專利名稱：用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統及其通信協議的制作方法
技術領域：
本發明涉及地震數據采集和傳輸系統，具體是一種用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統及其通信協議。
背景技術：
目前國內外廣為使用的陸上地震勘探儀器中的數據采集和傳輸系統為美國ION 公司的系統IV以及法國krcel公司的408UL地震數據采集系統等。國內的陸上地震勘探數據采集系統主要是進口這兩家的產品。國內自主研發地震勘探的工作已經展開，從國家知識產權專利檢索系統中查詢到有中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司申請的專利“交叉站大線接口通信系統”(申請號200910081815. 6)。下面以這三家的產品或專利為背景介紹目前的交叉站的數據傳輸方式。美國ION公司的系統IV是商用地震勘探儀器。交叉站和采集站之間采用RS485 硬件接口進行通信，傳輸傳輸速率是8Mbps (每秒8兆位)，通信協議是自定義的專用協議， 對外沒有公開，屬商業保密內容。法國krcel公司的408UL是商用地震勘探儀器。交叉站對外的所有接口都是兩對非屏蔽雙絞線。交叉站和交叉站之間的數據傳輸速率是18. 384Mbps，交叉站和采集站的大線上數據傳輸速率是8. 192Mbps。 408UL采用類TCP/IP通訊協議，并分為異步和同步兩種通訊方式。交叉站對外接口硬件采用專門設計的電路芯片，芯片的技術數據屬于商業保密內容。交叉站對外的詳細通信控制技術也屬于商業保密內容。中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司申請的專利“交叉站大線接口通信系統”(申請號200910081815. 6)中描述的交叉站，采用嵌入式MPC8270處理機作為主控單元，實現測線的二級管理、測線和交叉線間的數據轉發和重新排列任務等。交叉站的通訊接口，分為控制命令接口和數據傳輸接口兩種。其中，命令接口采用RS485標準，通訊速率為5001ibpS (每秒千位)，數據傳輸接口采用以太網物理層AN5802芯片，傳輸速率40Mbps。 通信協議的下行命令幀采用UART幀，采用類HDLC包封裝，通信協議的上行數據幀采用MAC 幀，物理傳輸為LRE。目前，分布式地震勘探儀器數據采集系統普遍采用“主控機+交叉站+采集站”的系統拓撲結構。交叉站是儀器中每條大線的管理節點和數據匯聚節點，也是大線和交叉線的交匯節點。交叉站向其所連接的大線的下屬采集站發送命令，接收和上傳來自下屬采集站的應答、狀態信息和地震數據。同時，也向其所連接的交叉線的下屬交叉站發送命令，接收和上傳來自下屬交叉站的應答、狀態信息和地震數據。隨著高精度地震勘探技術的發展， 儀器的道數越來越大，采樣率的要求也由原來500sps，提高到4ksps。對于某些特殊的勘探，采樣率甚至高達16ksps或32ksps。高采樣率產生了更大的數據。為了實現儀器高效率的工作，要求采集到的數據在下一炮放炮之前傳輸完畢，盡量減少或不能有因為數傳滯后帶來的死時間。目前國內已有地震勘探儀器的交叉站通信接口的數傳速率范圍通常在8_40Mbps，限制了大規模、高精度、高采樣率地震勘探儀器的實時性和工作效率。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統及其通信協議，解決現有通信系統數傳速率低的問題。本發明的技術方案為
用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統，包括主控機、交叉站和采集站，所述的主控機依次與交叉站連接，交叉站之間通過交叉線連接，采集站通過大線連接于每個交叉站的兩側，所述的每個交叉站均包括有現場可編程門陣列、并/串轉換器、串/并轉換器、驅動器、均衡器、命令接口和數據接口，每個命令接口均分別依次通過驅動器和并/串轉換器與現場可編程門陣列連接，每個數據接口均分別依次通過均衡器和串/并轉換器與現場可編程門陣列連接。所述的每個交叉站均包括有一個現場可編程門陣列、四個并/串轉換器、四個串/ 并轉換器、四個驅動器、四個均衡器、四個命令接口和四個數據接口，四個命令接口均分別依次通過一個驅動器和一個并/串轉換器與現場可編程門陣列連接，四個數據接口均分別依次通過一個均衡器和一個串/并轉換器與現場可編程門陣列連接。所述的驅動器選用驅動器CLC001 ；所述的均衡器選用均衡器CLCO12。所述的交叉站的四個側面上分別設置有一個接插件，一個命令接口和一個數據接口作為一組，設置在一個接插件內。用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統的通信協議，包括有命令幀和數據幀， 命令幀包括有4個字節，分別為纜號1字節、包號1字節、傳輸命令ID 1字節和命令參數1 字節，數據幀包括有208個字節，分別為幀ID 1字節、纜號1字節、包號2字節、幀時間戳2 字節、狀態數據8字節、地震數據192字節和校驗2字節。所述的每個采集站上連接有2-8個檢測波，可以根據需要靈活配置。本發明所述的現場可編程門陣列，是交叉站的控制中心，負責實現對命令的解析、 轉發、數據的接收和轉發；并/串轉換器的功能是將并行數據轉換為串行數據；串/并轉換器的功能是將串行數據轉換為并行數據；電纜驅動器CLC001負責電纜的信號驅動；電纜均衡器CLC012負責電纜信號的均衡。所述的命令幀為下行命令幀，用于存儲主控站向下發送的各種命令和配置信息； 數據幀為上行數據幀，用于存儲一些附加信息和采集的數據。本發明的優點
