專利名稱：用于地球物理勘探的拖纜數據接口板的制作方法
技術領域：
本發明涉及地球物理勘探領域，尤其涉及一種用于地球物理勘探的拖纜 數據接口板。
背景技術：
隨著石油的勘探開發朝精細方向發展，地球物理勘探技術對三維高精度 勘探的需求越來越大，推動著高分辨三維地震勘探技術的不斷發展。目前已
有產品，大多基于傳統的工業計算機VME ( VersaModuleEurocard)總線結 構，體積較大，技術相對落后，拖纜道間距較大，采集數據量小，傳輸速度 慢， 一般不適合應用于高分辨地震勘探。
當前，高密度單點接收技術使地震記錄儀需要具備上萬道的采集處理能 力，與傳統的組合方式比較，采集的地震數據量成倍的增長。這對地震記錄 儀器的數據處理能力提出了巨大的挑戰，特別是接收地震數據的接口部分的 數據處理能力顯得至關重要。
現有技術中，地震數據采集接口卡的數據總線傳輸帶寬較低，常見的比 如為32比特(bit) x33兆赫茲(MHz),最大支持6.48兆字節(Mbytes) /秒(s)的數據傳輸能力。與水下拖纜相連的光纖接口速率也較低，最大為 160兆比特(Mbit) /s。并且接口板的數據緩存通常采用直插式同步動態隨 機存儲器(SDRAM)，穩定性較低。
綜上所述，現有技術中地震數據采集接口卡的實時接收處理能力有限， 可靠性較低，無法滿足長拖纜高密度地震數據的接收與處理。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是在于需要提供一種用于地球物理勘探的拖纜數據接口板，以實時接收并處理長拖纜高密度地震數據。
為了解決上述技術問題，本發明提供了 一種用于地球物理勘探的拖纜數
據接口板，接收并處理水下拖纜上傳的拖纜數據，包括
拖纜接口模塊，用于接收所述拖纜數據，向所述水下拖纜下傳拖纜控制
命令；
數據處理模塊，與所述拖纜接口模塊相連，用于從所述拖纜數據中抽取 實時顯示數據，對所述水下拖纜數據進行解析和分離，獲得拖纜狀態數據和 地震數據，并將所述地震數據進行時序到道序的轉換，將所述轉換得到的道
序數據發送給外部記錄系統；還用于將所述拖纜控制命令發送給所述拖纜接 口模塊；
控制模塊，與所述數據處理模塊相連，用于產生所述拖纜控制命令并發 送給所述數據處理模塊，并將所述實時顯示數據及拖纜狀態數據發送給外部 控制系統。
優選地，所述拖纜接口模塊包括
接口單元，用于將所述拖纜數據發送給所述數據處理單元，將所述拖纜 控制命令發送給所述水下拖纜；
串并轉換單元，與所述接口單元及數據處理單元相連，用于完成所述拖 纜數據及拖纜控制命令的串/并轉換。
優選地，所述接口單元，至少包括光接口和電接口至少其中之一。
優選地，所述光接口包括
數據光接口 ，用于將所述拖纜數據發送給所述數據處理模塊； 命令光接口 ，用于將所述拖纜控制命令發送給所述水下拖纜； 所述電4妄口包括
數據電接口 ，用于將所述拖纜數據發送給所述數據處理模塊；
命令電接口 ，用于將所述拖纜控制命令發送給所述水下拖纜。
優選地，所述串并轉換單元，用于將所述拖纜數據轉換為并行信號，將 所述拖纜控制命令轉換為串行差分信號。優選地，所述數據處理模塊包括
數據處理單元，用于抽取所述實時顯示數據，獲得所述拖纜狀態數據和 地震數據，并對所述地震數據進行時序到道序的轉換，得到道序數據；
存儲單元，與所述數據處理單元相連，用于按照道序地址存儲所述道序 數據；
外部互聯總線標準接口單元，與所述數據處理單元相連，用于采用外部 互聯總線標準將所述實時顯示數據和拖纜狀態數據發送給所述控制模塊，將 所述拖纜控制命令發送給所述拖纜接口模塊；
緊湊型外部互聯總線標準接口單元，與所述存儲單元相連，用于通過緊 湊型外部互聯總線標準，將所述道序數據發送給所述外部記錄系統。
