一种可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统研究
发布时间：2021-09-11 11:00
进行深入而详细的地球物理勘探是急需的,也是必要的,一方面,进行地球物理勘探能够帮助人类掌握地下矿产资源的分布,另一方面,能够有效预警各类地质灾害。勘探范围广,采样通道空间密度高是当今大规模地球物理勘探数据采集系统的发展趋势之一。采样通道数空间密度的提高,使得地球物理勘探的分辨率信噪比,保真度均得到提高。在传统的大规模地球物理勘探数据采集系统中,由于采集站与数据中心之间的联系过于紧密,采样通道数扩展时,对数据中心的性能要求也会提高,这成为了系统扩展的瓶颈。本文在分析采样通道数扩展对数据采集系统管理能力,存储能力和授时能力的要求的基础上,提出一种具有分布式管理能力,分布式存储能力和分布式授时能力的大规模地球物理勘探数据采集系统,使得系统在具有良好采样通道数扩展性的同时,具有高可靠性和高灵活性。在可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统中,电源站除具有电源管理这一基本功能外,还具有分布式管理能力,分布式存储能力和分布式授时能力,为采集站进行数据采集提供了完备的条件。将电源站与采集站封装在一起,成为新系统的基本单元,使得新系统的基本单元具有良好的独立性,不再依赖于数据中心。在此基础上,各级站体均...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
表格
插图
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 地震勘探法与采样通道数扩展
1.2.1 高分辨率要求采样通道数扩展
1.2.2 大勘探深度要求采样通道数扩展
1.3 瞬变电磁法与采样通道数扩展
1.4 采样通道数的扩展对地球物理勘探数据采集系统提出新挑战
1.5 主要研究内容
1.6 论文的结构安排
第二章 可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统技术概述
2.1 传统大规模地球物理勘探数据采集系统结构
2.1.1 采集系统站体与采样通道的关系
2.1.1.1 单站多道设计的特点
2.1.1.2 单站单道设计的特点
2.1.2 系统结构
2.2 分布式管理能力
2.2.1 系统初始化
2.2.2 系统控制
2.2.3 故障检测与处理
2.3 分布式存储能力
2.3.1 辅助数据中心
2.3.2 电源站数据存储
2.4 分布式授时能力
2.4.1 锁相环路在时钟频率同步中的应用
2.4.1.1 基本锁相环路
2.4.1.2 基于锁相环的时钟恢复技术
2.4.1.3 倍频器
2.4.1.4 基于微控制器的倍频器
2.4.2 分布式同步采样时钟源
2.4.2.1 无线授时方式
2.4.2.2 GPS授时方式
2.4.2.3 分布式同步采样时钟源
2.4.3 同步采样时钟的分发
2.4.3.1 基于授时数据包的时钟同步
2.4.3.2 基于数据时钟恢复的时钟同步
2.5 可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统结构
第三章 原型系统设计
3.1 数据的低功耗远距离传输
3.1.1 远距离电信号传输
3.1.2 多点数据传输与点对点数据传输
3.1.3 以太网在数据采集系统中的应用
3.1.4 适用于大规模地球物理勘探数据采集系统的低速数据传输
3.1.5 纵缆
3.2 站体地址与分配
3.2.1 站体地址
3.2.2 站体地址分配
3.2.3 站体地址分配流程
3.2.4 广播数据的传输
3.3 采集站
3.3.1 同步时钟的产生
3.3.2 模数变换模块接口
3.3.3 采集站数据传输
3.3.4 FPGA与MCU之间的接口
3.3.5 具有转发功能的收发控制模块与接口
3.3.6 采集站电源设计
3.4 电源站
3.4.1 系统同步采样时钟的产生与分发
3.4.2 纵缆低速数据通道传输
3.4.3 纵缆高速数据通道传输
3.4.4 可靠数据传输协议硬件模块
3.4.4.1 数据接收
3.4.4.2 数据发送
3.4.5 纵缆数据各传输通道之间的数据转发
3.4.6 分布式数据存储能力
3.4.7 离线配置接口
3.4.8 电源设计
