专利名称：一种自配置通用性拖曳线阵的数据传输节点的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及声纳领域中水下目标探测和海洋地震勘测方面，特别涉及一种用 于拖曳阵声纳系统或地震勘探拖曳漂缆的水下高速、远距离、分布式的自配置通用性拖曳 线阵的数据传输节点。
背景技术：
拖曳式线列阵声纳所具有的低频、大孔径特性使其成为解决水下目标远程探测及 海洋地震勘测的重要手段之一，而拖线阵的结构特性要求由传感器采集的数据必须经过高 速、远距离的水下传输后才能到达位于水上的数据处理器。因此，水下高速数据传输技术就 成为了必需。早期的拖线阵声纳通常使用模拟信号进行数据传输，模拟信号在长线传输过程中 衰减和畸变严重，并且随着通道数的增加，不能实现多路混合，从而导致线缆变粗，所以这 种技术已经逐渐被数字传输技术所替代。目前采用数字传输技术并应用于拖线阵声纳系统 中的数据传输设备如美国PSI公司开发的基于ATM技术的水下数据传输模块ATM-SONET节 点。由于基于ATM协议，这种 设备在进行数据传输时协议开销较大，同时ATM技术利用不同 的逻辑信道来传送数据和控制命令，进一步增加了额外开销；此外，ATM技术实现复杂，网 络构件价格昂贵，这都限制了 ATM-SONET节点的广泛应用。国内也有技术人员对同类产品 进行了开发，如冯师军等人研制的用于拖线阵声纳的水下数字式高速数据传输电路。此电 路虽然可以实现数据高速传输，但其只能与具有特定量化位数的数据采集模块匹配使用， 缺乏通用性；在多个电路级联的数据传输系统中，每个电路都需要对上游电路发送的数据 进行缓存处理，这样随着级联节点的增加对存储器容量提出了很高的要求，同时又增加了 传输延迟；另外，由该电路组成的系统采用单开环结构，由于数据只能单向传输，因此，干端 无法实现对传输电路的任何控制。国内其它相关技术如乐燕芬和闫景富等人开发的数据收发模块虽然可以解决上 述已有产品存在的部分问题，但其具有的功能仍显不足，例如没有提供姿态传感器接口，同 时此数据收发模块和上面提到的水下数字式高速数据传输电路均只能工作在连续接收数 据的模式下，当与主动声纳联合工作时，无法实现区别不同发射次数的分批次传输。而专用 于海洋地震勘探的一些数字包，如分布式海洋地震勘探拖缆，却只有批次传输能力，不适合 连续长时间的被动接收和传输。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决拖曳线阵声纳系统及地震勘探拖曳漂缆中水下拖体 部分高速、远距离的数据传输问题，针对基于ATM技术的数据传输模块协议开销大、技术复 杂、模块价格昂贵、数据和控制命令分开传送等不足，其它设备如水下数字式高速数据传输 电路存在的缺乏通用性、对存储器容量要求高、数据传输延迟大、干端无法有效控制等缺 点，以及数据收发模块具有的功能明显不足、无法实现既能连续传输，又能区别不同发射批次的分批次传输等缺点，本实用新型提供了一种能够自动配置并具有自组网功能、自检功 能、I/O控制功能及复位功能的采用自定义网络协议、干端可控的通用性水下高速数据传 输节点。同时，针对目标探测及地震勘测应用的具体要求，本实用新型提供了连续传输模 式和批次传输模式两种可选的工作模式；此外，为了满足拖曳线阵声纳系统的特殊要求，本 实用新型还增加了与姿态传感器的接口，为干端实时的提供拖缆的姿态信息。