专利名称：一种海洋地震数据同步采集的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种数据采集技术，具体地，涉及一种海洋地震数据同步采集的系统及方法。
背景技术：
海上地震勘探系统由一至多条水下电缆组成，每条电缆由甲板电缆、光纤前导段、工作段、数字包以及尾靶等部分串联而成。其中，工作段是水下系统的核心组成部分之一，在其中等间距地放置大量的水听器(单个或组合形式)，从而形成一个有着巨大覆盖面积的传感器阵列。图1是分布式工作段的典型结构。在该种分布式拖缆工作段中，采集板被等间距地放置在缆中，每块负责4通道水听器信号的数字化处理，数字化后的信号通过本地RS485协议传输到数字包上。水下系统所有数字包都通过高速串行通道进行级联，从而保证水下所有采集板的数据能够通过数字包逐级上传到船载记录系统中[10，11]。因此，数字包起着三个方面的作用，即工作段间的物理连接、本地8块采集板的电源分配和数据收集、数据逐级上传和命令逐级下发。分布式的工作段拖缆结构，使得水听器模拟信号的传输距离大大降低，从而十分有利于信号的高质量传输。同时由于传输的信号全是数字化后的数据，模拟信号经限于工作段内的局部传输，因此整条水下拖缆的总通道数规模就完全由数字信号的传输能力和电源系统的供电能力所决定了，从而大大提高了单缆的带道能力。这种分布式结构是一种二级流水线数据传输结构，它在该数据传输带来便利的同时，却也给系统同步带来了麻烦。图2示意地表示了分布式海洋地震数据采集系统的采集时序。就单条缆而言，其船载拖缆接口板会将整个系统的触发信号(TB:time break，该信号与气枪震源系统同步，代表了震源信号激发的时刻)逐级下传到水下系统的每个数字包上。数字包在接收到该触发命令后，会将其传输到本地采集板模块。最终采集板前端ADC模块会在收到该触发信号后才会将数字化信号回传给数字包进行流水线传输。由此可见，整个命令下传过程分为很多个子过程，各个过程都会对命令的传输施加一定的延迟，从而最终产生三方面的结果一是前端数字化模块接收到触发信号的时刻会偏离真正的TB发生时刻；二是各个采集板间接收到TB的时候会发生偏移，存在较大的差异性；第三是多缆间同步接收和执行TB命令的时刻没有办法得到保障。而这些都是由分布式拖缆架构所带来的不利影响，要想真正实现分布式大型海上地震勘探系统，必须要解决这些技术难题和挑战。

发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够解决分布式海洋地震勘探系统中数字包的时钟频率不一致以及地震数据采集时间不一致而影响数据采集的问题。本发明公开的海洋地震数据同步采集的方法，包括船载控制台向拖缆接口板发送主时钟；所述拖缆接口板接收所述主时钟，并通过命令数据通道将所述主时钟依次分发给拖缆上的所有数字包；当所述船载控制台通过所述拖缆接口板向拖缆上数字包发送命令触发信号时，所述数字包按照延迟补偿参数At对所述数字包中的时钟进行延迟，使拖缆上所有的数字包执行所述船载控制台发送的命令的时刻相同。较佳地，拖缆上各个数字包中的所述延迟补偿参数At按照以下方式获得所述船载控制台通过高速串行通道向拖缆接口板发送同步延迟补偿命令；所述拖缆接口板接收所述同步延迟补偿命令，并通过下传命令通道依次分发给拖缆上的所有数字包；当拖缆上的尾包接收到所述同步延迟补偿命令后，将所述同步延迟补偿命令通过上传数据通道依次经过各个数字包回环至所述拖缆接口板；测量各个数字包从下传命令通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间tl以及从上传数据通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间t2 ；锁存时间差t2_tl，并计算所述延迟补偿参数At = (t2_tl)/2。较佳地，所述计算出所述延迟补偿参数At后，通过上传数据通道上传到所述船载控制台。较佳地，所述拖缆上的数字包执行所述船载控制台下传的命令时，将所述命令扇出至采集板。本发明还公开了一种海洋地震数据同步采集系统，包括设置于船载控制台中的主时钟发送模块，用于向拖缆接口板发送嵌入主时钟的命令数据；以及设置于拖缆接口板的主时钟恢复模块，用于接收所述船载控制台发送的嵌入主时钟的命令数据，并恢复出所述主时钟；主时钟发送模块，用于将所述恢复出的主时钟通过下传命令通道依次发送给拖缆中的所有数字包；以及设置于各个数字包的主时钟恢复模块，用于接收命令数据，并恢复出命令数据中的主时钟；时钟延迟模块，用于按照延迟补偿参数A t对所述恢复出的主时钟进行延迟；命令执行模块，用于根据所述时钟延迟模块延迟后的时钟执行所述船载控制台下传的命令，使拖缆上所有的数字包执行所述船载控制台发送的命令的时刻相同。