用于海洋地震勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變采樣率采集及自檢控制模塊*

李彥超，段發(fā)階，蔣佳佳，袁建富，薛俊，王憲全

（天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072）

用于海洋地震勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變采樣率采集及自檢控制模塊*

李彥超，段發(fā)階*，蔣佳佳，袁建富，薛俊，王憲全

（天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072）

針對(duì)傳統(tǒng)海洋地震勘探系統(tǒng)的不足之處，本文提出了一種用于海洋地震勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變采樣率采集及自檢控制模塊。該模塊采用一種基于鎖相環(huán)的變采樣率采集節(jié)點(diǎn)同步設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了采樣率可調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)采集功能，同時(shí)，該模塊還實(shí)現(xiàn)了基于奇、偶通道控制模塊的自檢功能，完成了變道數(shù)采集以及系統(tǒng)自檢測(cè)。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)的同步精度為4.86 ns，可靈活實(shí)現(xiàn)海洋地震勘探系統(tǒng)4 ksample/s（sample per second，每秒采樣次數(shù)）、2 ksample/s、1 ksample/s、500 sample/s、250 sample/s 5種采樣率可調(diào)的功能，同時(shí)能夠進(jìn)行包括奇、偶通道串?dāng)_，通道一致性，諧波失真，噪聲、直流偏置六項(xiàng)系統(tǒng)自檢功能，從而驗(yàn)證了本文所提出的海洋地震勘探系統(tǒng)的可行性。

海上油氣田地質(zhì)與勘探；采樣率可調(diào)；系統(tǒng)自檢；奇、偶通道控制模塊；數(shù)據(jù)抽取器

EEACC：7230doi：10.3969/j.issn.1004-1699.2016.09.014

作為獲取海洋資源信息的重要手段之一，海洋地震勘探技術(shù)［1-6］正在往高精度、高分辨率、高可靠性的方向飛速發(fā)展。然而，隨著勘探難度［7-11］的增加，傳統(tǒng)的海洋地震勘探系統(tǒng)已無法在高分辨率、多頻帶以及實(shí)時(shí)自檢等方面做到完全兼顧；同時(shí)，對(duì)于海洋環(huán)境噪聲，以及不同采集通道之間的相互干擾也無法及時(shí)收集，大大降低了海洋地震勘探系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性［12-13］。

常見的海洋地震勘探系統(tǒng)主要分為軍用系統(tǒng)與民用系統(tǒng)兩種［14-15］。其中，軍用系統(tǒng)主要用于海洋預(yù)警及監(jiān)測(cè)，其要求系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)采樣率，一般為每秒3 000至100 000個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)（3 ksample/s～100 ksample/s），典型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣率為每秒16 000個(gè)數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)（16 ksample/s）；民用系統(tǒng)則主要用于探測(cè)海底地質(zhì)地貌，海底油氣藏資源等，其對(duì)于采樣率的要求較低，常見的系統(tǒng)采樣率為每秒四千個(gè)采樣點(diǎn)（4 ksample/s）。由此可見，海洋地震勘探系統(tǒng)在不同條件下對(duì)其數(shù)據(jù)采樣率［16］有著不同的頻帶要求。

一般地，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，為保證原始信號(hào)在經(jīng)過采樣后能夠不失真地還原，采樣電路的數(shù)據(jù)采樣率必須至少兩倍于原始信號(hào)的最高頻率，即Ωs＞2Ωh，其中Ωs為數(shù)據(jù)采樣率，Ωh為原始信號(hào)的最高頻率。但是，在實(shí)際操作工程中，數(shù)據(jù)采樣率一般需要達(dá)到原始信號(hào)最高頻率的10倍以上，即Ωs＞10Ωh。

