一种海洋物探综合导航信息回放仪及系统的制作方法

本发明涉及地球物理勘探领域领域，尤指一种海洋物探综合导航信息回放仪及系统。

背景技术：

综合导航系统是物探船核心的大型控制系统之一，为物探船提供精确的坐标定位、拖缆定位，并可以控制采集系统、震源系统，为后期地震数据处理以及钻井定位起着重要的作用。

通常，在海洋的地球物理勘探过程中，物探船拖拽多条电缆在海上进行作业，当到达综合导航系统确定的位置时，物探船尾的气枪阵列会在导航信息控制平台发送的同步信号激发人工震源，接着，该人工震源产生的震源信号通过海底反射被电缆阵列所接收，从而获得该地区的有效地质资料数据。

然而，在需要确定综合导航系统是否工作正常时，现有技术在实验室环境下，无法通过直接将物探船与综合导航系统连接以还原导航作业场景。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋物探综合导航信息回放仪及系统，用以解决无法直接将物探船与综合导航系统连接以还原导航作业场景的问题。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种海洋物探综合导航信息回放仪，包括：上位机和导航回放仪；

所述上位机，用于获取物探船在作业过程中获取的导航数据；将所述导 航数据进行处理，获取仪器数据；向所述导航回放仪发送所述仪器数据，所述仪器数据包括综合导航系统可处理的数据；

所述导航回放仪，用于接收所述仪器数据；向所述综合导航系统发送所述仪器数据；接收导航信号控制平台发送的触发信号，所述触发信号包括触发所述物探船作业的信号；根据所述触发信号，按照配置时序，向所述导航信号控制平台及综合导航系统发送枪控数据和鸟控数据。

进一步的，所述导航回放仪包括：母板、网口子板和串口子板，所述母板分别与所述网口子板和所述串口子板连接；

所述串口子板分别与所述综合导航系统和所述导航信号控制平台连接。

进一步的，所述母板，包括：第一电源模块、第一现场可编程门阵列FPGA、第一连接器，所述第一现场可编程门阵列FPGA与所述第一连接器连接；

所述母板，用于接收所述上位机发送的所述仪器数据；通过所述网口子板和/或所述串口子板向所述综合导航系统发送所述仪器数据；通过所述网口子板和/或所述串口子板接收导航信号控制平台发送的触发信号，所述触发信号包括触发所述物探船作业的信号，由所述航信号控制平台根据所述综合导航系统发送的触发数据确定。

进一步的，所述网口子板，包括：第二电源模块、ARM嵌入式系统、第二FPGA、网口、第二连接器，所述ARM嵌入式系统与所述第二FPGA连接，所述第二连接器与所述第二FPGA连接，所述网口与所述ARM嵌入式系统连接；

所述网口子板，用于通过所述ARM嵌入式系统实现分别与所述上位机和所述综合导航系统进行网络通信的以太网口。

进一步的，所述网口子板上所述ARM嵌入式系统与所述第二FPGA之间通过UART接口或SRAM接口进行数据通信。

进一步的，所述串口子板，包括：收发器、第三连接器，所述第三连接器与至少一个所述收发器分别连接；

所述串口子板，用于与所述导航信号控制平台进行数据通信以及触发操作。

进一步的，所述串口子板，通过所述第三连接器与所述第一FPGA的输入输出IO管脚进行通信。

进一步的，所述母板通过千兆位收发器与所述网口子板进行通信；

所述母板通过所述第一FPGA的IO管脚与所述串口子板进行通信。

进一步的，所述第一FPGA执行以下任意一项或其组合的操作：

通过高速串行通道，接收所述第二FPGA发送的导航数据和命令数据；或者

通过高速串行通道，向所述第二FPGA发送数据，所述数据包括头段、命令、数据状态寄存器；或者

将接收到的所述触发信号进行解析，并作出相应的处理；或者

将接收到的所述导航数据进行缓存；或者

根据缓存所述导航数据的先进先出FIFO存储器的空满情况，更新数据状态寄存器；或者

根据所述导航数据的收发时序和触发时序，将所述仪器数据按照一定的时序通过串口子板发送至所述导航信号控制平台；或者

将接收的所述导航信号控制平台发送的头段数据进行打包并缓存，并发送至所述第二FPGA；或者

检测枪GUN的触发信号，用于触发GUN数据的发送，并返回一个枪控数据至导航信号控制平台；或者

检测鸟控触发信号，在检测到鸟控触发信号的场景下，生成一个鸟控触发命令并缓存，并将所述鸟控触发命令上传给所述第二FPGA，所述鸟控触发命令用于触发所述导航回放仪向所述上位机发送所述鸟控数据。

