本文選題：分布式 + 地震數(shù)據(jù)采集��； 參考：《西南科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：地震勘探技術(shù)是石油勘探中有效的方法之一,地震勘探中的所使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正朝著三分量、高密度、多道數(shù)、分布式的大規(guī)模數(shù)據(jù)采集方向發(fā)展,地震數(shù)據(jù)的采集同步性將直接關(guān)系到后續(xù)的地震資料處理與解釋工作的準(zhǔn)確性,在分布式地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中是一個重要且關(guān)鍵的因素。由于分布式地震采集系統(tǒng)中節(jié)點數(shù)的增多以及相互之間較為獨立,也給其實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集同步帶來了一定的難度。分布式系統(tǒng)中采集同步常用的是給數(shù)據(jù)加上時間戳的方法,其基本要求是需要各個節(jié)點的時鐘保持一致,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)授時方法由于其節(jié)點數(shù)的增多,增加了網(wǎng)絡(luò)授時方法的復(fù)雜度及難度。針對上述問題,本文依托于"復(fù)雜山地多波寬頻帶地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制"國家自然科學(xué)基金重大科研儀器設(shè)備研制專項支持,對分布式采集系統(tǒng)中的單節(jié)點數(shù)據(jù)采集同步、采集節(jié)點的時鐘同步的問題展開研究與設(shè)計。單節(jié)點數(shù)據(jù)采集同步研究與設(shè)計中,本文基于STM32F429ZET6低功耗高性能微處理器實現(xiàn)32位高精度地震數(shù)據(jù)采集節(jié)點設(shè)計,在單采樣間隔時間內(nèi)通過硬件SPI通信協(xié)議實現(xiàn)采集節(jié)點三分量數(shù)據(jù)的并行采集同步。設(shè)計完成32位A/D芯片ADS1282的轉(zhuǎn)換電路、采集電路、電源電路及相關(guān)下位機(jī)驅(qū)動程序的開發(fā),經(jīng)測試,單節(jié)點3路信號同步精度在2ns以內(nèi),信號線性相關(guān)度為99.99%,具有良好的同步水平。采集節(jié)點的時鐘同步研究與設(shè)計中,本文結(jié)合GPS時間無累計誤差、本地時鐘短短期的穩(wěn)定性較好的特點。設(shè)計完成基于GPS時鐘作為中心時鐘對采集節(jié)點進(jìn)行授時,同時利用其高精度的1PPS秒脈沖對本地時鐘頻率進(jìn)行測量與校準(zhǔn),降低本地時鐘漂移對時鐘走時帶來的誤差。設(shè)計完成基于GPS的本地授時系統(tǒng)相關(guān)軟硬件設(shè)計,對本地時鐘頻率測量、調(diào)整及時間戳生成方法進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn),經(jīng)測試,節(jié)點間GPS授時1PPS同步信號誤差為30ns以內(nèi),單節(jié)點時間戳誤差在0.1us以內(nèi),節(jié)點間時鐘誤差在10us以內(nèi)。通過本文的研究,為地震數(shù)據(jù)采集中的單節(jié)點數(shù)據(jù)采集同步以及多節(jié)點的時鐘同步的問題,研究并設(shè)計了一種有效的方法,為地震數(shù)據(jù)采集的同步問題提供了一種有效的解決途徑。
[Abstract]:Seismic exploration technology is one of the effective methods in petroleum exploration. The data acquisition system used in seismic exploration is developing towards the direction of large-scale data acquisition with three components, high density, multi-channel number and distributed data acquisition. The synchronization of seismic data acquisition is directly related to the accuracy of subsequent seismic data processing and interpretation. It is an important and key factor in distributed seismic data acquisition system. Since the number of nodes in distributed seismic acquisition system is increasing and each other is independent, it is difficult to realize the synchronization of data acquisition. The common method of collecting synchronization in distributed system is to add time stamp to the data. Its basic requirement is to keep the clock of each node consistent. The traditional network timing method is due to the increase of the number of nodes. The complexity and difficulty of the network timing method are increased. In view of the above problems, this paper relies on "the development of multi-wave broadband seismic data acquisition system in complex mountainous areas", which is supported by the National Natural Science Foundation of China for the development of major scientific research instruments and equipment, and synchronizes the single node data acquisition in the distributed acquisition system. Research and design of clock synchronization of acquisition node. In the research and design of single node data acquisition synchronization, the 32 bit high precision seismic data acquisition node is designed based on STM32F429ZET6 low power and high performance microprocessor. In the time of single sampling interval, the parallel acquisition synchronization of three component data is realized by hardware SPI communication protocol. The conversion circuit, acquisition circuit, power supply circuit and related lower computer driver of 32-bit A / D chip ADS1282 are designed and developed. After testing, the synchronization accuracy of single node 3-channel signal is within 2ns. The linear correlation of the signal is 99.99 and has a good synchronization level. In the research and design of clock synchronization of acquisition nodes, this paper combines the characteristics of GPS time with no accumulative error, and the local clock with short term stability. The timing of the acquisition node based on the GPS clock is designed and the local clock frequency is measured and calibrated by using its high precision 1PPS second pulse to reduce the error caused by the local clock drift. The software and hardware of the local time service system based on GPS are designed and completed. The method of local clock frequency measurement, adjustment and time stamp generation is designed and implemented. After testing, the error of GPS timing 1PPS synchronization signal between nodes is within 30ns. The time stamp error of single node is within 0.1us and the clock error between nodes is within 10us. Through the research of this paper, an effective method is studied and designed for single node data acquisition synchronization and multi-node clock synchronization in seismic data acquisition. It provides an effective way to solve the synchronization problem of seismic data acquisition.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P631.4;TP274.2

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本文編號：1829142