地震勘探传感节点的同步数据采集及传输技术研究

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1、单位代码：10293密级：博士学位论文论文题目：地震勘探传感节点的同步数据采集及传输技术研究学号2012020227姓名郝学元导师颜晓红学科专业物理电子学研究方向光电子技术及应用申请学位类别博士论文提交日期IResearchonSynchronousDataAcquisitionandTransmissionTechnologyofSeismicExplorationSensorNodeDissertationSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofDOCTOROFPHILOSOPHYByHao

2、XueYuanSupervisor:Prof.YanXiaoHongJune2017II南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。研究生签名：_____________日期：2017.6.28南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权

3、南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：____________导师签名：____________日期：2017.6.28III摘要页岩气和煤层气是存储在岩层或者煤层中的非常规天然气，页岩气和煤层气作为高效洁净能源，是能源行业中巨大的新兴产业，这些清洁能源的有效利用，可大幅减少空气污染，改善环境。

4、而这些资源的前期勘探方法类似石油勘探，首先进行地面勘探，其原理是利用可控震源产生相关震源信号，再由高精度的传感阵列（万道甚至百万道）采集地震反射信号，采集的数据通过特定的地质模型分析，构造出岩层的三维结构；第二步通过测井勘探，把传感阵列放入深井（一般在3000米到6000米）下，再通过超长测井线缆传回采集数据，进一步分析资源储量。在大规模地震勘探传感阵列的数据传输中，测线节点的传输速度都要求在几十兆以上，传输方式一般采用有线和无线相结合，有线传输为主，无线为辅。近年来，虽然通信和网络技术发展迅速，并在民用领域得到了广泛应用，但在资源勘探这一特定领域，用于超大规模（百万道级）节点的采集及数据传输

5、技术，并没有现成的标准和规范。由于勘探系统一般在野外工作，需要电池供电，传输时要极低功耗，而根据相关文献表明，如果用以太网技术进行数据传输，每传输1bit的数据就会消耗1Hz的CPU，在高速率下采用此技术，必然需要高速CPU，从而会带来可怕的功耗增长，从功耗角度考虑，传统的以太网技术不适用地震勘探传感节点的数据传输；而工业上RS485等接口传输技术，虽然简单实用，但由于传输速度低，达不到万道传感节点的实时传输要求，所以研究适应于此大型系统的数据传输方法，是一个非常有实际意义的课题。另外，在测井勘探中，高密度的传感阵列通过超长铜缆进行供电和数据传输时，其上行数据（传感器采集的数据）远大于下行数据

6、（控制命令），这也正好和传统电信传输系统相反，电信技术一般用于上网，要求下行速度高，上行速度低，所以研究适用于测井勘探的超长缆数据传输系统，也是勘探仪器的重要组成部分。为适应地震勘探海量节点同步采集且低功耗的要求，我们从线缆传输模型和传输理论分析了信号传输特性，在物理层上，提出了新的BLVDS接口的信道数据传送方式，针对带宽受限信道的数据传输抖动，提出了硬件上易于实现的PWM前向预加重模型，理论对比了FIR预加重和PWM预加重的传输函数，为节点之间的低功耗数据时钟恢复提供了理论基础。为提高系统的传输速度，提出了多进制传输方式，同时根据FIR的原理，推导出了多阶PWM预加重的传输函数。在编解码部

7、分，在深入分析RS编码原理基础上，从伽罗华域、生成多项式和功耗方面进行了分析，提出了适应此系统传输的RS（31-27）编码方法，大幅降低了系统功耗。在超长缆测井数据传输部分，针对信号衰弱，提出了信号双均衡模型和反正切快速收敛算法，解决了复杂信道下超长线缆的信号失真问题。在此基础上，研制了1000道级的IV传感节点和超长缆数据传输系统，分别在新疆的塔克拉玛干沙漠和西安的秦岭进行了测试。主要创新点：（