本实用新型 提供的一种自配置通用性拖曳线阵的数据传输节点，包括主处理器(101)、CPLD逻辑电路 (102), Transceiver电路(103)、信道均衡电路(104)、变压器(105)、时钟信号源(107)及 数据采集模块接口电路(109)；所述的主处理器(101)是主控芯片，用于负责整个数据传输 节点的工作调度；所述的CPLD逻辑电路(102)，用于实现逻辑控制及对数据采集模块提供 的数据的接收；所述的Transceiver电路(103)，用于完成本地数据的发送、对上游节点发 送的数据的转发以及干端命令的接收工作；所述的信道均衡电路(104)和变压器(105)配 合使用，用于提高长线传输中数据的准确性；所述的时钟信号源(107)，用于通过时钟信号 线(110)为主处理器(101)提供基准时钟；所述的数据采集模块接口电路(109)，用于对由 传感器接收并经A/D采集后的数据进行实时、同步的接收；所述的数据采集模块接口电路 (109)将接收到的数据转化为CPLD逻辑电路(102)可以接收的形式后发送给CPLD逻辑电 路(102)，再由CPLD逻辑电路(102)按照自定义网络协议的规定将此数据插入到串行数据 流中，发送给干端数据接收模块；所述数据采集模块接口电路(109)接收来自数据采集模 块的三组差分信号为时钟信号CLK、帧同步信号SYNC和数据信号DATA ；所述的数据传输 节点的初始化参数可根据干端发送的控制命令进行修改，从而实现干端对数据传输节点的 控制；其特征在于，节点还包括一自组网和错误定位功能块，该自组网和错误定位功能块， 在系统上电后处于链路最上游的节点会自动判断出自己为主节点，并向下游节点发送组网 配置字节，完成自组网和自定位功能；且通过组网配置，链路中各节点会获得唯一标识，当 湿端的数据传输出现问题时，干端可以通过此唯一标识对出现错误的节点进行准确定位。 由于自组网功能的存在，使得节点间的顺序可以任意互换，给系统成缆、维护都带来很大的 便捷性。作为本实用新型的一种技术方案，所述的数据传输节点包括一节点复位功能块， 用于识别控制端发出的复位指示信号，当有复位信号到来时，数据采集模块向节点提供的 SYNC信号会变为高电平并持续一段时间，所述的节点复位功能块可以通过检测SYNC信号 的电平情况来判断复位指示命令，完成节点复位操作。在控制端，会有专门的复位控制信号 连接到数据采集模块上，进而完成节点复位操作。作为本实用新型的另一种技术方案，所述的数据传输节点进一步包括一自检功能 块，用于检测节点工作状态，实现对节点的故障定位；在自检模式下，如果干端数据接收端 可以收到该节点发送的固定数字序列，则可以判定节点从数据采集模块接收数据时出现了 问题；如果干端数据接收端无法收到此节点发送的固定数字序列时，则该节点的本地数据 的发送链路发生了故障。在工作模式下，节点可以完成对上游节点发送数据的转发以及对本地采集数据的发送；而在自检模式下，节点会对上游节点发送的数据进行正常的转发，但发送的本地数据 并非从数据采集模块接收的数据，而是由主处理器(101)产生的固定数字序列，这种方式 可以有效的检测节点是否正常工作以及数据收发链路是否正常。例如当干端数据接收端无法收到某一节点发送的数据时，便可以将此节点的工作状态设置为自检态，通过在干端数据接收模块检测收到的数据就可以判断出故障的原因。节点的自检功能可以有效的检测节 点的工作状态，同时对于节点的故障定位也起到很大的帮助。作为本实用新型的一种技术方案，所述的CPLD逻辑电路(102)通过数据采集模块 接口电路(109)和总线(111)来接收数据采集模块提供的数据；该CPLD逻辑电路(102)可 由主处理器(101)进行参数配置，从而实现与具有不同量化位数和通道数的数据采集模块 匹配，使本实用新型具有很强的通用性。作为本实用新型的一种技术方案，所述的数据采集模块和节点之间存在两种数据 传输模式连续传输模式和批次传输模式；在所述的连续传输模式下，节点会从数据采集 模块连续不断的接收数据，并将收到的数据打包后实时地发送给干端数据接收端，这种传 输模式常用于目标探测时连续(被动)数据的采集；在所述的批次传输模式下，节点将不同 时间段从数据采集模块接收的数据以不同的“批次号”来区分，以达到区分数据的目的。