優選地，所述數據處理單元，為現場可編程邏輯門陣列；所述存儲單元， 為采用兩塊雙通道同步動態隨機存儲器，構成兵乓存儲結構；所述外部互聯 總線標準接口單元，為外部互聯總線標準接口芯片；所述，緊湊型外部互聯 總線標準接口單元，為緊湊型外部互聯總線標準接口芯片。
優選地，所述控制模塊包括
外部互聯總線標準接口 ，用于將所述拖纜控制命令發送給所述數據處理 模塊，接收所述數據處理模塊發送的所述實時顯示數據和拖纜狀態數據；
中央處理器，與所述外部互聯總線標準接口相連，用于產生所述拖纜控 制命令，對所述實時顯示數據及拖纜狀態數據進行格式化處理得到格式化數 據；
外圍通信接口，與所述中央處理器相連，用于將所述格式化數據發送給 所述外部控制系統。
優選地，所述外圍通信接口，包括
網口 ，用于將所述實時顯示數據和拖纜狀態數據發送給外部控制系統；
串口，用于監測所述接口板工作狀態，完成所述接口板調試。
本發明與現有技術相比，實時的數據接收與處理能力成倍提高，能滿足 高密度長拖纜的數據采集；大量采用表貼式寬溫器件，具有減低功耗，提高
7穩定性與可靠性等特點，滿足生產作業的需求。本發明中的接口板，用于海 上拖纜地震采集設備中對拖纜地震數據的實時接收、處理，是室內記錄儀器 與水下拖纜部分的接口單元。
圖1為本發明接口板一實施例的組成示意圖。
圖2為圖1所示實施例中接口模塊的一應用實例的組成示意圖。
圖3為圖1所示實施例中數據處理模塊的一應用實例的組成示意圖。
圖4為圖1所示實施例中控制模塊的一應用實例的組成示意圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明 如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解 并據以實施。
圖1為本發明接口板一實施例的組成示意圖，該實施例主要包括拖纜接 口模塊110、數據處理模塊120以及控制模塊130，其中
拖纜接口模塊110，用于連接水下拖纜，接收水下拖纜上傳的拖纜數據， 以及向水下拖纜下傳拖纜控制命令；接口模塊需要進行串/并轉換處理，它 將水下拖纜發送的高速串行差分信號(即拖纜數據)轉換為并行信號后發送 給數據處理模塊130,同時將數據處理模塊130的并行信號(即拖纜控制命 令)轉換為串行差分信號發送到水下拖纜；
數據處理模塊120，與拖纜接口模塊IIO相連，接收并處理水下拖纜數 據，進^f于包^r如下幾個方面的處理
1) 從水下拖纜數據中抽取實時顯示數據；
2) 對水下拖纜數據進行解析和分離，獲得其中的拖纜狀態數據和地震 數據；
3) 對地震數據進行時序到道序的轉換，并將轉換得到的道序數據交替緩存于兩個大容量的存儲單元；
4) 通過緊湊型外部互聯總線標準(Compact Peripheral Component Interconnect,簡稱Compact PCI或CPCI)高速背板總線傳輸，將緩存的道 序數據傳輸給外部的工作站記錄系統，以進行后續的數據處理(本實例中將 CPCI機箱中各接口板，采集到的拖纜地震數據通過CPCI高速背板總線匯 集到CPCI機箱中CPU控制單元，再通過千兆以太網傳輸到工作站記錄系 統)；
5) 將控制模塊130產生的拖纜控制命令發送給拖纜接口模塊110;
控制模塊130,與數據處理模塊120相連，產生拖纜控制命令發送給數 據處理模塊，負責接口板的控制、調度功能，包括接口板的上電初始化配置、 工作參數的設置等；并通過網口實現接口板與外部控制系統的通信，向外部 控制系統發送實時顯示數據和拖纜狀態數據，以及接口板的工作狀態數據。
