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海洋勘探拖缆多传感器数据采集传输控制技术及实现

作　者: 常宗杰
导　师: 段发阶
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 资源勘探 水听器 拖缆 数据传输 同步采集
分类号: P742
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
引　用: 0次
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内容摘要


在未来20年，我国将迎来油气并举的重要机遇期，石油产量稳定增长，天然气产量快速攀升，但随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，一场以开发海洋资源为标志的“蓝色革命”正在全世界兴起。本文受天津市科技兴海项目和天津市科技支撑项目支持，旨在开发具有自主知识产权的多阵元压电探测拖缆及相关设备。通过设计完整的海洋勘探拖缆系统总体结构，并对系统的各模块进行推导研究，经过详细的系统软、硬件设计和调试后，本文最终完成了初步系统样机联调实验。本文主要包括以下几个部分：1、基于海洋勘探拖缆系统的特点，着重分析了系统的各组成模块，并对系统的拓扑结构和传输方式进行了有效优化和改进。命令信号和同步信号同时传输，从命令信号中将同步信号提取出来，并间隔固定时间进行校准，避免了同步误差的累积，提高了同步信号精度，减小了系统体积。2、深入分析了各种传输技术的优势，设计了一种传输速率可调节、传输距离远、体积小和可靠性高的阵列信号数据传输技术。采用数据恢复芯片，驱动均衡器和网络变压器的方式，实现了速率实时可调节和远距离可靠传输。3、根据系统的硬件电路，完成了传输系统的逻辑设计。在FPGA中编写了串化与解串的程序代替芯片实现数据的串化与解串功能，消除了最低速率的限制；设计了包间数据传输的字节对齐方法；编写I2C总线程序控制外设。4、针对水听器线阵列的结构特点，提出了一种水听器阵列多传感器的高精度同步采集方法。采用两级同步的方法，保证了同一个数字包内和不同数字包间的同步采集。5、搭建了系统样机的测试平台，对系统样机进行调试和初步联调实验，主要包括板级硬件测试和系统级测试。测试结果验证了系统设计的可行性和可靠性，已经初步达到了海洋地震勘探系统的要求。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 课题研究背景  9-12
    1.1.1 世界海洋油气资源及其分布  9-10
    1.1.2 海洋资源勘探技术  10-12
  1.2 海洋地震勘探概述  12-14
  1.3 海洋地震勘探技术的研究现状和发展趋势  14-15
    1.3.1 国内外研究现状分析  14-15
    1.3.2 海洋地震勘探技术的发展趋势  15
  1.4 论文研究内容及章节安排  15-17
第二章 海洋地震拖缆系统总体方案设计  17-26
  2.1 系统的设计要求  17-18
    2.1.1 系统目标  17-18
    2.1.2 系统指标  18
  2.2 系统总体架构  18-20
  2.3 系统各组成模块  20-24
    2.3.1 导航系统、震源及水听器  20-21
    2.3.2 水鸟控制系统  21
    2.3.3 采集系统  21-23
    2.3.4 船上系统  23-24
  2.4 系统的关键技术  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 数据传输系统设计  26-45
  3.1 传输系统设计  26-31
    3.1.1 拓扑结构设计  26-28
    3.1.2 传输方式设计  28-29
    3.1.3 传输协议设计  29-31
  3.2 传输系统的硬件设计  31-37
    3.2.1 数字包电子舱设计  31-32
    3.2.2 传输系统的电源设计  32-33
    3.2.3 传输板硬件电路设计  33-37
  3.3 传输系统的逻辑设计  37-42
    3.3.1 命令与同步的解析和提取  37-38
    3.3.2 板间数据传输的字节对齐方法  38-40
    3.3.3 I2C 接口程序  40-42
  3.4 硬件电路传输测试  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章 水听器阵列多传感器同步  45-56
  4.1 同步技术的实现方法  45-49
    4.1.1 实现同步的方式  45-48
    4.1.2 水听器线阵列同步技术  48-49
  4.2 数字包内同步技术的实现  49-52
    4.2.1 锁相环技术  50-51
    4.2.2 同步采集的实现  51-52
  4.3 数字包间同步技术的实现  52-53
  4.4 系统同步的测试分析  53-55
    4.4.1 数字包内同步采集误差测量  54
    4.4.2 数字包间同步采集误差测量  54-55
  4.5 本章小结  55-56
第五章 系统联调  56-64
  5.1 测试平台的搭建  56-58
  5.2 系统级样机测试  58-60
    5.2.1 冲击响应测试  58-59
    5.2.2 水密测试  59-60
    5.2.3 烤机测试  60
  5.3 测试结果分析  60-61
  5.4 测试系统的改进  61-62
  5.5 本章小结  62-64
第六章 全文总结与展望  64-66
  6.1 全文总结  64-65
  6.2 工作展望  65-66
参考文献  66-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋资源与开发 > 海洋开发技术设备
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