较佳地,所述系统还包括延迟补偿参数测量单元,所述延迟补偿参数测量单元包括设置在船载控制台中的延迟补偿命令发送模块，用于通过高速串行通道向拖缆接口板发送同步延迟补偿命令；以及设置在拖缆接口板中的第一延迟补偿命令接收模块，用于接收所述船载控制台发送的同步延迟补偿命令；延迟补偿命令发送模块，用于将接收的所述同步延迟补偿命令通过下传命令通道依次发送给拖缆中的所有数字包；第二延迟补偿命令接收模块，用于接收拖缆上的数字包通过上传数据通道上传的所述同步延迟补偿命令。以及设置在各个数字包中的第一延迟补偿命令接收模块，用于接收所述拖缆接口板或上级数字包通过下传命令通道发送的同步延迟补偿命令；第一延迟补偿命令发送模块，用于将接收的所述同步延迟补偿命令通过下传命令通道发送给下级数字包；第二延迟补偿命令接收模块，用于接收下级数字包通过上传数据通道上传的同步延迟补偿命令；第二延迟补偿命令发送模块，用于将接收的下级数字包上传的所述同步延迟补偿命令通过上传数据通道上传给上级数字包或拖缆接口板；时间测量模块，用于测量各个数字包从下传命令通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间tl以及从上传数据通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间t2 ；锁存模块，用于锁存时间差t2_tl，计算所述延迟补偿参数At= (t2_tl)/2，并将计算值发送给所述时钟延迟模块；其中，上述模块中，尾包只包括第一延迟补偿命令接收模块，所述尾包还包括命令回环模块，用于在接收到所述同步延迟补偿命令后，将所述同步延迟补偿命令通过上传数据通道依次经过各个数字包回环至所述拖缆接口板。较佳地,所述延迟补偿参数测量单元还包括参数上传模块，用于将所述计算出所述延迟补偿参数通过上传数据通道上传到所述船载控制台。较佳地，所述系统还包括命令扇出模块，用于在所述命令执行模块执行所述船载控制台下传的命令时，将所述命令扇出至采集板。本发明可以消除各采集板工作误差的累积效应，完成整个大范围系统级的同步采集。


图1为现有技术中分布式海洋地震勘测系统的结构图；图2为现有技术中分布式海洋地震勘测系统地震数据采集时序图；图3为本发明实施例中海洋地震数据同步采集的系统框图；图4为本发明实施例中延迟补偿参数测量单元的结构框图；图5为本发明实施例中海洋地震数据同步采集的方法流程图；图6为本发明实施例中延迟补偿参数测量方法流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优先实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，但不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。本发明公开的一个装置实施例中，提供了一种海洋地震数据同步采集的系统，如图3所示,包括设置于船载控制台中的主时钟发送模块，用于向拖缆接口板发送嵌入主时钟的命令数据；以及设置于拖缆接口板的主时钟恢复模块，用于接收船载控制台发送的嵌入主时钟的命令数据，并恢复出主时钟；主时钟发送模块，用于将恢复出的主时钟通过下传命令通道依次发送给拖缆中的所有数字包；以及设置于各个数字包的主时钟恢复模块，用于接收命令数据，并恢复出命令数据中的主时钟；时钟延迟模块，用于按照延迟补偿参数A t对所述恢复出的主时钟进行延迟；命令执行模块，用于根据时钟延迟模块延迟后的时钟执行船载控制台下传的命令，使拖缆上所有的数字包执行船载控制台发送的命令的时刻相同。本实施例解决了同步时钟分发和命令的同步执行，但由于分布式拖缆数据采集结构的原因，此时的命令还没有传递到前端采集板，仅仅到达了数字包。为解决此问题，可以在数字包中将接收到命令通过RS485协议同步扇出至采集板，由于数字包工作时钟以及命令执行时刻已经同步完成，显然扇出命令可以同步地到达采集板并完成同步执行。因此,各采集板采用不同源的本地工作时钟，但在系统开始采集命令的控制下，并且在每一次TB命令产生的时刻，都会重新同步采集一次，从而可以消除各采集板工作误差的累积效应，并最终完成整个大范围系统级的同步采集。