本发明还提供了一种海洋物探综合导航信息回放仪系统，包括：如上述任一项所述的海洋物探综合导航信息回放仪、综合导航系统和导航信号控制平台，所述综合导航系统用于根据所述海洋物探综合导航信息回放仪发送的所述仪器数据确定触发数据，所述导航信号控制平台用于根据所述触发数据 向所述海洋物探综合导航信息回放仪发送触发信号。

与现有技术相比，本发明提供的海洋物探综合导航信息回放仪及系统，包括海洋物探综合导航信息回放仪，包括：上位机和导航回放仪；述上位机，用于获取物探船在作业过程中获取的导航数据；将所述导航数据进行处理，获取仪器数据；向所述导航回放仪发送所述仪器数据，所述仪器数据包括综合导航系统可处理的数据；所述导航回放仪，用于接收所述仪器数据；向所述综合导航系统发送所述仪器数据；接收导航信号控制平台发送的触发信号，所述触发信号包括触发所述物探船作业的信号。实现了实时回放物探船运行时各导航设备的信号及数据，从而精确的还原实际导航作业场景。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的结构示意图；

图2为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的实现示意图；

图3为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的导航回放仪的结构示意图；

图4为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的母板的结构示意图；

图5为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的网口子板的结构示意图；

图6为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的串口子板的结构示意图；

图7为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的母板上第一FPGA的工作原理示意图；

图8为本发明海洋物探综合导航信息回放仪系统一实施例的结构示意 图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的结构示意图，图2为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的实现示意图，如图1所示，本实施例的海洋物探综合导航信息回放仪，包括，上位机和导航回放仪；其中，

所述上位机，用于获取物探船在作业过程中获取的导航数据；将所述导航数据进行处理，获取仪器数据；向所述导航回放仪发送所述仪器数据，所述仪器数据包括综合导航系统可处理的数据；其中，将所述导航数据进行处理包括：将导航数据进行解析、抽取的处理；仪器数据包括综合导航系统可处理的数据是综合导航系统可读取处理的数据。

所述导航回放仪，用于接收所述仪器数据；向所述综合导航系统发送所述仪器数据；接收导航信号控制平台发送的触发信号，所述触发信号包括触发所述物探船作业的信号。

具体的，仪器数据可以包括：DGPS、RGPS、电罗经、测深仪、罗经鸟、水平鸟、声学鸟、声速鸟、枪阵等常用导航定位设备的数据；根据所述触发信号，按照配置时序，向所述导航信号控制平台及综合导航系统发送枪控数据和鸟控数据。

导航回放仪可以由电源模块和触发硬件电路模块组成。

进一步的，软件系统的结构如图2所示，上位机软件与回放仪箱体之间通过网络进行互联。其中，除了上位机软件外，还包括在导航回放仪内的电路模块中的嵌入式软件。上位机软件是图形界面实现整个信息回放仪的操作控制，而嵌入式软件，即导航回放仪软件是基于Linux系统，该嵌入式软件运行于导航回放仪的箱体内部的网络子板上，其除了通过网络与上位机软件 进行通信外，还需要完成与电路系统之间的数据通信。

具体的，上位机软件可以包括：系统内核、系统监控、数据交换、帮助文档、工作区、网络传输、硬盘存储、显示器和Ethernet。嵌入式软件可以包括：网络数据收发、导航数据下传至FPGA、中断处理接收数据、鸟数据缓存。

本实施例中的所述综合导航系统用于根据所述海洋物探综合导航信息回放仪发送的所述仪器数据确定触发数据，所述导航信号控制平台用于根据所述触发数据向所述海洋物探综合导航信息回放仪发送触发信号。

在本实施例中，海洋物探综合导航信息回放仪可以支持二维、三维导航定位数据的数据解析及测线的作业回放，从而提高了该信息回放仪的适用范围，进而精确还原实际导航作业场景。

