送命令，接收和上傳來(lái)自下屬交叉站的應(yīng)答、狀態(tài)信息和地震數(shù)據(jù)。隨著高精度地震勘探技術(shù)的發(fā)展， 儀器的道數(shù)越來(lái)越大，采樣率的要求也由原來(lái)500sps，提高到4ksps。對(duì)于某些特殊的勘探，采樣率甚至高達(dá)16ksps或32ksps。高采樣率產(chǎn)生了更大的數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)儀器高效率的工作，要求采集到的數(shù)據(jù)在下一炮放炮之前傳輸完畢，盡量減少或不能有因?yàn)閿?shù)傳滯后帶來(lái)的死時(shí)間。目前國(guó)內(nèi)已有地震勘探儀器的交叉站通信接口的數(shù)傳速率范圍通常在8_40Mbps，限制了大規(guī)模、高精度、高采樣率地震勘探儀器的實(shí)時(shí)性和工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)及其通信協(xié)議，解決現(xiàn)有通信系統(tǒng)數(shù)傳速率低的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為
用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)，包括主控機(jī)、交叉站和采集站，所述的主控機(jī)依次與交叉站連接，交叉站之間通過(guò)交叉線(xiàn)連接，采集站通過(guò)大線(xiàn)連接于每個(gè)交叉站的兩側(cè)，所述的每個(gè)交叉站均包括有現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、并/串轉(zhuǎn)換器、串/并轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、均衡器、命令接口和數(shù)據(jù)接口，每個(gè)命令接口均分別依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和并/串轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，每個(gè)數(shù)據(jù)接口均分別依次通過(guò)均衡器和串/并轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。所述的每個(gè)交叉站均包括有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、四個(gè)并/串轉(zhuǎn)換器、四個(gè)串/ 并轉(zhuǎn)換器、四個(gè)驅(qū)動(dòng)器、四個(gè)均衡器、四個(gè)命令接口和四個(gè)數(shù)據(jù)接口，四個(gè)命令接口均分別依次通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)并/串轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，四個(gè)數(shù)據(jù)接口均分別依次通過(guò)一個(gè)均衡器和一個(gè)串/并轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。所述的驅(qū)動(dòng)器選用驅(qū)動(dòng)器CLC001 ；所述的均衡器選用均衡器CLCO12。所述的交叉站的四個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有一個(gè)接插件，一個(gè)命令接口和一個(gè)數(shù)據(jù)接口作為一組，設(shè)置在一個(gè)接插件內(nèi)。用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)的通信協(xié)議，包括有命令幀和數(shù)據(jù)幀， 命令幀包括有4個(gè)字節(jié)，分別為纜號(hào)1字節(jié)、包號(hào)1字節(jié)、傳輸命令I(lǐng)D 1字節(jié)和命令參數(shù)1 字節(jié)，數(shù)據(jù)幀包括有208個(gè)字節(jié)，分別為幀ID 1字節(jié)、纜號(hào)1字節(jié)、包號(hào)2字節(jié)、幀時(shí)間戳2 字節(jié)、狀態(tài)數(shù)據(jù)8字節(jié)、地震數(shù)據(jù)192字節(jié)和校驗(yàn)2字節(jié)。所述的每個(gè)采集站上連接有2-8個(gè)檢測(cè)波，可以根據(jù)需要靈活配置。本發(fā)明所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，是交叉站的控制中心，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)命令的解析、 轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)；并/串轉(zhuǎn)換器的功能是將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)；串/并轉(zhuǎn)換器的功能是將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)；電纜驅(qū)動(dòng)器CLC001負(fù)責(zé)電纜的信號(hào)驅(qū)動(dòng)；電纜均衡器CLC012負(fù)責(zé)電纜信號(hào)的均衡。所述的命令幀為下行命令幀，用于存儲(chǔ)主控站向下發(fā)送的各種命令和配置信息； 數(shù)據(jù)幀為上行數(shù)據(jù)幀，用于存儲(chǔ)一些附加信息和采集的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
(1)、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的交叉站組成結(jié)構(gòu)，使得交叉站與大線(xiàn)上的下屬采集站通信接口， 以及交叉站與交叉線(xiàn)的上/下屬交叉站的通信接口，數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的距離高達(dá)100 米，數(shù)傳速率達(dá)到144Mbps。每個(gè)通信接口的物理層選用兩對(duì)非屏蔽雙絞線(xiàn)，分別用于下傳命令和上傳應(yīng)答、狀態(tài)和地震數(shù)據(jù)。交叉站的通信接口數(shù)傳速率提高后，從而提高了儀器的帶道能力、實(shí)時(shí)性和儀器的工作效率。(2 )、交叉站上設(shè)置有4個(gè)命令接口和4個(gè)數(shù)據(jù)接口，交叉站的四個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有1個(gè)接插件，1個(gè)命令接口和1個(gè)數(shù)據(jù)接口作為一組，設(shè)置在一個(gè)接插件內(nèi)，接插件的四面對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)保證了交叉站和其他交叉站、主控機(jī)或采集站連接時(shí)，不用區(qū)分連接方向，可以隨意旋轉(zhuǎn)90度連接，方便了野外作業(yè)，提高了野外現(xiàn)場(chǎng)工作效率。(3)、本發(fā)明所述的通信協(xié)議，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，通信效率更高；設(shè)置有校驗(yàn)字節(jié)，可以發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，從而提高了通信可靠性。


圖1是本發(fā)明通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明交叉站的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的工作原理流程圖。