3.5 交叉站
3.5.1 纵缆高速数据通道传输
3.5.2 横缆接口板
3.5.2.1 横缆上下游接口判断
3.5.2.2 横缆上游接口数据传输
3.5.2.3 横缆下游接口数据传输
3.5.2.4 纵缆接口与辅助数据中心之间的数据传输
3.6 系统设计小结
第四章 测试与讨论
4.1 电源站同步采样时钟性能测试
4.1.1 GPS秒脉冲时钟同步性能测试
4.1.2 采样时钟同步性能测试
4.1.3 采样时钟频率对同步精度的影响
4.1.4 采样时钟相位噪声
4.1.5 DAC量化误差
4.2 采集站采样时钟级联同步性能测试
4.3 纵缆低速数据传输性能测试
4.4 初步测试结果及未来测试安排
第五章 总结与展望
5.1 主要研究工作和创新性结果
5.2 存在的问题和有待进一步研究的内容
参考文献
附录A
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线通信网及GPS的双时钟源授时设计[J]. 欧阳明星. 实验室研究与探索. 2013(07)
[2]单点接收的地震数据采集系统的回顾与展望[J]. 陶知非,马磊,张慕刚. 物探装备. 2013(03)
[3]陆上地震勘探数据同步采集与实时传输的设计与实现[J]. 吴增海,宋克柱,杨俊峰,曹桂平,曹平. 核电子学与探测技术. 2012(11)
[4]基于LVDS的远程数据传输系统[J]. 刘利生,苏淑靖,张凯琳,易春莉. 仪表技术与传感器. 2011(12)
[5]总线LVDS驱动器电路设计[J]. 邢立冬,蒋林. 微计算机信息. 2010(14)
[6]以太网中MAC地址的研究[J]. 乔森. 软件导刊. 2010(02)
[7]单点高密度地震勘探技术研究综述[J]. 刘欣欣,吴国忱,梁锴. 地球物理学进展. 2009(04)
[8]基于GPS的无线传感器网络时间同步技术[J]. 张九宾,张丕状,杜坤坤. 传感器与微系统. 2009(06)
[9]RS-485总线的高速串行远距离数据传输[J]. 李成,王鹏,丁天怀,陈恳,耿立中. 清华大学学报(自然科学版). 2009(05)
[10]宽方位角地震勘探与常规地震勘探对比研究[J]. 田梦,张梅生,万传彪,李占林,王世清,刘冰. 大庆石油地质与开发. 2007(06)
博士论文
[1]大规模陆上地震仪器中高速可靠数据传输方法的研究[D]. 马毅超.中国科学技术大学 2011
[2]大规模陆上地震仪器结构设计的关键技术[D]. 谢明璞.中国科学技术大学 2009
[3]高分辨地震勘探仪器设计研究[D]. 王兵.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]地震勘探仪器中Sigma Delta AD转换器的设计[D]. 田佳.山东大学 2012
本文编号：3392878
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
表格
插图
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 地震勘探法与采样通道数扩展
1.2.1 高分辨率要求采样通道数扩展
1.2.2 大勘探深度要求采样通道数扩展
1.3 瞬变电磁法与采样通道数扩展
1.4 采样通道数的扩展对地球物理勘探数据采集系统提出新挑战
1.5 主要研究内容
1.6 论文的结构安排
第二章 可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统技术概述
2.1 传统大规模地球物理勘探数据采集系统结构
2.1.1 采集系统站体与采样通道的关系
2.1.1.1 单站多道设计的特点
2.1.1.2 单站单道设计的特点
2.1.2 系统结构
2.2 分布式管理能力
2.2.1 系统初始化
2.2.2 系统控制
2.2.3 故障检测与处理
2.3 分布式存储能力
2.3.1 辅助数据中心
2.3.2 电源站数据存储
2.4 分布式授时能力
2.4.1 锁相环路在时钟频率同步中的应用
2.4.1.1 基本锁相环路
2.4.1.2 基于锁相环的时钟恢复技术
2.4.1.3 倍频器
2.4.1.4 基于微控制器的倍频器
2.4.2 分布式同步采样时钟源
2.4.2.1 无线授时方式
2.4.2.2 GPS授时方式
2.4.2.3 分布式同步采样时钟源
