CN102394905A - 用于地球物理勘探的交叉站高速通信***及其通信协议 - Google Patents

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宋克柱
杨俊峰
曹平
商林峰
陈静
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Abstract

本发明公开了一种用于地球物理勘探的交叉站高速通信***及其通信协议，通信***包括主控机、交叉站和采集站，主控机依次与交叉站连接，交叉站之间通过交叉线连接，采集站通过大线连接于每个交叉站的两侧，每个交叉站均包括有现场可编程门阵列、并/串转换器、串/并转换器、驱动器、均衡器、命令接口和数据接口，每个命令接口均分别依次通过驱动器和并/串转换器与现场可编程门阵列连接，每个数据接口均分别依次通过均衡器和串/并转换器与现场可编程门阵列连接。本发明结构简单，操作使用方便，成本低，且数传速率达到144Mbps，在传输介质为非屏蔽双绞线时的数据发送和数据接收的距离高达100米。

Description

用于地球物理勘探的交叉站高速通信***及其通信协议
 
技术领域
本发明涉及地震数据采集和传输***，具体是一种用于地球物理勘探的交叉站高速通信***及其通信协议。
背景技术
目前国内外广为使用的陆上地震勘探仪器中的数据采集和传输***为美国ION公司的***IV以及法国Sercel公司的408UL地震数据采集***等。国内的陆上地震勘探数据采集***主要是进口这两家的产品。国内自主研发地震勘探的工作已经展开，从国家知识产权专利检索***中查询到有中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司申请的专利“交叉站大线接口通信***”（申请号200910081815.6）。下面以这三家的产品或专利为背景介绍目前的交叉站的数据传输方式。
    美国ION公司的***IV是商用地震勘探仪器。交叉站和采集站之间采用RS485硬件接口进行通信，传输传输速率是8Mbps（每秒8兆位），通信协议是自定义的专用协议，对外没有公开，属商业保密内容。
    法国Sercel公司的408UL是商用地震勘探仪器。交叉站对外的所有接口都是两对非屏蔽双绞线。交叉站和交叉站之间的数据传输速率是18.384Mbps，交叉站和采集站的大线上数据传输速率是8.192Mbps。  408UL采用类TCP/IP通讯协议，并分为异步和同步两种通讯方式。交叉站对外接口硬件采用专门设计的电路芯片，芯片的技术数据属于商业保密内容。交叉站对外的详细通信控制技术也属于商业保密内容。
中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司申请的专利“交叉站大线接口通信***”（申请号200910081815.6）中描述的交叉站，采用嵌入式MPC8270处理机作为主控单元，实现测线的二级管理、测线和交叉线间的数据转发和重新排列任务等。 交叉站的通讯接口，分为控制命令接口和数据传输接口两种。其中，命令接口采用RS485标准，通讯速率为500kbps（每秒千位），数据传输接口采用以太网物理层AN5802芯片，传输速率40Mbps。通信协议的下行命令帧采用UART帧，采用类HDLC包封装，通信协议的上行数据帧采用MAC帧，物理传输为LRE。
目前，分布式地震勘探仪器数据采集***普遍采用“主控机+交叉站+采集站”的***拓扑结构。交叉站是仪器中每条大线的管理节点和数据汇聚节点，也是大线和交叉线的交汇节点。交叉站向其所连接的大线的下属采集站发送命令，接收和上传来自下属采集站的应答、状态信息和地震数据。同时，也向其所连接的交叉线的下属交叉站发送命令，接收和上传来自下属交叉站的应答、状态信息和地震数据。随着高精度地震勘探技术的发展，仪器的道数越来越大，采样率的要求也由原来500sps，提高到4ksps。对于某些特殊的勘探，采样率甚至高达16ksps或32ksps。高采样率产生了更大的数据。
为了实现仪器高效率的工作，要求采集到的数据在下一炮放炮之前传输完毕，尽量减少或不能有因为数传滞后带来的死时间。目前国内已有地震勘探仪器的交叉站通信接口的数传速率范围通常在8-40Mbps，限制了大规模、高精度、高采样率地震勘探仪器的实时性和工作效率。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于地球物理勘探的交叉站高速通信***及其通信协议，解决现有通信***数传速率低的问题。
本发明的技术方案为：
用于地球物理勘探的交叉站高速通信***，包括主控机、交叉站和采集站，所述的主控机依次与交叉站连接，交叉站之间通过交叉线连接，采集站通过大线连接于每个交叉站的两侧，所述的每个交叉站均包括有现场可编程门阵列、并/串转换器、串/并转换器、驱动器、均衡器、命令接口和数据接口，每个命令接口均分别依次通过驱动器和并/串转换器与现场可编程门阵列连接，每个数据接口均分别依次通过均衡器和串/并转换器与现场可编程门阵列连接。
