[发明专利]易于拓展可灵活配置的海洋地震勘探拖缆模拟系统及方法

权利要求书

1.一种易于拓展可灵活配置的海洋地震勘探拖缆模拟系统，其特征在于，包括：模拟系统电路板、室内系统和计算机；

模拟系统电路板包括：接口模块、单缆模拟模块和功能检验模块，这些模块基于板内的一块FPGA芯片设计相应的功能电路，并利用电路板上的接口芯片实现数据传输；

所述接口模块，包括多个全双工的光纤或电接口及驱动电路，接口数量与拖缆DAQ系统中拖缆的个数相同；接收来自室内系统或功能检验模块的命令送至单缆模拟模块，同时接收单缆模拟模块产生的数据帧送至室内系统或功能检验模块；

所述单缆模拟模块，模块数量与接口数量相同，每个单缆模拟模块负责模拟拖缆DAQ系统中单条拖缆内部的行为，包括数据帧的产生、逐级合并、命令的解析、各级数据帧的后处理和错误模拟，该模块可以配置模拟不同的系统拓扑结构；通过接口模块接收命令，将模拟出的数据帧发送给接口模块；

所述功能检验模块，用于检验单缆模拟模块响应命令与产生数据功能、接口模块命令与数据传输功能，可配置该模块模拟室内系统产生命令，在计算机的控制下对数据帧拆分和解包，并将处理后的数据送至计算机软件显示；并将产生的命令送至接口模块，同时接收接口模块发送的数据帧；

室内系统，用于配合模拟系统电路板完成联调，通过接口模块对单缆模拟模块发送控制命令，并接收单缆模拟模块发送的数据帧；

计算机，用于控制功能检验模块产生调试所需的命令，并显示接收到的数据，计算机通过JTAG控制功能检验模块，并接收功能检验模块通过JTAG发送的数据；

所述单缆模拟模块包括：数据生成模块、可调的系统结构模拟模块、系统结构参数表、命令解析模块、各级数据帧后处理模块和错误模拟模块；

数据生成模块，在直接频率综合方法的基础上，加入地址计算算法，从由命令指定的某一种波形表中，串行地取出数据，与地址一起组成数据帧后输出；数据生成模块受错误模拟模块的控制；根据系统结构参数表确定数据串行地产生的顺序；将数据帧输出至可调的系统结构模拟模块；接收命令解析模块输出的命令；

可调的系统结构模拟模块，模拟由总线型和星型复合的拖缆DAQ系统中数据帧的逐级合并过程；该模块接收数据生成模块和各级数据帧后处理模块的数据帧；根据系统结构参数表确定合并的次数和各级规模；将数据帧和帧地址送至各级数据帧后处理模块处理；将最后一级合并后的数据帧输出至接口模块；

命令解析模块，在RAM中按照命令转发地址存取局部命令，使用寄存器存取全局命令，模拟命令的转发与解析，命令解析模块从接口模块中接收命令；将全局命令解析到数据生成模块与错误模拟模块；根据由各级数据帧后处理模块输入的地址，将局部命令解析到各级数据帧后处理模块；

各级数据帧后处理模块，受局部命令的控制，对各级合并后的数据帧进行处理，各级数据帧后处理模块从可调的系统结构模拟模块中取出数据帧和帧地址，处理完成后将数据帧归还；向命令解析模块输出帧地址，取出其解析的命令；该模块受到错误模拟模块控制；

错误模拟模块，受命令控制模拟，源数据出错、传输误码以及数据源或链路断开三种情况；设计该模块时提取上述出错情况导致数据帧在被模拟的拖缆DAQ系统中的接口模块输出时，相比正常的数据帧包括在长度、顺序和数据上的偏差，并对这种偏差进行模拟；该模块接收命令解析模块解析的全局命令；控制数据生成模块和各级后处理模块产生错误；

系统结构参数表，为确定的一组参数，用来描述被模拟的拖缆DAQ系统的结构层次和规模，根据系统结构参数表，数据生成模块计算确定数据串行产生的顺序；系统结构参数表确定的具体结构层次和规模参数，指导可调的系统结构模拟模块实际完成各级数据帧的合并；

所述可调的系统结构模拟模块中，对总线型与星型的拓扑结构下，数据帧的合并采用相同的方式，数据帧的合并方式基于由数据传输协议提供的多路输入合并为一路输出的标准模块；该模块将串行输入的数据帧按照空间地址分发到标准模块的各个输入端口，进行一次合并，每一级的数据帧合并共用一个标准模块分多次完成；

可调的系统结构模拟模块中，根据系统结构参数表确定数据帧需要经过几次合并，以及各级需要合并的节点规模，根据不同的系统结构参数表，实现模拟不同结构层次与规模的拖缆DAQ系统的需求；

所述命令解析模块中，模拟命令的转发的方法是：根据命令的转发地址，判断该命令作用在拖缆系统中的节点范围，将全局命令存储于全局寄存器当中，将局部命令的作用范围折算到RAM中对应的地址并存储；

所述命令解析模块中，命令的解析方式是：各模块对于全局命令的解析，将全局寄存器中的命令按命令类型解析到对应的模块；对于局部命令，根据各级数据帧后处理模块给出的地址，到RAM中取出相应的命令值，输出给各级数据帧后处理模块，完成解析。