数 据在时间上是不连续的，或者说数据只出现特定的时间段内。这种模式可以配合带主动声 源的数据采集，并与主动声源同步，如在进行海洋地震勘探时常出现这种情况。本实用新型 可以保证在批次传输模式下对任意时间内出现的数据进行完整、准确的接收。作为本实用新型的一种技术方案，所述的Transceiver电路(103)，可用于完成对 上游数据的直接转发，并只对上游数据进行中继放大。所述的Transceiver电路(103)不 对上游数据进行缓存操作而直接进行转发，并对上游数据进行中继放大，与已有技术相比， 本实用新型可以减少传输延迟，提高带宽利用率，并降低对存储器容量的要求。作为本实用新型的一种技术方案，所述的数据传输节点在上电后可实现自动配 置，其初始化参数包括节点号、数据接口的量化位数和通道数、I/O参数。当应用环境发生 变化时，节点的配置参数可由用户根据要求随时修改。作为本实用新型的一种技术方案，所述的数据传输节点还包括姿态传感器接口电 路(108)，用于提供与姿态传感器的接口，当干端需要姿态信息时，可将姿态传感器采集的 数据实时的发送给干端数据接收模块。作为本实用新型的一种技术方案，所述的数据传输节点还包括非易失性的外部存 储器EEPROM(106)，用于存储主处理器(101)执行的程序。节点上电后主处理器(101)，如 DSP，会自动从EEPROM(106)中加载程序至内存中，以实现程序的高速执行。这种方式可以 避免对主处理器(101)内部ROM的进行昂贵的掩膜编程，实现时也很简单。作为本实用新型的一种技术方案，在不超过系统总数据传输带宽150Mbps的条件 下，所述的数据传输节点的个数是任意的，并且每个节点均可根据需要由干端设置为中继 节点。综上，本实用新型的数据传输节点具有以下几个功能(1)提供与前端数据采集模块的接口，对由传感器接收并经A/D采集后的数据进 行实时、同步的接收；(2)按照自定义数据包格式的规定对接收的数据进行成帧处理，并按照自定义网 络协议的规定将此数据插入到串行数据流中，从而发送给干端数据接收模块；(3)对链路中上游数据提供直接转发的功能；(4)上电后可实现自动配置，如节点号配置、数据接口的量化位数和通道数配置、I/O配置等，同时配置参数可由干端根据应用要求随时修改；(5)提供自组网和错误定位功能。上电后符合系统连接条件的各节点都有自组 网、自定位的能力；通过系统配置，链路中的每个节点都有一个唯一的标识，当湿端出现错 误时，可以通过此标识予以准确定位；(6)提供两种数据传输模式连续传输模式和批次传输模式；(7)提供中继节点功能，即数据传输节点可被设置为中继节点，并只起中继作用；(8)识别控制端发出的复位指示信号，完成节点复位操作；(9)提供自检功能，以检测节点的工作状态及数据收发链路是否正常；(10)提供I/O控制能力，可实现对与本实用新型连接的其它模块的控制及通信；(11)提供与姿态传感器的接口，当干端需要姿态信息时，可将姿态传感器采集的 数据实时的发送给干端数据接收模块。本实用新型的优点在于，本实用新型可以与具有不同量化位数和通道数的数据采 集模块无缝连接，具有很强的通用性。一般来说，数据采集模块对于模拟信号的量化位数会 随应用环境的不同而有所差异，并且所接收数据的通道数也不是唯一的。如果固定了数据 接口的工作参数，那么对不同的应用环境就要有不同的设计，大大限制了应用的通用性。本 实用新型在设计时解决了这个问题，通过在干端显控界面上进行参数配置并将参数下发， 本实用新型就可以实现与具有不同量化位数和通道数的数据采集模块的无缝连接；同时本 实用新型的数据接口可以接收差分形式的信号，提高了数据的准确性。本实用新型会按照自定义协议对从数据采集模块接收的数据进行成帧处理，并将 其插入到串行数据流中，从而发送给干端数据接收端。