[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

说明书

本发明涉及一种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，包括：室内系统、计算机和模拟系统电路板；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；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；本发明解决了拖缆模拟系统结构固定，无法控制与处理特定节点数据，出错模拟不全面的问题，灵活地调整模拟系统的拓扑结构与各层次的节点规模，适应拖缆DAQ系统不断升级的需求，模拟多种错误情况，最终功能更加全面，更有效地模拟拖缆DAQ系统完成与室内系统的联调。

技术领域

本发明涉及一种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，属于海洋地震勘探拖缆技术领域。

背景技术

我国自主研发的用于海洋地震勘探领域的拖缆系统正在稳步发展，缆长可达15km，单缆最多支持2400个数据采集通道，可工作在2ksps采样率下每通道采集24bits数据。随着数据率的提升，对DAQ系统的设计也提出了更高的要求。但拖缆系统结构复杂，造价昂贵，因此在系统联合调试阶段需要使用模拟系统来替代。

在早期的拖缆模拟系统中，模拟器单板被集成在一个Compact PCI机箱中，各板采用ROM预存波形的方式模拟初至波、测试波等波形，通过读取状态表对原始数据做后处理(幅度缩放，叠加噪声)。另一种基于对拖缆系统拆分设计的拖缆模拟系统，将工作站存储的数据源按照数据获取系统的数据流进行反向拆分，从而得到时间与空间上具有相关性的数据。

现有的拖缆模拟系统，是针对拖缆系统完全定制的，而随着拖缆系统的不断升级，模拟系统的生命周期将会缩短。在被模拟的系统非常庞大的情况下，仅用单块FPGA的资源，使用逆系统的设计方式，难以实现底层采集通道级别的控制与后处理。现有的模拟系统，仅靠对当前发送的数据叠加或替换为噪声，难以完全地模拟拖缆系统中各种出错的情形。

因此需要设计一种，在资源有限的情况下，能够具有更长的生命周期，更全面的功能，且更符合拖缆DAQ系统特征的拖缆数据模拟系统。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种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，解决了拖缆模拟系统结构固定，无法控制与处理特定节点数据，出错模拟不全面的问题，可以灵活地调整模拟系统的拓扑结构与各层次的节点规模，适应拖缆DAQ系统不断升级的需求；使用基于DDS的地址计算串行产生底层数据，读写RAM实现系统内局部命令的转发与解析，实现对局部数据帧的后处理；分析并模拟了多种出错情况反映在系统接口处的表现；能够灵活调整结构与规模，控制和处理特定节点数据，模拟多种错误情况，最终功能更加全面，更有效地模拟拖缆DAQ系统完成与室内系统的联调。

本发明技术解决方案：一种易于拓展可灵活配置的海洋地震勘探拖缆模拟系统，如图1所示，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，接口数量与拖缆DAQ系统中拖缆的个数相同，通过FPGA中的数千兆收发器驱动，每一路接口承担单个单缆模拟模块与室内系统或功能检验模块之间数据和命令的双向传输任务，该模块的连接可以配置；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，受电路板中传输接口资源限制，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；