本发明公开的另一个装置实施例中，提供了一种延迟补偿参数测量单元，可以获得同步延迟补偿参数，如图4所示,包括设置在船载控制台中的延迟补偿命令发送模块，用于通过高速串行通道向拖缆接口板发送同步延迟补偿命令(SDC Synchronization Delay Compensation)；以及设置在拖缆接口板中的第一延迟补偿命令接收模块，用于接收船载控制台发送的同步延迟补偿命令；延迟补偿命令发送模块，用于将接收的同步延迟补偿命令通过下传命令通道依次发送给拖缆中的所有数字包；第二延迟补偿命令接收模块，用于接收拖缆上的数字包通过上传数据通道上传的同步延迟补偿命令。以及设置在各个数字包中的第一延迟补偿命令接收模块，用于接收拖缆接口板或上级数字包通过下传命令通道发送的同步延迟补偿命令；第一延迟补偿命令发送模块，用于将接收的同步延迟补偿命令通过下传命令通道发送给下级数字包；第二延迟补偿命令接收模块，用于接收下级数字包通过上传数据通道上传的同步延迟补偿命令；第二延迟补偿命令发送模块，用于将接收的下级数字包上传的同步延迟补偿命令通过上传数据通道上传给上级数字包或拖缆接口板；时间测量模块，用于测量各个数字包从下传命令通道检测到同步延迟补偿命令的时间tl以及从上传数据通道检测到同步延迟补偿命令的时间t2 ；锁存模块，用于锁存时间差t2_tl，计算延迟补偿参数A t = (t2_tl)/2，并将计算值发送给时钟延迟模块；其中，上述模块中，尾包只包括第一延迟补偿命令接收模块，尾包还包括命令回环模块，用于在接收到同步延迟补偿命令后，将同步延迟补偿命令通过上传数据通道依次经过各个数字包回环至拖缆接口板。其中，时间测量模块可以使用高频计数器，锁存模块的值既可以由高频计数器写入，也可以通过接收船载控制台的配置参数进行写入。因此为了避免水下系统在工作之前都进行复杂而耗时的同步延迟补偿参数的测量过程，当测量出同步延迟补偿参数的时候，通过参数上传模块将该参数通过数据通道上传到船载控制台，从而可以记录下来作为系统的工作参数。这样当系统重新上电工作的时候，就可以直接通过船载控制台获得同步延迟补偿参数。本发明公开的一个方法实施例中，提供了海洋地震数据同步采集的方法，如图5所示，包括SO1、船载控制台向拖缆接口板发送主时钟；

S02、拖缆接口板接收主时钟，并通过命令数据通道将主时钟依次分发给拖缆上的所有数字包；S03、当船载控制台通过拖缆接口板向拖缆上数字包发送命令触发信号时，数字包按照延迟补偿参数△ t对数字包中的时钟进行延迟，使拖缆上所有的数字包执行船载控制台发送的命令的时刻相同。作为本实施例的进一步改进，拖缆上的数字包执行船载控制台下传的命令时，将命令扇出至采集板，从而可以消除各采集板工作误差的累积效应，并最终完成整个大范围系统级的冋步米集。本发明公开的另一个方法实施例中，提供了一种延迟补偿参数测量方法，可以获得同步延迟补偿参数，如图6所示,包括S11、船载控制台通过高速串行通道向拖缆接口板发送同步延迟补偿命令；S12、拖缆接口板接收同步延迟补偿命令，并通过下传命令通道依次分发给拖缆上的所有数字包；S13、当拖缆上的尾包接收到同步延迟补偿命令后，将同步延迟补偿命令通过上传数据通道依次经过各个数字包回环至拖缆接口板；S14、测量各个数字包从下传命令通道检测到同步延迟补偿命令的时间tl以及从上传数据通道检测到同步延迟补偿命令的时间t2 ；S15、锁存时间差t2_tl，并计算延迟补偿参数At = (t2_tl)/2。为了避免水下系统在工作之前都进行复杂而耗时的同步延迟补偿参数的测量过程，当测量出同步延迟补偿参数的时，将该参数通过数据通道上传到船载控制台，从而可以记录下来作为系统的工作参数。这样当系统重新上电工作的时候，就可以直接通过船载控制台获得同步延迟补偿参数。
权利要求
1.一种海洋地震数据同步采集的方法，其特征在于，包括 船载控制台向拖缆接口板发送主时钟； 所述拖缆接口板接收所述主时钟，并通过命令数据通道将所述主时钟依次分发给拖缆上的所有数字包； 当所述船载控制台通过所述拖缆接口板向拖缆上数字包发送命令触发信号时，所述数字包按照延迟补偿参数At对所述数字包中的时钟进行延迟，使拖缆上所有的数字包执行所述船载控制台发送的命令的时刻相同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于拖缆上各个数字包中的所述延迟补偿参数At按照以下方式获得 所述船载控制台通过高速串行通道向拖缆接口板发送同步延迟补偿命令； 所述拖缆接口板接收所述同步延迟补偿命令，并通过下传命令通道依次分发给拖缆上的所有数字包； 当拖缆上的尾包接收到所述同步延迟补偿命令后，将所述同步延迟补偿命令通过上传数据通道依次经过各个数字包回环至所述拖缆接口板； 测量各个数字包从下传命令通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间tl以及从上传数据通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间t2 ； 锁存时间差t2_tl，并计算所述延迟补偿参数At = (t2_tl)/2。