圖2為上述實施例中接口模塊110的一應用實例的組成示意圖。請參考 圖l所示的接口板實施例，圖2所示的接口模塊110，主要包括接口單元21 和串/并轉換單元230。其中接口單元21更包4舌光接口 210和電4妄口 220, 光接口 210和電接口 220實現相同的功能，互為備份，以方便現場根據實際 的工作環境選擇使用。光接口 210更分為數據光接口 212和命令光接口 214, 電接口 220更分為數據電接口 222和命令電接口 224,其中數據光4妻口 212 和數據電接口 222用于上傳拖纜數據至數據處理模塊120，命令光接口 214 和命令電接口 224用于下傳拖纜控制命令至水下拖纜。串/并轉換單元230， 實現拖纜數據與拖纜控制命令的串/并轉換，由于水下拖纜傳輸的數據與命 令是串行格式，而數據處理模塊130中的數據和命令為并行格式，因此需要 在拖纜接口模塊110進行數據格式的串/并轉換，以將拖纜數據轉換為并行 信號后發送給數據處理模塊130,將數據處理模塊130發送的拖纜控制命令 轉換為串行差分信號發送到水下拖纜。
圖3為上述實施例中數據處理;^莫塊120的一應用實例的組成示意圖。請 參考圖1所示的接口板實施例，圖2所示的數據處理模塊120,主要包括數 據處理單元322、存儲單元324、外部互聯總線標準(Peripheral Component Interconnect,簡稱PCI)接口單元326及CPCI接口單元328,其中數據處理單元322,接收拖纜接口模塊110發送的水下拖纜數據，用于 從水下拖纜數據中抽取實時顯示數據，對水下拖纜數據進行解析和分離，獲 得其中的拖纜狀態數據和地震數據，并對地震數據進行時序到道序的轉換， 得到道序數據；在本應用實例中，為一現場可編程邏輯門陣列(FPGA);
存儲單元324,與數據處理單元322相連，用于對數據處理單元322所 將數據處理單元322得到的道序數據按照道序地址進行緩存；在本應用實例 中，由于接收的水下拖纜數據具有數據量大、實時性強等特點，因此存儲單 元324采用兩塊大容量的雙通道同步動態隨機存儲器(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory, 簡稱DDR SDRAM)構成 乒乓存儲結構，以此降低系統工作死時間，提高數據處理能力；
PCI接口單元326,與數據處理單元322相連，用于實現數據處理模塊 120與控制模塊130之間的通信接口功能，采用外部互聯總線標準，將實時 顯示數據和拖纜狀態數據發送給控制模塊120，并從控制模塊120中接收初 始化配置信息及拖纜控制命令，發送給數據處理單元322，在本應用實例中 為一外部互聯總線標準^J妻口芯片(PCI9054);
CPCI接口單元328，與數據處理單元322及存儲單元324相連，通過 CPCI總線實現接口板與CPCI背板總線連接，完成與CPCI總線上其他板卡 的通信功能， 一方面通過CPCI高速背板總線傳輸緩存儲于存儲單元324中 的道序數據，另一方面接收后CPCI總線上其他板卡的工作狀態數據發送給 數據處理單元322進4亍處理；本在應用實例中，采用CPCI接口芯片 (QL5064 )，它具有零等待狀態猝發連接能力，可提供高達600MB/s的PCI 數據傳輸率，可實現大數據量的吞吐。
圖4為上述實施例中控制模塊130的一應用實例的組成示意圖。請參考 圖1所示的接口板實施例如圖4所示的控制模塊應用實例，主要包括PCI接 口 412、中央處理器(CPU) 414及外圍通信接口 416,其中