针对数据接收具有实时性的特点，本 实用新型可以保证接收的数据在缓存时不会发生覆盖现象，同时所有接收到的数据会按照 接收顺序依次发送给干端，不会发生次序混乱及数据丢失的情况。另外，在系统在出现故障 时，本实用新型可以最大程度的保证数据传输的正常进行，不会造成整个系统瘫痪。举例来 说，当数据链路意外断开时，本实用新型可以保证断开点以后的节点仍能够正常的进行数 据采集和传输，这时只需要对所有节点进行复位操作，由于节点具有自组网功能，链路断开 点以后的节点在复位后可以完成自动组网并启动正常的数据传输，从而避免了由于链路一 点断开造成整个链路的瘫痪的情况。应用于拖线阵声纳及地震勘探拖曳漂缆中的数据传输节点在拖缆中通常采用串 行连接的形式，这种结构要求节点能够对上游节点发送的数据实现转发操作。本实用新型 实现了这一基本功能，同时本实用新型对上游数据不进行缓存而直接转发，从而减少了传 输延迟，提高了带宽利用率，降低了对存储器容量的要求。本实用新型中的数据传输节点在上电后可实现自动配置，如节点号配置、数据接 口的量化位数和通道数配置、I/O配置等。当应用环境发生变化时，节点的配置参数可由用 户根据要求随时修改。在拖线阵声纳系统及地震勘探拖曳漂缆中，数据传输模块是封装在 拖缆中并应用于水下的，这种特殊的应用环境决定了用户对其直接操控的不便性，为了实 现干端对节点的控制，本实用新型中采用了干端发送控制命令，水下节点以响应命令的形 式来完成相应操作的方式。在本实用新型中，用户只要通过显控界面进行操作，即可对节点 的参数进行修改，大大增强了设计的灵活性和可控性。在本实用新型中，为了增加系统的灵活性，在设计时使数据传输节点具有了自组网、自定位及错误定位功能。上电后符合系统连接条件的各节点可以根据连接情况完成自动组网，并实现自定位。在本实用新型中，系统上电后处于链路最上游的节点会自动判断出 自己为主节点，并向下游节点发送组网配置字节，从而完成自组网、自定位功能；由于自组 网功能的存在，使得节点间的顺序可以任意互换，给系统成缆、维护都带来很大的便捷性。 另外，通过系统配置，链路中各节点会获得唯一的标识，当数据传输出现问题时，干端可以 通过此标识对错误进行准确定位。为满足实际应用需求，本实用新型可以提供两种数据传输模式连续传输模式和 批次传输模式。在连续传输模式下，节点会从数据采集模块连续不断的接收数据，并将收到 的数据打包后实时的发送给干端接收板，这种传输模式常用于目标探测时连续(被动)数 据的采集；而在批次传输模式下，数据接口从数据采集模块接收的数据在时间上是不连续 的，或者说数据只出现特定的时间段内。批次传输模式可以配合带主动声源的数据采集，并 与主动声源同步，如在进行海洋地震勘探时常出现这种情况。本实用新型可以保证在批次 传输模式下对任意时间内出现的数据进行完整、准确的接收，同时将不同时间段采集的数 据以不同的“批次号”来区分，以达到区分数据的目的。这两种工作模式可以满足大部分拖 线阵及地震勘探拖曳漂缆的应用要求，具有很强的应用性。除了作为基本的数据收发模块外，本实用新型还可以提供中继节点功能。节点可 被设置为中继节点，即该节点仅作为中继节点使用，而不作其它功能；从干端来看，此节点 在链路中是“不可见的”。这种功能在实际应用中作用很大，如在进行数据的长线传输时，传 输距离大于最大允许距离会造成数据失真，这时可以将某些节点设置为中继节点，通过中 继节点对信号的整形和放大作用来保证数据的准确性；又如在链路中当某个节点无法从数 据采集模块正常接收数据时，可以将它设置为中继节点，这样就消除了它对数据链路的影 响。在声纳系统中，要求各个节点对数据的采集和传输必须是同步的。在本实用新型 中，当链路中的各个节点在数据采集或传输过程中不同步时，可以通过节点复位操作来达 到再次同步。对于封装在拖缆中并应用于水下的数据传输节点来说，这种同步方式只需要 干端简单的操作即可实现，非常方便。