目前，傳統(tǒng)的海洋地震勘探系統(tǒng)，均采用基于過采樣技術(shù)的24 bit Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）作為地震信號(hào)采集單元的核心部件，這種過采樣技術(shù)能夠保證采樣信號(hào)不失真；同時(shí)，Δ-Σ ADC還具有超寬的動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良的線性度，超低的諧波失真以及靈活的串行接口等優(yōu)點(diǎn)，因此能夠滿足海洋地震勘探系統(tǒng)在復(fù)雜水下環(huán)境中高信噪比地震信號(hào)進(jìn)行采集的嚴(yán)苛需求。

然而，傳統(tǒng)的海洋地震勘探系統(tǒng)往往只具有單一的數(shù)據(jù)采樣率，其能夠分析的水聲信號(hào)頻帶是固定的、有限的，不能根據(jù)實(shí)際需求做出改變，因而制約了海洋地震勘探系統(tǒng)的靈活性及功能性，其單一的數(shù)據(jù)采樣率已不能夠滿足用戶對(duì)于寬帶水聲信號(hào)分析的需求。

同時(shí)，海洋地震勘探系統(tǒng)成本較高且維修困難，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)自檢測(cè)是十分必要的。常規(guī)的自檢測(cè)參數(shù)主要包括通道間串?dāng)_、系統(tǒng)本底噪聲、通道一致性、直流偏置、諧波失真等。當(dāng)系統(tǒng)工作在異常狀態(tài)時(shí)，對(duì)以上參數(shù)的實(shí)時(shí)自檢測(cè)可以使其能夠及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行分析、定位。因此，實(shí)時(shí)自檢測(cè)對(duì)于海洋地震勘探系統(tǒng)也具有重要意義。

為克服上述缺陷，本文提出了一種用于海洋地震勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變采樣率采集及自檢控制模塊。該模塊可靈活實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)采樣率的地震信號(hào)采集，且具有良好的信號(hào)采集同步精度；同時(shí)，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)多種自檢信息的采集與顯示。現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了該模塊的靈活性與可靠性。

1　海洋地震勘探系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

海洋地震勘探系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由船上系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡，M級(jí)數(shù)字包以及水聽器陣列纜段組成。其中，每段水聽器陣列包含16路水聽器，1路命令同步采集鏈路以及1路數(shù)據(jù)鏈路，鏈路介質(zhì)均為超5類非屏蔽雙絞線。船上系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集卡之間采用光纖介質(zhì)進(jìn)行連接；數(shù)據(jù)采集卡與各級(jí)數(shù)字包之間均采用水聽器陣列纜段進(jìn)行連接。命令同步鏈路向下一級(jí)數(shù)字包傳輸控制命令以及同步時(shí)鐘，數(shù)據(jù)鏈路負(fù)責(zé)完成采集數(shù)據(jù)的上傳。

各級(jí)數(shù)字包由采集節(jié)點(diǎn)和傳輸節(jié)點(diǎn)組成，采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收左右各8路，共16路地震信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，上傳至對(duì)應(yīng)的傳輸節(jié)點(diǎn)；同時(shí)，完成變采樣率數(shù)據(jù)同步采集以及系統(tǒng)自檢。傳輸節(jié)點(diǎn)的作用是通過命令同步鏈路與數(shù)據(jù)鏈路分別完成命令解析、同步時(shí)鐘的轉(zhuǎn)發(fā)以及數(shù)據(jù)上傳。數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)將傳輸節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)整合，并通過光纖收發(fā)模塊上傳至上位機(jī)系統(tǒng)；同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)系統(tǒng)下發(fā)的命令。上位機(jī)系統(tǒng)的主要功能是接收與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示采集信號(hào)波形，并對(duì)整個(gè)海洋地震勘探系統(tǒng)進(jìn)行控制。

圖1　海洋地震勘探系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2　采集節(jié)點(diǎn)工作原理

本海洋地震勘探系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采樣率可調(diào)以及系統(tǒng)自檢功能主要是通過采集節(jié)點(diǎn)來完成的。采集節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列（FPGA）、鎖相環(huán)、16路采集模塊、16路水聽器、自檢模塊以及電源模塊組成。

