[实用新型]用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探仪器中的数据传输技术领域，具体是一种用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统。

背景技术

对于大型地震勘探系统，高效稳定的长距离数据传输是一个关键问题，决定了系统的稳定性以及采集数据的完整性。在地震勘探系统中，采集站之间、交叉站之间以及交叉站与主控站（仪器车）之间都存在着不同速率、不同距离的数据传输。其中，采集站由于数量多、距离远（如单站多道下100米远距离传输），亟需一种高效稳定、功耗较低的数据传输方案。

目前业界常用的较为成熟的长距离传输方法有如下几种：1）基于LVDS接口的差分电传输方式；2）基于RS485接口的差分电传输方式；3）基于光接口的光传输方式；4）基于TCP/IP协议的网络传输方式。基于LVDS接口的差分电传输方式，由于其内在PLL器件工作频率的限制，其最低速率通常在100Mbps以上，长距离情况下要实现稳定传输，这对传输介质提出了很高的要求，通常不宜用在数量较多的场合，比如大型勘探系统中的采集站之间，由于采集站数量众多，使用LVDS传输方式，功耗大，费用高。基于光接口的光传输方式，支持的速率大，误码率低，对于长距离下大容量数据传输是一个不错的选择。然而，由于野外施工作业的特殊性（采集站需要滚动，接插件需要不断地拔插），且野外施工地形复杂，光纤容易被折断，光纤连接器容易受损，在采集站之间采用光传输方式，维护成本高，目前业界已少有使用。基于TCP/IP协议的网络传输方式要实现稳定无差错传输，通常需要网络栈的支持，这要求传输单元内嵌处理器，移植网络协议，或者采用FPGA直接驱动网络物理层芯片，实现复杂；无论采用哪种方式都会造成单元结构复杂、成本大，不宜使用在采集单元数量众多的场合。基于RS485接口的差分电传输方式可以支持较远距离的稳定传输，然而随着传输距离的增加，其可靠传输速率也急剧下降。如在100米传输距离下，通常的RS485传输方案只能支持到10Mbps传输速率，这对于高精度（24-bit）、采样率较高（1ksps）的地震勘探系统而言，需要在采集站中增加较大的本地缓存RAM，而且在该低速率下，数据传输的时间较长，系统死时间较大，是不适宜使用的。

目前国内外最为先进的地震勘探仪器中的数据采集系统是法国Sercel公司的428XL陆上地震数据采集系统，中海油海上地震数据采集系统——“海亮系统”，中石油ES109万道陆上地震仪系统等。

法国Sercel公司在陆上地震仪器研制方面积累了多年经验，其最新推出的428系列，在其408的基础上改进后功能更加强大，428XL采集单元之间采用了RS485传输方案，传输速率从408UL的8Mbps提高到了16Mbps，增加了带道能力。然而由于技术封锁，无法确知其具体的实现细节。中海油“海亮”系统中，采用了两级传输，主传输节点之间采用了高速LVDS传输方案，传输距离为100米，数据传输速率高达240 Mbps，要求的传输电缆品质高，电缆成本大。内部次传输节点之间采用了RS485传输方法，最大传输距离为40米左右，传输速率为10 Mbps左右。基于传输芯片性能的限制，无法使用在更长距离的传输中。中石油ES109系统采集单元之间也是采用了RS485传输方法，基于传输速率的限制，其采用了双通道并行方式进行传输，造成系统结构和协议复杂、功耗大，不能满足野外作业要求的低功耗和长时间持续工作的要求。

从以上目前常用系统传输方案分析中，可以看出，RS485作为工业界常用的长距离传输方案也被大量使用在地震勘探系统中，但传输速率通常较低，428XL系统支持最大传输速率为16 Mbps，采用屏蔽双绞线时，最大传输距离为90米。国内“海亮”系统传输速率则更低。解决长距离下的RS485高速数据传输问题对地震勘探系统的稳定性和数据完整性具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于地球物理勘探的RS485高效长距离数据传输系统，采用FPGA直接驱动RS485芯片，结构简单，合理选取RS485芯片，在100米传输距离下，数据传输速率可达40Mbps，200米传输距离下，数据传输速率可达24Mbps，误码率在10^-12以下，单道功耗约为200mW@24Mbps，为大型地震勘探数据传输系统设计实现提供一种有效途径。

本实用新型的技术方案为：