2.4.3 同步采样时钟的分发
2.4.3.1 基于授时数据包的时钟同步
2.4.3.2 基于数据时钟恢复的时钟同步
2.5 可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统结构
第三章 原型系统设计
3.1 数据的低功耗远距离传输
3.1.1 远距离电信号传输
3.1.2 多点数据传输与点对点数据传输
3.1.3 以太网在数据采集系统中的应用
3.1.4 适用于大规模地球物理勘探数据采集系统的低速数据传输
3.1.5 纵缆
3.2 站体地址与分配
3.2.1 站体地址
3.2.2 站体地址分配
3.2.3 站体地址分配流程
3.2.4 广播数据的传输
3.3 采集站
3.3.1 同步时钟的产生
3.3.2 模数变换模块接口
3.3.3 采集站数据传输
3.3.4 FPGA与MCU之间的接口
3.3.5 具有转发功能的收发控制模块与接口
3.3.6 采集站电源设计
3.4 电源站
3.4.1 系统同步采样时钟的产生与分发
3.4.2 纵缆低速数据通道传输
3.4.3 纵缆高速数据通道传输
3.4.4 可靠数据传输协议硬件模块
3.4.4.1 数据接收
3.4.4.2 数据发送
3.4.5 纵缆数据各传输通道之间的数据转发
3.4.6 分布式数据存储能力
3.4.7 离线配置接口
3.4.8 电源设计
3.5 交叉站
3.5.1 纵缆高速数据通道传输
3.5.2 横缆接口板
3.5.2.1 横缆上下游接口判断
3.5.2.2 横缆上游接口数据传输
3.5.2.3 横缆下游接口数据传输
3.5.2.4 纵缆接口与辅助数据中心之间的数据传输
3.6 系统设计小结
第四章 测试与讨论
4.1 电源站同步采样时钟性能测试
4.1.1 GPS秒脉冲时钟同步性能测试
4.1.2 采样时钟同步性能测试
4.1.3 采样时钟频率对同步精度的影响
4.1.4 采样时钟相位噪声
4.1.5 DAC量化误差
4.2 采集站采样时钟级联同步性能测试
4.3 纵缆低速数据传输性能测试
4.4 初步测试结果及未来测试安排
第五章 总结与展望
5.1 主要研究工作和创新性结果
5.2 存在的问题和有待进一步研究的内容
参考文献
附录A
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无线通信网及GPS的双时钟源授时设计[J]. 欧阳明星. 实验室研究与探索. 2013(07)
[2]单点接收的地震数据采集系统的回顾与展望[J]. 陶知非,马磊,张慕刚. 物探装备. 2013(03)
[3]陆上地震勘探数据同步采集与实时传输的设计与实现[J]. 吴增海,宋克柱,杨俊峰,曹桂平,曹平. 核电子学与探测技术. 2012(11)
[4]基于LVDS的远程数据传输系统[J]. 刘利生,苏淑靖,张凯琳,易春莉. 仪表技术与传感器. 2011(12)
[5]总线LVDS驱动器电路设计[J]. 邢立冬,蒋林. 微计算机信息. 2010(14)
[6]以太网中MAC地址的研究[J]. 乔森. 软件导刊. 2010(02)
[7]单点高密度地震勘探技术研究综述[J]. 刘欣欣,吴国忱,梁锴. 地球物理学进展. 2009(04)
[8]基于GPS的无线传感器网络时间同步技术[J]. 张九宾,张丕状,杜坤坤. 传感器与微系统. 2009(06)
[9]RS-485总线的高速串行远距离数据传输[J]. 李成,王鹏,丁天怀,陈恳,耿立中. 清华大学学报(自然科学版). 2009(05)
[10]宽方位角地震勘探与常规地震勘探对比研究[J]. 田梦,张梅生,万传彪,李占林,王世清,刘冰. 大庆石油地质与开发. 2007(06)
博士论文
[1]大规模陆上地震仪器中高速可靠数据传输方法的研究[D]. 马毅超.中国科学技术大学 2011
[2]大规模陆上地震仪器结构设计的关键技术[D]. 谢明璞.中国科学技术大学 2009
[3]高分辨地震勘探仪器设计研究[D]. 王兵.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]地震勘探仪器中Sigma Delta AD转换器的设计[D]. 田佳.山东大学 2012
本文编号：3392878
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3392878.html