采集節(jié)點(diǎn)中各模塊功能如下所示：

①FPGA。FPGA主要負(fù)責(zé)接收并識(shí)別傳輸節(jié)點(diǎn)下發(fā)的命令與同步時(shí)鐘，一方面根據(jù)命令內(nèi)容控制不同模塊進(jìn)行相應(yīng)處理，另一方面將同步時(shí)鐘轉(zhuǎn)發(fā)給鎖相環(huán)，以實(shí)現(xiàn)各級(jí)數(shù)字包同步采集數(shù)據(jù)的功能。同時(shí)，接收本地采集節(jié)點(diǎn)16路采集模塊轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，組成系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)幀格式，并上傳至傳輸節(jié)點(diǎn)。

②鎖相環(huán)。用于控制采集模塊的同步采集、自檢模塊各測(cè)試信號(hào)的同步產(chǎn)生。

③采集模塊與自檢模塊。各采集節(jié)點(diǎn)包含16路采集模塊和1路自檢模塊。采集節(jié)點(diǎn)中采集模塊的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示，由數(shù)據(jù)抽取器、Δ-ΣADC、程控放大器以及模擬開關(guān)組成。其中，模擬開關(guān)的輸入端分別連接水聽器濾波網(wǎng)絡(luò)、自檢模塊、以及公共地，完成地震信號(hào)的采集，自檢信號(hào)測(cè)試等不同功能。自檢模塊主要由Δ-Σ數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）組成，通過FPGA對(duì)Δ-ΣDAC進(jìn)行相應(yīng)的配置，即可產(chǎn)生系統(tǒng)自檢功能所需的正弦信號(hào)、直流偏置信號(hào)與脈沖信號(hào)，最終用于進(jìn)行通道一致性、直流偏置、奇偶通道間串?dāng)_等系統(tǒng)自檢信息的測(cè)試。

圖2　海洋地震勘探系統(tǒng)采集節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3　采集模塊內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3　系統(tǒng)采樣率可調(diào)及自檢功能的實(shí)現(xiàn)

3.1基于鎖相環(huán)的變采樣率采集節(jié)點(diǎn)同步設(shè)計(jì)方法

海洋地震勘探系統(tǒng)的同步，主要取決于各級(jí)數(shù)字包中16路采集模塊的采集同步，自檢模塊測(cè)試信號(hào)同步以及數(shù)字包之間的時(shí)鐘同步。由于各級(jí)數(shù)字包均源于同一系統(tǒng)同步時(shí)鐘，在采樣率變化的情況下，各級(jí)數(shù)字包之間，亦能夠?qū)崿F(xiàn)包間同步。為保證本系統(tǒng)在采樣率可調(diào)的情況下仍然能夠同步采集，系統(tǒng)同步時(shí)鐘頻率應(yīng)與采樣率保持一致。目前，本系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了4 ksample/s、2 ksample/s、 1 ksample/s、500 sample/s、250 sample/s 5種采樣率可調(diào)的功能，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)同步時(shí)鐘頻率分別為4 kHz、2 k Hz、1 k Hz、500 Hz、250 Hz。

采集節(jié)點(diǎn)中的采集同步與自檢模塊測(cè)試信號(hào)同步主要通過鎖相環(huán)電路實(shí)現(xiàn)（如圖4所示）。鎖相環(huán)由鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器、分頻器、ΔΣADC以及數(shù)據(jù)抽取器組成。其中，壓控振蕩器的時(shí)鐘頻率為16.384 MHz，分頻器的分頻數(shù)設(shè)為4，ΔΣADC的主時(shí)鐘頻率為4.096 MHz，其數(shù)據(jù)采樣率為固定的4 ksample/s，這里可將ADC看作一個(gè)分頻數(shù)為1 024的偽分頻器。這樣，分頻器與ADC共同組成了一個(gè)分頻數(shù)為4×1 024=4 096的分頻環(huán)節(jié)。