在实际应用时，导致数据传输出现异常的原因可能是多种多样的。针对这种情况， 本实用新型提供了错误检测功能节点自检功能。在自检模式下，节点会对上游节点发送的 数据进行正常的转发操作，但发送的本地数据为节点内部产生的固定数字序列，这种方式 可以有效的检测节点的工作状态及数据收发链路是否正常。在实际应用时，干端通常需要获取拖缆的姿态信息。为了满足这一需求，本实用新 型增加了与姿态传感器的接口。当干端需要姿态信息时，本实用新型中的数据传输节点就 会将当前的实时信息立即发送给干端，便于其处理。本实用新型在设计时充分考虑了数据传输系统的可扩展性。在不超过系统总数据 传输带宽的条件下，本实用新型中的数据传输节点的个数是任意的，也就是说系统具有了 很好的可扩展性。最后，针对拖线阵声纳中数据传输的特点，本实用新型采用了自定义的网络协议 和数据包格式。与ATM技术相比，自定义协议大大提高了数据利用率，其中每个数据包中包 头信息约占总数据量的0.2% ；同时，本实用新型中将数据和控制命令通过同一信道传输，进一步降低了额外开销。主要有如下优点1)本实用新型具有通用性。本实用新型可以与量化位数分别为4、8、12、16、20、 24,32比特的数据采集模块实现无缝连接，具有很强的通用性；2)本实用新型对上游数据未经存储而直接转发，从而减少了传输延迟，提高了带 宽利用率，降低了对存储器容量的要求；3)本实用新型在上电后可实现自动配置，如节点号配置、数据接口的量化位数和 通道数配置、I/O配置等，同时配置参数可由干端根据应用要求随时修改，大大增强了设计 的灵活性和可控性；4)本实用新型组成的湿端数据传输部分具有自组网和错误定位功能。于自组网功 能的存在，使得节点间的顺序可以任意互换，给系统成缆、维护都带来很大的便捷性；当数 据传输异常时，错误定位功能对快速解决问题起到很大的作用；5)本实用新型具有较强的容错性。当某个数据采集模块停止工作或网络连接意外 断开时，本实用新型能最大程度的保证数据传输的正常进行，不会造成整个系统瘫痪；同时 电路设计时增加了信道均衡等模块，进一步保证了数据的准确性；6)本实用新型提供了连续传输模式和批次传输模式，可以满足多种应用需求；7)本实用新型可被设置为中继节点。这时节点只作为中继节点使用，而不作其它 功能，这种工作方式特别适合于远距离传输中需要中继的情况，以及节点无法正常从数据 采集模块接收数据的情况；8)本实用新型可以识别干端发出的复位指示信号，完成节点复位操作。通过复位 可以使链路中的各个节点迅速的达到同步；9)本实用新型可以提供节点自检功能，当数据传输出现问题时，这种检测功能对 故障定位有很大帮助；10)本实用新型可以提供I/O控制能力，方便的实现对与本实用新型连接的其它 模块的控制及通信，进一步增强了系统的功能；11)本实用新型使数据传输系统具有很好的可扩展性。在不超过系统总数据传输 带宽的条件下，数据传输节点的个数是任意的；12)本实用新型具有很小的开销。本实用新型采用的自定义协议大大降低了数据 开销，其中每个数据包中包头信息约占总数据量的0. 2% ；同时本实用新型将数据和控制命 令通过同一信道传输，进一步降低了额外开销。
图1是本实用新型中数据传输节点的组成框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行说明。图1描述了本实用新型中数据传输节点的组成框图。从图中可以看出，本实用新 型主要由以下几部分电路组成主处理器101、CPLD逻辑电路102、Transceiver电路103、 信道均衡电路104、变压器105、EEPR0M106、晶振107、姿态传感器接口电路108及数据采集模块接口电路109。