具體實(shí)施例方式見(jiàn)圖1，用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)，包括主控，1、交叉站2和采集站3，主控機(jī)1依次與交叉站2連接，交叉站2之間通過(guò)交叉線(xiàn)4連接，采集站3通過(guò)大線(xiàn)5 連接于每個(gè)交叉站的兩側(cè)；
見(jiàn)圖2，每個(gè)交叉站2均包括有1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列6、四個(gè)并/串轉(zhuǎn)換器7、四個(gè)串 /并轉(zhuǎn)換器8、四個(gè)驅(qū)動(dòng)器CLC001 9、四個(gè)均衡器CLC012 10、四個(gè)命令接口 11和四個(gè)數(shù)據(jù)接口 12，四個(gè)命令接口 11均分別依次通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器CLC001 9和一個(gè)并/串轉(zhuǎn)換器7與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列6連接，四個(gè)數(shù)據(jù)接口 12均分別依次通過(guò)一個(gè)均衡器CLC012 10和一個(gè)串/并轉(zhuǎn)換器8與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列6連接；交叉站2的四個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有一個(gè)接插件，一個(gè)命令接口 11和一個(gè)數(shù)據(jù)接口 12作為一組，設(shè)置在一個(gè)接插件內(nèi)。用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)的通信協(xié)議包括有命令幀和數(shù)據(jù)幀，命令幀(命令幀格式見(jiàn)下表1)包括有4個(gè)字節(jié)，分別為纜號(hào)1字節(jié)、包號(hào)1字節(jié)、傳輸命令I(lǐng)D 1字節(jié)和命令參數(shù)1字節(jié)，數(shù)據(jù)幀(數(shù)據(jù)幀格式見(jiàn)下表2)包括有208個(gè)字節(jié)，分別為幀ID 1 字節(jié)、纜號(hào)1字節(jié)、包號(hào)2字節(jié)、幀時(shí)間戳2字節(jié)、狀態(tài)數(shù)據(jù)8字節(jié)、地震數(shù)據(jù)192字節(jié)和校驗(yàn)2字節(jié)。
權(quán)利要求
1.用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)，包括主控機(jī)、交叉站和采集站，所述的主控機(jī)依次與交叉站連接，交叉站之間通過(guò)交叉線(xiàn)連接，采集站通過(guò)大線(xiàn)連接于每個(gè)交叉站的兩側(cè)，其特征在于所述的每個(gè)交叉站均包括有現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、并/串轉(zhuǎn)換器、串/并轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、均衡器、命令接口和數(shù)據(jù)接口，每個(gè)命令接口均分別依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和并/ 串轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，每個(gè)數(shù)據(jù)接口均分別依次通過(guò)均衡器和串/并轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)，其特征在于所述的每個(gè)交叉站均包括有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、四個(gè)并/串轉(zhuǎn)換器、四個(gè)串/并轉(zhuǎn)換器、 四個(gè)驅(qū)動(dòng)器、四個(gè)均衡器、四個(gè)命令接口和四個(gè)數(shù)據(jù)接口，四個(gè)命令接口均分別依次通過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)并/串轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，四個(gè)數(shù)據(jù)接口均分別依次通過(guò)一個(gè)均衡器和一個(gè)串/并轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)器選用驅(qū)動(dòng)器CLC001 ；所述的均衡器選用均衡器CLC012。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)，其特征在于所述的交叉站的四個(gè)側(cè)面上分別設(shè)置有一個(gè)接插件，一個(gè)命令接口和一個(gè)數(shù)據(jù)接口作為一組，設(shè)置在一個(gè)接插件內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)的通信協(xié)議，其特征在于通信協(xié)議包括有命令幀和數(shù)據(jù)幀，命令幀包括有4個(gè)字節(jié)，分別為纜號(hào)1字節(jié)、包號(hào) 1字節(jié)、傳輸命令I(lǐng)D 1字節(jié)和命令參數(shù)1字節(jié)，數(shù)據(jù)幀包括有208個(gè)字節(jié)，分別為幀ID 1字節(jié)、纜號(hào)1字節(jié)、包號(hào)2字節(jié)、幀時(shí)間戳2字節(jié)、狀態(tài)數(shù)據(jù)8字節(jié)、地震數(shù)據(jù)192字節(jié)和校驗(yàn) 2字節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統(tǒng)及其通信協(xié)議，通信系統(tǒng)包括主控機(jī)、交叉站和采集站，主控機(jī)依次與交叉站連接，交叉站之間通過(guò)交叉線(xiàn)連接，采集站通過(guò)大線(xiàn)連接于每個(gè)交叉站的兩側(cè)，每個(gè)交叉站均包括有現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、并/串轉(zhuǎn)換器、串/并轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、均衡器、命令接口和數(shù)據(jù)接口，每個(gè)命令接口均分別依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)器和并/串轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接，每個(gè)數(shù)據(jù)接口均分別依次通過(guò)均衡器和串/并轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作使用方便，成本低，且數(shù)傳速率達(dá)到144Mbps，在傳輸介質(zhì)為非屏蔽雙絞線(xiàn)時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的距離高達(dá)100米。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102394905SQ20111020451
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者商林峰, 宋克柱, 曹平, 楊俊峰, 陳靜 申請(qǐng)人:合肥國(guó)為電子有限公司