地震采集站的高精度模数转换及数传技术研究

With the further development of oil-gas exploration, now China's oil-gas exploration has entered the highly challenging stage of exploring the Pre-Cenozoic marine residual basin, which requires searching for oil and gas resources in complex geologic bodies, buried hill and its interior reservoirs, high and steep tectonic zones before the hill, and as a result, the exploration depth will increase, and both surface and underground conditions will become complicated, which brings new requirements and challenges for existing seismograph. The project is aimed at studying key technologies underlining modern telemetry seismic exploration data acquisition station to provide technical support for oil and gas resources exploration in complex geologic bodies. The project adopts Δ-Σ combined SoPC technology for high-precision seismic data conversion and high-speed data transmission. After AD conversion via Δ-Σ converter, seismic signal will generate 256Kbps Δ-Σ serial data stream. The data stream has relatively low sampling precision, and it needs hardware DSP (such as SINC and FIR) processing to increase the precision. After data filtering, the data will be transmitted to seismic power station by data transmission module. Key technologies include: 1. Researching and developing hardware digital filtering technology applicable to seismic data acquisition; 2. Researching and developing high-speed data transmission technology applicable to seismic acquisition; 3. Adding error correcting code into distributed data transmission to reduce error rate; 4. Core technology of acquisition state is integrated into single-chip SoPC for tape out.

随着油气勘探的深化发展，当前我国的油气勘探进入探查前新生代海相残留盆地的高难度阶段，要求寻找复杂地质体的油气资源，古潜山及其内幕、山前高陡构造带等，进而不仅勘探深度增大，且地表与地下条件较为复杂，这就对当前地震仪提出了新的要求和挑战。项目重点研究现代遥测地震勘探数据采集站中的两项技术，为解决复杂地质体的油气资源勘探提供技术支持。项目拟采用Δ-Σ组合SoPC技术实现高精度地震数据转换和高速数据传输。地震信号经Δ-Σ型转换器进行模数转换，产生256Kbps的Δ-Σ串行数据流，此数据流采样精度较低，为了提高精度，需进行硬件DSP(SINC、FIR等)处理以提高精度。数据滤波处理后由数传模块将数据传至地震电源站。重点技术主要包括：1、研发采集站高精度模数转换硬件数字滤波技术；2、研发适于地震采集的高速数传技术；3、在分布式数传中加入纠错码降低误码率；4、采集站核心技术集成于单片SoPC中便于流片。

项目的背景：随着油气勘探的深化发展，我国的油气勘探进入探查前新生代海相残留盆地的高难度阶段，要求寻找复杂地质体的油气资源，古潜山及其内幕、山前高陡构造带等，进而不仅勘探深度增大，且地表与地下条件较为复杂，从而对地震勘探仪器提出了新的要求和挑战。本项目重点研究了现代遥测地震勘探数据采集站中的高精度模数转换技术和低功耗高速接力式数据传输技术，为解决我国分布式地震采集站的向前发展提供了技术支持。. 主要研究内容：1、设计实现了基于可编程片上系统（SoPC）与改进型LVDS技术的高精度低功耗地震采集站硬件电路；2、研发了基于SoPC的面向CS5373输出△-Σ数据流的后续数字滤波IP核，所研发的IP核主要由码型转换、CIC滤波、FIR滤波及IIR滤波器组成而成；3、研究并设计实现了地球物理专用高速接力式数据传输协议IP核；4、研究实现了遥测数字地震采集站高精度同步采集技术，借助自适应同步算法实现高精度同步采集，使同步精度优于0.1微秒；5、研究了遥测数字地震采集站中数传纠错技术（RS码和实时前向纠错技术），基本实现了同步实时采集的同时，降低数传误码率；6、进行了高精度数字地震采集站的软硬件联合调试，并进行了室内各项性能的测试。. 主要研究成果：本项目研究并实现了地震采集站中高精度采集与分布式数传等关键技术，结合所研究地震采集站关键技术，本项目发表国际SCI期刊论文6篇，EI检索论文3篇，核心期刊论文1篇，合计发表论文10篇。结合项目的研究内容，研制了多个版本的采集站，并最终形成了15套高精度采集站级联组合的原理样机，申请发明专利1项，授权实用新型专利1项。