其中主处理器101是本实用新型的主控芯片，它负责整个节点的工作调度；CPLD逻辑电路102主要用来实现逻辑控制，以弥补主处理器控制能力不足的缺点，同时 完成对数据采集模块提供数据的接收；Transceiver电路103用来完成数据的收发工作；信 道均衡电路104和变压器105配合使用来提高长线传输中数据的准确性。本例中，主处理器101选用了 DSP芯片，它具有丰富的片上资源，可以方便的与其 它电路连接。DSP执行的程序在掉电后并不能保持在内部的程序存储器内，所以在本实用新 型中将DSP执行的程序存储在非易失性的外部存储器EEPROM 106中，节点上电后DSP会自 动从EEPROM 106中加载程序至内存中，以实现程序的高速执行。这种方式可以避免对DSP 内部ROM的进行昂贵的掩膜编程，实现时也很简单。晶振107是本实用新型的时钟信号源，它通过时钟信号线110为DSP提供基准时 钟。DSP会对此时钟信号进行处理，然后将处理后的时钟信号通过时钟信号线114和118分 别提供给Transceiver电路103和CPLD逻辑电路102。数据采集模块接口电路109用来从数据采集模块接收数据。此接口接收来自数据 采集模块的三组差分信号时钟信号CLK、帧同步信号SYNC和数据信号DATA，并将它们转化 为CPLD逻辑电路102可以接收的形式。在本实用新型中，利用CPLD逻辑电路102通过总 线111来接收数据，通过主处理器101对CPLD逻辑电路102进行参数配置，可以使其与具 有不同量化位数和通道数的数据采集模块匹配，从而使本实用新型具有了通用性。CPLD逻 辑电路102接收的数据通过数据总线123传送给Transceiver电路103，再由Transceiver 电路103将数据插入到串行数据流中发送给干端。姿态传感器接口电路108可以从姿态传感器接收相关姿态信息，当干端需要获取 姿态信息时，主处理器101会将当前信息及时的发送给干端处理器，便于其处理。在本实用 新型中，当干端需要获取姿态信息时，会向节点发送姿态信息查询命令，接到命令的节点会 以命令响应的形式完成姿态信息的上传。在本实用新型中，CPLD逻辑电路102还用来实现逻辑控制功能，以弥补主处理器 DSP控制能力较弱的缺点。主处理器101和CPLD逻辑电路102之间通过信号线119和信号 线120传送信息。其中信号线119传送的是主处理器101的状态信息，而信号线120传送 的是CPLD逻辑电路102对主处理器101的控制信息；CPLD逻辑电路102和Transceiver电 路103之间通过信号线116和信号线117相互通信，其中信号线117传送的是Transceiver 电路103的状态信息，而信号线116传送CPLD逻辑电路102对Transceiver电路103的控 制信息。Transceiver电路103主要用来完成本地数据的发送、对上游节点发送的数据的 转发以及干端命令的接收。它可以将CPLD逻辑电路102由数据总线123发送来的本地数 据通过数据输出线122及时的发送到数据传输链路上，也可以将从数据输入线121上收到 的信息(如干端的命令)通过数据总线115传送给主处理器101。此外，Transceiver电 路103可以实现对上游数据的转发，并对数据进行中继放大；同时本实用新型不对上游数 据进行缓存操作而直接进行转发，与已有技术相比，本实用新型可以减少传输延迟，提高带 宽利用率，并降低对存储器容量的要求。在本实用新型中，信道均衡电路104和变压器105配合使用来改善信号的质量。在 长线传输过程中，信号不可避免的会产生衰减以及受到信道和噪声的影响，为了保证数据的准确性，本实用新型采用信道均衡电路104来补偿信道的影响，同时采用了变压器105对外界干扰信号进行了隔离。拖曳线阵数据传输节点特殊的应用环境决定了用户对水下各模块直接操控的不 便性，对于其中大多数操作，可以采用干端发送控制命令，由水下节点以响应命令的形式来 进行相应动作。