在本实施例中，海洋物探综合导航信息回放仪，包括：上位机和导航回放仪；述上位机，用于获取物探船在作业过程中获取的导航数据；将所述导航数据进行处理，获取仪器数据；向所述导航回放仪发送所述仪器数据，所述仪器数据包括综合导航系统可处理的数据；所述导航回放仪，用于接收所述仪器数据；向所述综合导航系统发送所述仪器数据；接收导航信号控制平台发送的触发信号，所述触发信号包括触发所述物探船作业的信号。实现了实时回放物探船运行时各导航设备的信号及数据，从而精确的还原实际导航作业场景。

图3为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的导航回放仪的结构示意图，如图3所示，本实施例的导航回放仪，包括：母板、网口子板和串口子板，所述母板分别与所述网口子板和所述串口子板连接；

所述串口子板分别与所述综合导航系统和所述导航信号控制平台连接。

具体母板如图4所示，网口子板如图5所示以及串口子板如图6所示。

图4为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的母板的结构示意图，如图4所示，母板，包括：第一电源模块、第一现场可编程门阵列FPGA、第一连接器，所述第一现场可编程门阵列FPGA与所述第一连接器连接；所述母板，用于接收所述上位机发送的所述仪器数据；通过所述网口子板和/或 所述串口子板向所述综合导航系统发送所述仪器数据；通过所述网口子板和/或所述串口子板接收导航信号控制平台发送的触发信号，所述触发信号包括触发所述物探船作业的信号，由所述航信号控制平台根据所述综合导航系统发送的触发数据确定所述。其中，所述母板通过千兆位收发器与所述网口子板进行通信；所述母板通过所述第一FPGA的IO管脚与所述串口子板进行通信。

图5为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的网口子板的结构示意图，如图5所示，所述网口子板，包括：第二电源模块、ARM嵌入式系统、第二FPGA、网口、第二连接器，所述ARM嵌入式系统与所述第二FPGA连接，所述第二连接器与所述第二FPGA连接，所述网口与所述ARM嵌入式系统连接；所述网口子板，用于通过所述ARM嵌入式系统实现分别与所述上位机和所述综合导航系统进行网络通信的以太网口。其中，所述网口子板上所述ARM嵌入式系统与所述第二FPGA之间通过UART接口或SRAM接口进行数据通信。

图6为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的串口子板的结构示意图，如图6所示，所述串口子板，包括：收发器、第三连接器，所述第三连接器与至少一个所述收发器分别连接；所述串口子板，用于与所述导航信号控制平台进行数据通信以及触发操作。其中，所述串口子板，通过所述第三连接器与所述第一FPGA的输入输出IO管脚进行通信。

具体的，串口子板的收发器包括16个串口，每个串口可以是RS-232接口、RS-232接口和MAX3232组成的，或者每个串口可以是RS-422接口和MAX3490组成的，如图6中所示，收发器包括14个由RS-232接口、RS-232接口和MAX3232组成的串口，以及2个由RS-422接口和MAX3490组成的串口。

在本实施例中，海洋物探综合导航信息回放仪具有模块化和网络化结构，使得该回放仪能够与上位机软件之间进行灵活的通信，并能够灵活配置和更换维修其关键模块电路。此外，其还能够通过网络接收来自鸟控等回传的大量数据，极大提高了其数据回放处理的能力。并且，通过硬件实时信号时序处理，海洋物探综合导航信息回放仪对于综合导航系统相关的硬件电气信号的处理完全由硬件FPGA完成，极大提高实时性能的同时，也保证了关键信号长期运行的稳定性。从而能够保证对于导航作业场景的准确还原重现。同时， 海洋物探综合导航信息回放仪对现有数据标准的兼容性，具体的，海洋物探综合导航信息回放仪仪只需要输入来自现有国际通用的导航标准数据格式(UKOOA P2/94格式)，对该格式中与导航、关键设备数据、时间等信息的自动解析和提取，并发送至信息回放仪箱体内部的核心电路中，即可自动完成数据、信号的准确回放。兼容性强、使用方便可靠。