PCI接口 412,與數據處理模塊120相連，用于實現與數據處理模塊120 之間通信，將CPU 414產生的初始化配置信息及拖纜控制命令發送給數據 處理模塊120，接收數據處理模塊120發送的實時顯示數據和拖纜狀態數據 并發送給CPU414;在本應用實例中為MPC8270芯片PCI接口單元實現；CPU414,與PCI接口 412相連，用于產生整個接口板的初始化配置信 息、數據流及拖纜控制命令；另外將接收到的實時顯示數據和拖纜狀態數據 按自定義協議經過格式化處理得到格式化數據，然后通過外圍通信接口 416 發送給外部控制系統；在本應用實例中，由于接口板要求處理速度快、實時 性強，因此采用的是一款嵌入式CPU芯片(MPC8270);
外圍通信接口 416,包《1舌百兆網口 462和串口 464兩部分，均與CPU414 相連，用于實現接口板與外部控制系統的通信功能，其中百兆網口 462用于 將CPU 414得到的格式化數據發送給外部控制系統；串口 464用于監測接 口板工作狀態，以及完成接口;^反調試。
本發明的接口板，基于CPCI背板設計，在已經實現的一具體應用上， 體現了如下的主要特征
(1 ) CPCI總線帶寬為64bit x 66MHz;
(2 )拖纜接口工作速率可達320Mbit/s;
(3 )上行數據實時接收能力大于12.96MBytes/s，分別支持(1000道， 4kSPS采樣率)、(2000道，2kSPS采樣率)和(4000道，lkSPS采樣率)；
(4)支持至少18秒的連續數據釆集與緩沖；
(5 )系統工作死時間( 一炮數據記錄完畢到下一炮記錄準備好的時間)
0秒；
本發明接口板，基于緊湊型外部互聯總線標準(Compact Peripheral Component Interconnect,簡稱Compact PCI或CPCI)背板i殳計，采用嵌入 式實時系統VxWorks，配合高性能現場可編程邏輯陣列(FieldProgrammable Gate Array,簡稱FPGA )和大容量雙通道同步動態隨機存儲器(Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory, 簡稱DDR SDRAM) 等，完成實時接收與處理大容量的拖纜地震數據，解決了高密度三維地震采 集帶來的大數據率的問題。
由此可見，本發明接口板具有實時采集大容量拖纜地震數據的能力，通 過上行數據光纖實時接收拖纜地震數據，對數據進行時序到道序的轉換，并 完成拖纜地震數據的抽取及各種狀態數據的分離等功能。接口板還通過下行
li光纖完成與水下拖纜的實時通信功能。
雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本 發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內 的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的 形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所 附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1、一種用于地球物理勘探的拖纜數據接口板，接收并處理水下拖纜上傳的拖纜數據，其特征在于，包括拖纜接口模塊，用于接收所述拖纜數據，向所述水下拖纜下傳拖纜控制命令；數據處理模塊，與所述拖纜接口模塊相連，用于從所述拖纜數據中抽取實時顯示數據，對所述水下拖纜數據進行解析和分離，獲得拖纜狀態數據和地震數據，并將所述地震數據進行時序到道序的轉換，將所述轉換得到的道序數據發送給外部記錄系統；還用于將所述拖纜控制命令發送給所述拖纜接口模塊；控制模塊，與所述數據處理模塊相連，用于產生所述拖纜控制命令并發送給所述數據處理模塊，并將所述實時顯示數據及拖纜狀態數據發送給外部控制系統。