结合图1，干端下传的命令通过数据输入线121进入到节点内部，再由主处 理器101读取并解析执行。本实用新型中，用户只要通过显控界面进行操作，即可对节点进 行控制，大大增强了传输系统的性能以及设计的灵活性和鲁棒性。本实用新型已实现的许 多功能都是通过这种形式来实现的，目前的命令包括姿态信息查询命令、I/O配置命令、自 检命令、节点号配置命令、数据接口量化位数及通道数配置命令、设置中继节点命令和恢复 中继节点数据传输功能命令。其中姿态信息查询命令用于查询拖缆的姿态信息；I/O配置 命令用于实现对与本实用新型连接的其它模块的控制；自检命令用于设置节点处于自检状 态；节点号配置命令用于配置链路中数据传输节点的节点号；量化位数及通道数配置命令 用于配置数据采集模块接口的量化位数和通道数；设置中继节点命令用于设置节点为中继 节点；恢复中继节点数据传输功能命令用于恢复中继节点的正常数据传输功能。本实用新 型在设计时有很大宽裕性的，随着系统功能的扩展，完全可以引入更多的控制命令。从以上的说明可以看出，本实用新型可以实现如下基本功能(1)提供与前端数据采集模块的接口，可对由传感器接收并经A/D采集后的数据 进行实时、同步的接收；(2)按照自定义的数据包格式规定对接收的数据进行成帧处理，并 按照自定义网络协议的规定将此数据插入到串行数据流中；(3)对链路中上游数据传输节 点发送的数据不经存储而直接转发；(4)上电后可实现自动配置，如节点号配置、数据接口 的量化位数和通道数配置、I/O配置等；(5)提供自组网和错误定位功能；(6)提供两种数 据传输模式连续传输模式和批次传输模式；(7)提供作为中继节点的功能；(8)识别控制 端发出的复位指示信号，完成节点复位操作；(9)提供节点自检功能；(10)提供I/O控制能 力，可实现对与本实用新型连接的其它模块的控制；(11)提供与姿态传感器的接口，当干 端需要姿态信息时，可将姿态传感器采集的数据实时的发送给干端数据接收模块。在本实用新型中，电路板的面积不大于107mm*22mm，可以满足直径为1. 5英寸 (38. Imm)的细缆以及粗缆的应用要求，尺寸还可根据需要进行相应的修改。经测试，本实用 新型对数据的最大传输速率为150Mbps，最大传输距离为多模光纤中2km，CAT5电缆中90m。需要说明的是，以上介绍的本实用新型的实施方案而并非限制。本领域的技术人 员应当理解，任何对本实用新型技术方案的修改或者等同替代都不脱离本实用新型技术方 案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。
权利要求一种自配置通用性拖曳线阵的数据传输节点，包括主处理器(101)、CPLD逻辑电路(102)、Transceiver电路(103)、信道均衡电路(104)、变压器(105)、时钟信号源(107)及数据采集模块接口电路(109)；所述的主处理器(101)是主控芯片，用于负责整个数据传输节点的工作调度；所述的CPLD逻辑电路(102)，用于实现逻辑控制及对数据采集模块提供的数据的接收；所述的Transceiver电路(103)，用于完成本地数据的发送、对上游节点发送的数据的转发以及干端命令的接收工作；所述的信道均衡电路(104)和变压器(105)配合使用，用于提高长线传输中数据的准确性；所述的时钟信号源(107)，用于通过时钟信号线(110)为主处理器(101)提供基准时钟；所述的数据采集模块接口电路(109)，用于对由传感器接收并经A/D采集后的数据进行实时、同步的接收；所述的数据采集模块接口电路(109)将接收到的数据转化为CPLD逻辑电路(102)可以接收的形式后发送给CPLD逻辑电路(102)，再由CPLD逻辑电路(102)按照自定义网络协议的规定将此数据插入到串行数据流中，发送给干端数据接收模块；所述数据采集模块接口电路(109