假設(shè)當(dāng)前系統(tǒng)的采樣率為4 ksample/s，則系統(tǒng)同步時(shí)鐘為4 kHz，將ADC的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)抽取器進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，利用其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就緒位（DRDY）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)同步時(shí)鐘的跟蹤與鎖定。由于DRDY與系統(tǒng)同步時(shí)鐘是同頻率的，當(dāng)系統(tǒng)需要改變采樣率時(shí)，系統(tǒng)同步采集時(shí)鐘與DRDY將同時(shí)改變，并最終完成同步。這里，同一采集節(jié)點(diǎn)的所有ADC與DAC的主時(shí)鐘均為同一主時(shí)鐘。通過上述環(huán)節(jié)，海洋地震勘探系統(tǒng)的變采樣率同步采集即可實(shí)現(xiàn)。

圖4　鎖相環(huán)電路的內(nèi)部組成

3.2數(shù)據(jù)抽取器

數(shù)據(jù)抽取器（如圖5）由計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)緩存構(gòu)成。數(shù)據(jù)緩存模塊用于緩存ADC產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)器用于控制數(shù)據(jù)緩存模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變采樣率采集。

圖5　數(shù)據(jù)抽取器原理框圖

數(shù)據(jù)抽取器的原理（如圖6）如下：

Δ-ΣADC在對(duì)采集到的信號(hào)完成轉(zhuǎn)換之后對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)抽取，即可完成變采樣率的數(shù)據(jù)采集。每?jī)蓚€(gè)數(shù)字信號(hào)抽取一次，則系統(tǒng)的采樣率變?yōu)? ksample/s，每3個(gè)抽取1次，采樣率變?yōu)?.333 ksample/s，以此類推。最終，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)4 ksample/s、2 ksample/s、1 ksample/s、500 sample/s、250 sample/s 5種采樣率的信號(hào)采集通道。

圖6　變采樣率數(shù)據(jù)采集示意圖

3.3基于奇、偶通道控制模塊的自檢功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

如圖7所示，F(xiàn)PGA由奇、偶通道控制模塊以及同步控制模塊組成，其中，奇通道控制模塊控制奇數(shù)通道采集模塊，偶通道控制模塊控制偶數(shù)通道采集模塊，同步控制模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸節(jié)點(diǎn)下傳的系統(tǒng)同步時(shí)鐘。

圖7　奇、偶通道控制模塊示意圖

采集節(jié)點(diǎn)可根據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)下發(fā)的命令，來實(shí)現(xiàn)以下功能：當(dāng)采集系統(tǒng)需要正常采集所有通道的地震信號(hào)時(shí)，奇、偶通道控制模塊將會(huì)同步控制各個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；當(dāng)采集系統(tǒng)只需要采集奇通道或者偶通道的數(shù)據(jù)時(shí)，采集節(jié)點(diǎn)可以做出相應(yīng)的處理，控制采集模塊中的模擬開關(guān)，采集奇通道或者偶通道的數(shù)據(jù)，從而改變采集系統(tǒng)的傳感器道數(shù)，滿足不同場(chǎng)合對(duì)大道數(shù)、小道數(shù)采集節(jié)點(diǎn)的不同要求；當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行自檢測(cè)試時(shí)，采集節(jié)點(diǎn)可以分別測(cè)量奇通道串?dāng)_（奇通道接入公共地，偶通道接入自檢模塊產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)時(shí)，奇通道所采集到的干擾信號(hào)即為奇通道串?dāng)_）及偶通道串?dāng)_（偶通道接入公共地，奇通道接入自檢模塊產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試信號(hào)時(shí)，偶通道所采集到的干擾信號(hào)），或者分別測(cè)量系統(tǒng)的通道一致性，噪聲，直流偏置以及諧波畸變。

3.4數(shù)據(jù)采樣率可調(diào)以及系統(tǒng)自檢功能的實(shí)現(xiàn)