2、 如權利要求1所述的接口板，其特征在于，所述拖纜接口模塊包括接口單元，用于將所述拖纜數據發送給所述數據處理單元，將所述拖纜控制命令發送給所述水下拖纜；串并轉換單元，與所述接口單元及數據處理單元相連，用于完成所述拖纜數據及拖纜控制命令的串/并轉換。
3、 如權利要求2所述的接口板，其特征在于所述接口單元，至少包括光接口和電接口至少其中之一。
4、 如權利要求3所述的接口板，其特征在于所述光接口包括數據光接口 ，用于將所述拖纜數據發送給所述數據處理才莫塊；命令光接口 ，用于將所述拖纜控制命令發送給所述水下拖纜；所述電接口包括數據電接口 ，用于將所述拖纜數據發送給所述數據處理模塊；命令電接口 ，用于將所述拖纜控制命令發送給所述水下拖纜。
5、 如權利要求2所述的接口板，其特征在于所述串并轉換單元，用于將所述拖纜數據轉換為并行信號，將所述拖纜控制命令轉換為串行差分信號。
6、 如權利要求1所述的接口板，其特征在于，所述數據處理模塊包括數據處理單元，用于抽取所述實時顯示數據，獲得所述拖纜狀態數據和地震數據，并對所述地震數據進行時序到道序的轉換，得到道序數據；存儲單元，與所述數據處理單元相連，用于按照道序地址存儲所述道序數據；外部互聯總線標準接口單元，與所述數據處理單元相連，用于釆用外部互聯總線標準將所述實時顯示數據和拖纜狀態數據發送給所述控制模塊，將所述拖纜控制命令發送給所述拖纜接口模塊；緊湊型外部互聯總線標準接口單元，與所述存儲單元相連，用于通過緊湊型外部互聯總線標準，將所述道序數據發送給所述外部記錄系統。
7、 如權利要求6所述的接口板，其特征在于所述數據處理單元，為現場可編程邏輯門陣列；所述存儲單元，為采用兩塊雙通道同步動態隨機存儲器，構成乒乓存儲結構；所述外部互聯總線標準接口單元，為外部互聯總線標準接口芯片；所述，緊湊型外部互聯總線標準接口單元，為緊湊型外部互聯總線標準接口芯片。
8、 如權利要求1所述的接口板，其特征在于，所述控制模塊包括外部互聯總線標準接口 ，用于將所述拖纜控制命令發送給所述數據處理模塊，接收所述數據處理模塊發送的所述實時顯示數據和拖纜狀態數據；中央處理器，與所述外部互聯總線標準接口相連，用于產生所述拖纜控制命令，對所述實時顯示數據及拖纜狀態數據進行格式化處理得到格式化數據；外圍通信接口，與所述中央處理器相連，用于將所述格式化數據發送給所述外部控制系統。
9、如權利要求8所述的接口板，其特征在于，所述外圍通信接口，包括網口 ，用于將所述實時顯示數據和拖纜狀態數據發送給外部控制系統；串口，用于監測所述接口板工作狀態，完成所述接口板調試。
全文摘要
本發明公開了一種用于地球物理勘探的拖纜數據接口板，以實時接收并處理長拖纜高密度地震數據。該接口板包括拖纜接口模塊，接收拖纜數據，向水下拖纜下傳拖纜控制命令；數據處理模塊，與拖纜接口模塊相連，從拖纜數據中抽取實時顯示數據，對水下拖纜數據進行解析和分離，獲得拖纜狀態數據和地震數據，并將地震數據進行時序到道序的轉換，將轉換得到的道序數據發送給外部記錄系統；還將拖纜控制命令發送給拖纜接口模塊；控制模塊，與數據處理模塊相連，產生拖纜控制命令并發送給數據處理模塊，并將實時顯示數據及拖纜狀態數據發送給外部控制系統。本發明用于海上拖纜地震采集設備中對拖纜地震數據的實時接收、處理。
文檔編號G01V1/22GK101561511SQ200910084699
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月19日 優先權日2009年5月19日
發明者孟凡良, 朱耀強, 劍 李, 王海龍, 謝榮清, 邱永成, 阮福明 申請人:中國海洋石油總公司;中海油田服務股份有限公司