)接收来自数据采集模块的三组差分信号为时钟信号CLK、帧同步信号SYNC和数据信号DATA；所述的数据传输节点的初始化参数可根据干端发送的控制命令进行修改，从而实现干端对数据传输节点的控制；其特征在于，节点还包括一自组网和错误定位功能块，该自组网和错误定位功能块，在系统上电后处于链路最上游的节点会自动判断出自己为主节点，并向下游节点发送组网配置字节，完成自组网和自定位功能；且通过组网配置，链路中各节点会获得唯一标识，当湿端的数据传输出现问题时，干端可以通过此唯一标识对出现错误的节点进行准确定位。
2.根据权利要求1所述的数据传输节点，其特征在于，包括一节点复位功能块，用于识 别控制端发出的复位指示信号，当有复位信号到来时，数据采集模块向节点提供的SYNC信 号会变为高电平并持续一段时间，所述的节点复位功能块通过检测SYNC信号的电平情况 来判断复位指示命令，完成节点复位操作。
3.根据权利要求1或2所述的数据传输节点，其特征在于，进一步包括一自检功能块， 用于检测节点工作状态，实现对节点的故障定位；在自检模式下，如果干端数据接收端可 以收到该节点发送的固定数字序列，则可以判定节点从数据采集模块接收数据时出现了问 题；如果干端数据接收端无法收到此节点发送的固定数字序列时，则该节点的本地数据的 发送链路发生了故障。
4.根据权利要求1所述的数据传输节点，其特征在于，所述的CPLD逻辑电路(102)通 过数据采集模块接口电路(109)和总线(111)来接收数据采集模块提供的数据；该CPLD逻 辑电路(102)可由主处理器(101)进行参数配置，从而实现与任意精度A/D数据采集模块 的无缝连接。
5.根据权利要求4所述的数据传输节点，其特征在于，所述的数据采集模块和节点之 间存在两种数据传输模式连续传输模式和批次传输模式；在所述的连续传输模式下，节点会从数据采集模块连续不断的接收数据，并将收到的 数据打包后实时地发送给干端数据接收端；在所述的批次传输模式下，节点将不同时间段从数据采集模块接收的数据以不同的 “批次号”来区分，并将之发送给数据接收端。
6.根据权利要求1所述的数据传输节点，其特征在于，所述的Transceiver电路 (103)，用于完成对上游数据的直接转发，并只对上游数据进行中继放大。
7.根据权利要求1所述的数据传输节点，其特征在于，还包括姿态传感器接口电路 (108)，用于提供与姿态传感器的接口，当干端需要姿态信息时，可将姿态传感器采集的数 据实时的发送给干端数据接收模块。
8.根据权利要求1所述的数据传输节点，其特征在于，还包括非易失性的外部存储器 EEPROM(106)，用于存储主处理器(101)执行的程序。
专利摘要本实用新型提供一种自配置通用性拖曳线阵的数据传输节点，包括主处理器(101)、CPLD逻辑电路(102)、Transceiver电路(103)、信道均衡电路(104)、变压器(105)、时钟信号源(107)及数据采集模块接口电路(109)；该数据传输节点可以在系统上电后自动完成自组网和自动配置，并且可以通过自检功能块对出现问题的节点进行故障定位；除此之外，数据传输节点还具有I/O控制功能、复位功能，可作为透明中继、具有姿态传感器接口和与任意精度A/D数据采集模块的接口，可多节点级联完成大量通道数的实时数据传输。本实用新型体积小，可同时满足细缆和粗缆的应用，最高数据传输速率可达150Mbps，其通用性使之能满足大部分的拖线阵及地震勘探拖曳漂缆的应用要求。
文档编号G01V1/38GK201569740SQ20092017323
公开日2010年9月1日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者张春华, 张祥, 李文军, 李淑秋, 杜立君, 杨光, 王福钋, 黄海宁 申请人:中国科学院声学研究所