最終，采集節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部功能流程圖如圖8所示。

圖8　采集節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部功能流程圖

首先系統(tǒng)需要對(duì)采集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上電初始化，待初始化完成之后，采集節(jié)點(diǎn)將會(huì)通過鎖相環(huán)對(duì)各個(gè)信號(hào)采集通道進(jìn)行同步，只有當(dāng)所有信號(hào)采集通道完成同步之后，采集節(jié)點(diǎn)才會(huì)進(jìn)行下一步驟，否則采集節(jié)點(diǎn)會(huì)再次進(jìn)行同步，直到各個(gè)采集通道完成同步。

然后，采集節(jié)點(diǎn)將會(huì)等待上位機(jī)的命令，當(dāng)采集節(jié)點(diǎn)接收到上位機(jī)下發(fā)的自檢命令后，自檢模塊將會(huì)產(chǎn)生自檢需要的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)，同時(shí)奇、偶通道控制模塊將配置模擬開關(guān)轉(zhuǎn)換至自檢通道，系統(tǒng)進(jìn)入自檢模式；若采集節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行自檢，則系統(tǒng)進(jìn)入正常的數(shù)據(jù)采集工作，并配置信號(hào)采集模塊進(jìn)入正常采集模式。

最后，系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至傳輸節(jié)點(diǎn)。

4　實(shí)驗(yàn)

基于本文提出的系統(tǒng)模型，課題組搭建了一套具有16路水聽器的海洋地震勘探系統(tǒng)，如圖9所示，其中數(shù)字包2與數(shù)字包3之間是由一長(zhǎng)度為100 m的水聽器陣列連接，該段陣列內(nèi)共含有16路的水聽器。在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，課題組共進(jìn)行了3組實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)試了本文設(shè)計(jì)模塊的采樣率可調(diào)功能，采集節(jié)點(diǎn)的同步精度以及系統(tǒng)自檢的功能。

圖9　海洋地震勘探系統(tǒng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

在第一組實(shí)驗(yàn)中，課題組驗(yàn)證了設(shè)計(jì)模塊的采樣率可調(diào)功能。實(shí)驗(yàn)以4 ksample/s與1 ksample/s兩種采樣率模式為代表，采用示波器來驗(yàn)證采樣率可調(diào)的功能。系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，采集節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)就緒位（DRDY）與數(shù)據(jù)讀取時(shí)鐘（SCLK）的波形情況如圖10、圖11所示。

圖10 4 ksample/s采樣率模式

圖10為4 ksample/s采樣率模式下的情形，在該模式下，采集節(jié)點(diǎn)的DRDY頻率為4 kHz，SCLK與DRDY信號(hào)保持同步。

圖11 1 ksample/s采樣率模式

圖11為1 ksample/s采樣率模式下的情形，該模式下采集節(jié)點(diǎn)的DRDY為1 kHz，SCLK仍可以與DRDY信號(hào)保持同步。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠靈活實(shí)現(xiàn)采樣率可調(diào)的功能。

在第2組實(shí)驗(yàn)中，課題組選取4 ksample/s采樣率下的系統(tǒng)同步時(shí)鐘（Sync-CLK）與采集模塊DRDY進(jìn)行比較，來測(cè)量采集節(jié)點(diǎn)的同步精度，系統(tǒng)同步精度即為DRDY信號(hào)與Sync-CLK信號(hào)之間的相位差（時(shí)間差），實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示，可以看出系統(tǒng)同步精度為4.86 ns，說明系統(tǒng)具有良好的同步性。

圖12　系統(tǒng)同步精度為4.86 ns

在第3組實(shí)驗(yàn)中，課題組分別驗(yàn)證了奇通道串?dāng)_自檢測(cè)及噪聲檢測(cè)的功能。如圖13所示為系統(tǒng)上位機(jī)軟件的顯示界面，其中偶數(shù)通道接收的信號(hào)是由自檢模塊產(chǎn)生的頻率為31.25 Hz，幅值為1.25 V的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)，而奇數(shù)通道直接與公共地相連，此時(shí)上位機(jī)接收到的奇通道數(shù)據(jù)即為串?dāng)_檢測(cè)信號(hào)。接下來可以通過對(duì)奇數(shù)通道上的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出其串?dāng)_的大小。