图7为本发明海洋物探综合导航信息回放仪一实施例的母板上第一FPGA的工作原理示意图，如图7所示，所述第一FPGA执行以下任意一项或其组合的操作：

通过高速串行通道，接收所述第二FPGA发送的导航数据和命令数据；或者

通过高速串行通道，向所述第二FPGA发送数据，所述数据包括头段、命令、数据状态寄存器；或者

将接收到的所述触发信号进行解析，并作出相应的处理；或者

将接收到的所述导航数据进行缓存；或者

根据缓存所述导航数据的先进先出FIFO存储器的空满情况，更新数据状态寄存器；或者

根据所述导航数据的收发时序和触发时序，将所述仪器数据按照一定的时序通过串口子板发送至所述导航信号控制平台；或者

将接收的所述导航信号控制平台发送的头段数据进行打包并缓存，并发送至所述第二FPGA；或者

检测枪GUN的触发信号，用于触发GUN数据的发送，并返回一个枪控数据至导航信号控制平台；或者

检测鸟控触发信号，在检测到鸟控触发信号的场景下，生成一个鸟控触发命令并缓存，并将所述鸟控触发命令上传给所述第二FPGA，所述鸟控触发命令用于触发所述导航回放仪向所述上位机发送所述鸟控数据。

具体的，在对综合导航系统进行检测的场景下，上位机和导航回放仪组成综合导航模拟测试系统。

图8为本发明海洋物探综合导航信息回放仪系统一实施例的结构示意图，如图8所示，海洋物探综合导航信息回放仪系统，包括：如上述任一实施例所述的海洋物探综合导航信息回放仪、综合导航系统和导航信号控制平台，所述综合导航系统用于根据所述海洋物探综合导航信息回放仪发送的所述仪器数据确定触发数据，所述导航信号控制平台用于根据所述触发数据向所述海洋物探综合导航信息回放仪发送触发信号。

具体的，母板与导航信号控制平台之间的触发时序如图所示，以中间第N炮为基准，采取前一炮(N-1炮)，后一炮(N+1炮)共三炮的数据来说明，第N炮时刻为炮点预测时刻。说明如下：

①：从N-1炮开始，往后3s不断进行炮点预测，但炮点预测结果不发布；中间4s，综合导航系统继续预测，预测结果不断发布，并实时更新预测结果。中间4s末，综合导航系统将最终的预测结果(枪GUN头段)发给导航信号控制平台，然后由导航信号控制平台转发给母板。根据GUN头段的炮号发送当前炮(N炮)的GUN数据和前一炮(N-1炮)的鸟数据。其中，炮点预测是根据DGPS、RGPS、GYRO、ECHO等值进行的，鸟数据包括从罗经鸟、水平鸟、声学鸟、声速鸟获取的数据。

②：母板开窗，等待鸟控触发(Trigger in)信号。窗的大小为t1，可配置；窗的起始时刻为GUN头段的输入时刻。

③：导航信号控制平台根据定义的偏移时间发出鸟控触发信号至母板。母板开始发送一炮的鸟控数据。

④：母板开窗，等待枪触发(TB Trigger in)信号。窗的大小为t2，可配置；窗的起始时刻为鸟控触发信号的上升沿。

⑤：枪响。导航信号控制平台发出触发信号至母板。母板开始发送一炮的GUN数据。

⑥：模拟枪控返回。母板返回一个触发信号至导航信号控制平台。t3为触发信号TB与TB返回之间的时间间隔，可配置；t4为TB返回的脉冲宽度，可配置。

⑦：综合导航系统生成导航头段并转发给导航信号控制平台，然后由导航信号控制平台转发给母板，导航头段发送时刻会延后于枪响时刻。头段信 息：头段ID、头段长度、导航系统版本号、测线状态、响炮时间年月日小时分秒微秒、当前炮号、当前线号、LMN衍生线顺序号、响炮标识。

枪响之后，所有进入导航信号控制平台的各类数据均在此时刻开始采集这一炮期间的相应数据(串口RS232或RS422)。但鸟数据例外，鸟数据以第③步为触发起点，到第N炮后，导航信号控制平台再次给一个鸟控触发信号，采集的是上一炮的声学、罗经鸟数据，并同时触发当前炮的鸟控数据采集。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。