所述的每个交叉站均包括有一个现场可编程门阵列、四个并/串转换器、四个串/并转换器、四个驱动器、四个均衡器、四个命令接口和四个数据接口，四个命令接口均分别依次通过一个驱动器和一个并/串转换器与现场可编程门阵列连接，四个数据接口均分别依次通过一个均衡器和一个串/并转换器与现场可编程门阵列连接。
所述的驱动器选用驱动器CLC001;所述的均衡器选用均衡器CLC012。
所述的交叉站的四个侧面上分别设置有一个接插件，一个命令接口和一个数据接口作为一组，设置在一个接插件内。
用于地球物理勘探的交叉站高速通信***的通信协议，包括有命令帧和数据帧，命令帧包括有4个字节，分别为缆号1字节、包号1字节、传输命令ID 1字节和命令参数1字节，数据帧包括有208个字节，分别为帧ID 1字节、缆号1字节、包号2字节、帧时间戳2字节、状态数据8字节、地震数据192字节和校验2字节。
所述的每个采集站上连接有2-8个检测波，可以根据需要灵活配置。
本发明所述的现场可编程门阵列，是交叉站的控制中心，负责实现对命令的解析、转发、数据的接收和转发；并/串转换器的功能是将并行数据转换为串行数据；串/并转换器的功能是将串行数据转换为并行数据；电缆驱动器CLC001负责电缆的信号驱动；电缆均衡器CLC012负责电缆信号的均衡。
所述的命令帧为下行命令帧，用于存储主控站向下发送的各种命令和配置信息；数据帧为上行数据帧，用于存储一些附加信息和采集的数据。
本发明的优点：
（1）、本发明所设计的交叉站组成结构，使得交叉站与大线上的下属采集站通信接口，以及交叉站与交叉线的上/下属交叉站的通信接口，数据发送和数据接收的距离高达100米，数传速率达到144Mbps。每个通信接口的物理层选用两对非屏蔽双绞线，分别用于下传命令和上传应答、状态和地震数据。交叉站的通信接口数传速率提高后，从而提高了仪器的带道能力、实时性和仪器的工作效率。
（2）、交叉站上设置有4个命令接口和4个数据接口，交叉站的四个侧面上分别设置有1个接插件，1个命令接口和1个数据接口作为一组，设置在一个接插件内，接插件的四面对称设计保证了交叉站和其他交叉站、主控机或采集站连接时，不用区分连接方向，可以随意旋转90度连接，方便了野外作业，提高了野外现场工作效率。
（3）、本发明所述的通信协议，结构简洁，通信效率更高；设置有校验字节，可以发现传输错误，从而提高了通信可靠性。
附图说明
图1是本发明通信***的结构示意图。
图2是本发明交叉站的结构示意图。
图3是本发明的工作原理流程图。
具体实施方式
见图1，用于地球物理勘探的交叉站高速通信***，包括主控,1、交叉站2和采集站3，主控机1依次与交叉站2连接，交叉站2之间通过交叉线4连接，采集站3通过大线5连接于每个交叉站的两侧；
见图2，每个交叉站2均包括有1个现场可编程门阵列6、四个并/串转换器7、四个串/并转换器8、四个驱动器CLC001 9、四个均衡器CLC012 10、四个命令接口11和四个数据接口12，四个命令接口11均分别依次通过一个驱动器CLC001 9和一个并/串转换器7与现场可编程门阵列6连接，四个数据接口12均分别依次通过一个均衡器CLC012 10和一个串/并转换器8与现场可编程门阵列6连接；交叉站2的四个侧面上分别设置有一个接插件，一个命令接口11和一个数据接口12作为一组，设置在一个接插件内。
用于地球物理勘探的交叉站高速通信***的通信协议包括有命令帧和数据帧，命令帧（命令帧格式见下表1）包括有4个字节，分别为缆号1字节、包号1字节、传输命令ID 1字节和命令参数1字节，数据帧（数据帧格式见下表2）包括有208个字节，分别为帧ID 1字节、缆号1字节、包号2字节、帧时间戳2字节、状态数据8字节、地震数据192字节和校验2字节。
表1
0 1 2 3
缆号 包号 传输命令ID 命令参数
表 2
0 1 2-3 4-5 6-13 14…205 206-207
帧ID 缆号 包号 帧时间戳 状态数据 地震数据 校验
本发明的工作使用原理：
见图3，交叉站上电后，进行自检，自检正确后，电路板进行初始化，将各通信接口配置在默认的工作模式：命令通道和数据通道都工作在144Mbps的速率，命令通道处于等待接收命令的状态。当某一个命令通道收到来自主控站或上级交叉站发送的命令后，首先进行命令解析，交叉站执行命令进行参数配置，将其它三个命令通道配置成发送端口。然后将命令转发至下级交叉站和采集站。多个交叉站和采集站逐级完成参数配置后，***处于正常工作状态，数据通道是三路接收、一路上传，命令通道是一路接收、三路发送。当交叉站收到来自下级交叉站或采集站的数据后，通过数据通道向上发送给上级交叉站或主控站。