課題組又對(duì)系統(tǒng)噪聲自檢功能進(jìn)行了測(cè)試，如圖14所示。將所有通道的信號(hào)輸入端接入公共地，其接收到的數(shù)據(jù)即為系統(tǒng)噪聲，再對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，即可完成噪聲的測(cè)算。

圖13　系統(tǒng)配置為串?dāng)_奇通道自檢模式時(shí)的信號(hào)波形圖

圖14　系統(tǒng)配置為噪聲自檢模式時(shí)的信號(hào)波形圖

5　結(jié)束語

本文提出了一種用于海洋地震勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變采樣率采集及自檢控制模塊，針對(duì)水聽器陣列系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于鎖相環(huán)的變采樣率采集節(jié)點(diǎn)同步設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)數(shù)據(jù)抽取器的同步控制，靈活地實(shí)現(xiàn)了變采樣率的數(shù)據(jù)采集功能；同時(shí)，本文介紹了基于奇、偶通道控制模塊的自檢功能，通過對(duì)奇、偶通道的同步控制，實(shí)現(xiàn)可變道數(shù)的數(shù)據(jù)采集功能。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)具有良好的同步性，且能夠完成采樣率可調(diào)的數(shù)據(jù)采集以及系統(tǒng)自檢。

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李彥超（1989-），男，博士研究生，天津大學(xué)精儀學(xué)院精儀系，主要從事水聲陣列信號(hào)采集及處理、海洋數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)确矫娴难芯浚?/p>

段發(fā)階（1968-），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，天津大學(xué)精儀學(xué)院精儀系主任。中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)光電測(cè)試技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)光機(jī)電技術(shù)與系統(tǒng)集成分會(huì)理事。主要從事測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器、激光及光電測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等方面研究；

蔣佳佳（1986-），男，博士，講師，天津大學(xué)精儀學(xué)院精儀系。中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員。主要從事海洋聲學(xué)探測(cè)技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、陣列信號(hào)處理、空間譜估計(jì)等方面的研究。

A Sampling Rate Adjustment and Self-Check Control Module Based on Marine Seismic Exploration System*

LI Yanchao，DUAN Fajie*，JIANG Jiajia，YUAN Jianfu，XUE Jun，Wang Xianquan
（State Key Laboratory of Precision Measurement Technology And Instruments，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

In order to overcome the shortcomings of the existing system，a sampling rate adjustment and self-check control module based on marine seismic exploration system is presented in this paper.The module uses a method of variable sampling rate acquisition node synchronization based on phase-locked loop，to achieve the function of adjust?able sampling rate data acquisition.Meanwhile，the self-check function based on a control module of odd and even channels is developed，and variable channel acquisition as well as system self-check is accomplished.The results of experiments verify the feasibility of the proposed marine seismic exploration system.It shows that the synchronization accuracy of proposed system was 4.86ns.The function of adjustable sampling rate includes five modes（4 ksample/s（sample per second），2 ksample/s，1 ksample/s，500 sample/s and 250 sample/s）.And the function of self-check in?cludes six modes（odd or even channel crosstalk，channel consistency，harmonic distortion，DC bias and noise）.

geology and exploration of offshore oil and gas fields；sampling rate adjustment；system self-check；odd and even channel control module；data extractor

TP393

A

1004-1699（2016）09-1376-07

項(xiàng)目來源：海洋經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項(xiàng)目（cxsf2014-2）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61501319）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51275349）；光電信息與儀器北京市工程研究中心開放課題項(xiàng)目（GD2015007）；教育部博士基金項(xiàng)目（20130032110054）；航空科學(xué)基金項(xiàng)目（20141048003）

2016-01-18修改日期：2016-05-03