海上地震探測(cè)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)處理子系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱傳輸系統(tǒng))是海上地震探測(cè)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?zhǔn)確度。
　海上地震探測(cè)傳輸系統(tǒng)在國(guó)外已有成熟的產(chǎn)品，但其成本較高，并且多采用設(shè)置時(shí)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(shí)別時(shí)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(zhǎng)(傳輸板間距可達(dá)100 m)的特點(diǎn)。國(guó)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(diǎn)是傳輸速率高，無(wú)中繼傳輸距離遠(yuǎn)，無(wú)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(hù)，安裝不便。針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種海上地震探測(cè)傳輸系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用流水線逐級(jí)上傳數(shù)據(jù)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和雙絞線技術(shù)的傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了100 m長(zhǎng)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(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(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(cè)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由多個(gè)數(shù)據(jù)采集和傳輸單元組成，每個(gè)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(hào)；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(hào)放大濾波后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)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(jí)聯(lián)傳輸板間的有序上傳；上位機(jī)通過(guò)PCI采集板采集傳輸板上傳的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，同時(shí)發(fā)送對(duì)各傳輸板和采集板的控制命令，控制地震信號(hào)的有序采集。

2 系統(tǒng)傳輸板硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 傳輸板設(shè)計(jì)參數(shù)要求
　該系統(tǒng)采集板的部分設(shè)計(jì)參數(shù)要求如下：傳輸板板間間距100 m，每條拖纜需要級(jí)聯(lián)30個(gè)傳輸板，水下連接采集板的拖纜長(zhǎng)3 km；每個(gè)傳輸板下設(shè)一個(gè)采集板，每個(gè)采集板下設(shè)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(shè)計(jì)
　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(zhǎng)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(qiáng)、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，系統(tǒng)采用內(nèi)含4對(duì)的六類(lèi)雙絞線傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)、命令信號(hào)及同步信號(hào)。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(jī)命令，對(duì)其進(jìn)行解析后下傳送采集板，同時(shí)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。