(1)、本發明所設計的交叉站組成結構，使得交叉站與大線上的下屬采集站通信接口， 以及交叉站與交叉線的上/下屬交叉站的通信接口，數據發送和數據接收的距離高達100 米，數傳速率達到144Mbps。每個通信接口的物理層選用兩對非屏蔽雙絞線，分別用于下傳命令和上傳應答、狀態和地震數據。交叉站的通信接口數傳速率提高后，從而提高了儀器的帶道能力、實時性和儀器的工作效率。(2 )、交叉站上設置有4個命令接口和4個數據接口，交叉站的四個側面上分別設置有1個接插件，1個命令接口和1個數據接口作為一組，設置在一個接插件內，接插件的四面對稱設計保證了交叉站和其他交叉站、主控機或采集站連接時，不用區分連接方向，可以隨意旋轉90度連接，方便了野外作業，提高了野外現場工作效率。(3)、本發明所述的通信協議，結構簡潔，通信效率更高；設置有校驗字節，可以發現傳輸錯誤，從而提高了通信可靠性。
圖1是本發明通信系統的結構示意圖。圖2是本發明交叉站的結構示意圖。圖3是本發明的工作原理流程圖。
具體實施例方式見圖1，用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統，包括主控，1、交叉站2和采集站3，主控機1依次與交叉站2連接，交叉站2之間通過交叉線4連接，采集站3通過大線5 連接于每個交叉站的兩側；
見圖2，每個交叉站2均包括有1個現場可編程門陣列6、四個并/串轉換器7、四個串 /并轉換器8、四個驅動器CLC001 9、四個均衡器CLC012 10、四個命令接口 11和四個數據接口 12，四個命令接口 11均分別依次通過一個驅動器CLC001 9和一個并/串轉換器7與現場可編程門陣列6連接，四個數據接口 12均分別依次通過一個均衡器CLC012 10和一個串/并轉換器8與現場可編程門陣列6連接；交叉站2的四個側面上分別設置有一個接插件，一個命令接口 11和一個數據接口 12作為一組，設置在一個接插件內。用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統的通信協議包括有命令幀和數據幀，命令幀(命令幀格式見下表1)包括有4個字節，分別為纜號1字節、包號1字節、傳輸命令ID 1字節和命令參數1字節，數據幀(數據幀格式見下表2)包括有208個字節，分別為幀ID 1 字節、纜號1字節、包號2字節、幀時間戳2字節、狀態數據8字節、地震數據192字節和校驗2字節。
權利要求
1.用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統，包括主控機、交叉站和采集站，所述的主控機依次與交叉站連接，交叉站之間通過交叉線連接，采集站通過大線連接于每個交叉站的兩側，其特征在于所述的每個交叉站均包括有現場可編程門陣列、并/串轉換器、串/并轉換器、驅動器、均衡器、命令接口和數據接口，每個命令接口均分別依次通過驅動器和并/ 串轉換器與現場可編程門陣列連接，每個數據接口均分別依次通過均衡器和串/并轉換器與現場可編程門陣列連接。
2.根據權利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統，其特征在于所述的每個交叉站均包括有一個現場可編程門陣列、四個并/串轉換器、四個串/并轉換器、 四個驅動器、四個均衡器、四個命令接口和四個數據接口，四個命令接口均分別依次通過一個驅動器和一個并/串轉換器與現場可編程門陣列連接，四個數據接口均分別依次通過一個均衡器和一個串/并轉換器與現場可編程門陣列連接。
3.根據權利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統，其特征在于所述的驅動器選用驅動器CLC001 ；所述的均衡器選用均衡器CLC012。
4.根據權利要求2所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統，其特征在于所述的交叉站的四個側面上分別設置有一個接插件，一個命令接口和一個數據接口作為一組，設置在一個接插件內。
5.根據權利要求1所述的用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統的通信協議，其特征在于通信協議包括有命令幀和數據幀，命令幀包括有4個字節，分別為纜號1字節、包號 1字節、傳輸命令ID 1字節和命令參數1字節，數據幀包括有208個字節，分別為幀ID 1字節、纜號1字節、包號2字節、幀時間戳2字節、狀態數據8字節、地震數據192字節和校驗 2字節。
全文摘要
本發明公開了一種用于地球物理勘探的交叉站高速通信系統及其通信協議，通信系統包括主控機、交叉站和采集站，主控機依次與交叉站連接，交叉站之間通過交叉線連接，采集站通過大線連接于每個交叉站的兩側，每個交叉站均包括有現場可編程門陣列、并/串轉換器、串/并轉換器、驅動器、均衡器、命令接口和數據接口，每個命令接口均分別依次通過驅動器和并/串轉換器與現場可編程門陣列連接，每個數據接口均分別依次通過均衡器和串/并轉換器與現場可編程門陣列連接。本發明結構簡單，操作使用方便，成本低，且數傳速率達到144Mbps，在傳輸介質為非屏蔽雙絞線時的數據發送和數據接收的距離高達100米。
文檔編號H04L29/08GK102394905SQ20111020451
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月21日 優先權日2011年7月21日
發明者商林峰, 宋克柱, 曹平, 楊俊峰, 陳靜 申請人:合肥國為電子有限公司