Claims (5)

1.用于地球物理勘探的交叉站高速通信***，包括主控机、交叉站和采集站，所述的主控机依次与交叉站连接，交叉站之间通过交叉线连接，采集站通过大线连接于每个交叉站的两侧，其特征在于：所述的每个交叉站均包括有现场可编程门阵列、并/串转换器、串/并转换器、驱动器、均衡器、命令接口和数据接口，每个命令接口均分别依次通过驱动器和并/串转换器与现场可编程门阵列连接，每个数据接口均分别依次通过均衡器和串/并转换器与现场可编程门阵列连接。
2.根据权利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信***，其特征在于：所述的每个交叉站均包括有一个现场可编程门阵列、四个并/串转换器、四个串/并转换器、四个驱动器、四个均衡器、四个命令接口和四个数据接口，四个命令接口均分别依次通过一个驱动器和一个并/串转换器与现场可编程门阵列连接，四个数据接口均分别依次通过一个均衡器和一个串/并转换器与现场可编程门阵列连接。
3.根据权利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信***，其特征在于：所述的驱动器选用驱动器CLC001;所述的均衡器选用均衡器CLC012。
4.根据权利要求2所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信***，其特征在于：所述的交叉站的四个侧面上分别设置有一个接插件，一个命令接口和一个数据接口作为一组，设置在一个接插件内。
5.根据权利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信***的通信协议，其特征在于：通信协议包括有命令帧和数据帧，命令帧包括有4个字节，分别为缆号1字节、包号1字节、传输命令ID 1字节和命令参数1字节，数据帧包括有208个字节，分别为帧ID 1字节、缆号1字节、包号2字节、帧时间戳2字节、状态数据8字节、地震数据192字节和校验2字节。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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