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述计算出所述延迟补偿参数At后，通过上传数据通道上传到所述船载控制台。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述拖缆上的数字包执行所述船载控制台下传的命令时，将所述命令扇出至采集板。
5.一种海洋地震数据同步采集系统，其特征在于，包括 设置于船载控制台中的 主时钟发送模块，用于向拖缆接口板发送嵌入主时钟的命令数据； 以及设置于拖缆接口板的 主时钟恢复模块，用于接收所述船载控制台发送的嵌入主时钟的命令数据，并恢复出所述主时钟； 主时钟发送模块，用于将所述恢复出的主时钟通过下传命令通道依次发送给拖缆中的所有数字包； 以及设置于各个数字包的 主时钟恢复模块，用于接收命令数据，并恢复出命令数据中的主时钟； 时钟延迟模块，用于按照延迟补偿参数At对所述恢复出的主时钟进行延迟； 命令执行模块，用于根据所述时钟延迟模块延迟后的时钟执行所述船载控制台下传的命令，使拖缆上所有的数字包执行所述船载控制台发送的命令的时刻相同。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括延迟补偿参数测量单元，所述延迟补偿参数测量单元包括 设置在船载控制台中的 延迟补偿命令发送模块，用于通过高速串行通道向拖缆接口板发送同步延迟补偿命令；以及设置在拖缆接口板中的 第一延迟补偿命令接收模块，用于接收所述船载控制台发送的同步延迟补偿命令； 延迟补偿命令发送模块，用于将接收的所述同步延迟补偿命令通过下传命令通道依次发送给拖缆中的所有数字包； 第二延迟补偿命令接收模块，用于接收拖缆上的数字包通过上传数据通道上传的所述同步延迟补偿命令。
以及设置在各个数字包中的 第一延迟补偿命令接收模块，用于接收所述拖缆接口板或上级数字包通过下传命令通道发送的同步延迟补偿命令； 第一延迟补偿命令发送模块，用于将接收的所述同步延迟补偿命令通过下传命令通道发送给下级数字包； 第二延迟补偿命令接收模块，用于接收下级数字包通过上传数据通道上传的同步延迟补偿命令； 第二延迟补偿命令发送模块，用于将接收的下级数字包上传的所述同步延迟补偿命令通过上传数据通道上传给上级数字包或拖缆接口板； 时间测量模块，用于测量各个数字包从下传命令通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间tl以及从上传数据通道检测到所述同步延迟补偿命令的时间t2 ； 锁存模块，用于锁存时间差t2-tl，计算所述延迟补偿参数At = (t2-tl)/2，并将计算值发送给所述时钟延迟模块； 其中，上述模块中，尾包只包括第一延迟补偿命令接收模块，所述尾包还包括命令回环模块，用于在接收到所述同步延迟补偿命令后，将所述同步延迟补偿命令通过上传数据通道依次经过各个数字包回环至所述拖缆接口板。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于所述延迟补偿参数测量单元还包括 参数上传模块，用于将所述计算出所述延迟补偿参数通过上传数据通道上传到所述船载控制台。
8.如权利要求5、6或I所述的方法，其特征在于所述系统还包括 命令扇出模块，用于在所述命令执行模块执行所述船载控制台下传的命令时，将所述命令扇出至采集板。
全文摘要
本发明公开了一种海洋地震数据同步采集的方法及系统，包括船载控制台向拖缆接口板发送主时钟；拖缆接口板接收主时钟，并通过命令数据通道将主时钟依次分发给拖缆上的所有数字包；当船载控制台通过拖缆接口板向拖缆上数字包发送命令触发信号时，数字包按照延迟补偿参数Δt对数字包中的时钟进行延迟，使拖缆上所有的数字包执行船载控制台发送的命令的时刻相同。本发明解决了分布式海洋地震勘探系统中数字包的时钟频率不一致以及地震数据采集时间不一致而影响数据采集的问题。
文档编号G01V1/38GK103064108SQ20121057307
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者曾翔, 朱耀强, 阮福明, 黄龙君 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司