海上地震探測傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

　數(shù)據(jù)傳輸和實時處理子系統(tǒng)(以下簡稱傳輸系統(tǒng))是海上地震探測系統(tǒng)的重要組成部分。其傳輸速率與穩(wěn)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(tǒng)可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俣群透邷蚀_度。
　海上地震探測傳輸系統(tǒng)在國外已有成熟的產(chǎn)品，但其成本較高，并且多采用設(shè)置時間戳的方法傳輸不同傳輸板的數(shù)據(jù)[1]，要求電纜外部采用大量緩存，以識別時間戳以使數(shù)據(jù)有序上傳。為滿足海上地震信息采集的需要，傳輸系統(tǒng)應(yīng)具有傳輸速率高(大于100 Mb/s)、傳輸距離長(傳輸板間距可達100 m)的特點。國內(nèi)傳輸系統(tǒng)大多采用光纖作為傳輸介質(zhì)[2]，其優(yōu)點是傳輸速率高，無中繼傳輸距離遠，無電磁干擾，但是其光電轉(zhuǎn)換接口部分成本較高且不易維護，安裝不便。針對以上問題，設(shè)計了一種海上地震探測傳輸系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用流水線逐級上傳數(shù)據(jù)的方法解決了電纜外部需要大量緩存的問題[1]，大大減少了成本和空間。采用基于LVDS和雙絞線技術(shù)的傳輸方式，實現(xiàn)了100 m長度下160 Mb/s數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。此系統(tǒng)在滿足高速率傳輸?shù)耐瑫r，具有成本低，使用方便，安裝容易，體積小等優(yōu)點，使電纜傳輸成功應(yīng)用于地震采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
海上地震探測傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由多個數(shù)據(jù)采集和傳輸單元組成，每個數(shù)據(jù)采集和傳輸單元被放置在海上的水下工作區(qū)。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(shù)轉(zhuǎn)換電路和FPGA(Field Programmable Gate Array)組成，用于將地震信號放大濾波后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送到傳輸板；傳輸板主要由LVDS收發(fā)電路、預(yù)加重均衡電路和FPGA組成，用于接收本地采集板上傳的數(shù)據(jù)、打包成幀，并完成數(shù)據(jù)在級聯(lián)傳輸板間的有序上傳；上位機通過PCI采集板采集傳輸板上傳的數(shù)據(jù)并存儲，同時發(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(tǒng)傳輸板硬件電路設(shè)計
2.1 傳輸板設(shè)計參數(shù)要求
　該系統(tǒng)采集板的部分設(shè)計參數(shù)要求如下：傳輸板板間間距100 m，每條拖纜需要級聯(lián)30個傳輸板，水下連接采集板的拖纜長3 km；每個傳輸板下設(shè)一個采集板，每個采集板下設(shè)16個傳感器,傳感器每次采樣24 bit，采樣率4 kHz。
2.2 傳輸板的硬件設(shè)計
　傳輸板硬件框圖如圖2所示。由于系統(tǒng)中各傳輸板的間距為100 m，而且數(shù)據(jù)傳輸率要求保證為160 Mb/s，故采用LVDS串化芯片MAX9205與預(yù)加重芯片CLC006組成數(shù)據(jù)發(fā)送端，采用LVDS解串芯片MAX9206與均衡芯片CLC014組成數(shù)據(jù)接收端。數(shù)據(jù)接收端與發(fā)送端共同完成高速長距離數(shù)據(jù)傳輸。由于下傳命令速率較低，采用RS485傳輸，芯片選用MAX3490。雙絞線具有尺寸小、柔軟性好、抗干擾能力強、價格便宜等特點，系統(tǒng)采用內(nèi)含4對的六類雙絞線傳輸數(shù)據(jù)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RS485方式接收上位機命令，對其進行解析后下傳送采集板，同時發(fā)送至后續(xù)傳輸板；(2)數(shù)據(jù)接收及處理，接收本地采集板數(shù)據(jù)并打包成幀；(3)完成數(shù)據(jù)流水線。