本發(fā)明涉及一種水聲陣列系統(tǒng)，特別是涉及拖曳式聲吶線列陣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水聲陣列系統(tǒng)是最主要的海洋信息獲取手段之一，大量的海底油藏、海底地質(zhì)構(gòu)造、海底礦產(chǎn)、海洋魚群密度及行為特征、海洋軍事監(jiān)測等信息都是采用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。水聲陣列系統(tǒng)采用人工激發(fā)地震波的方式，通過水聽器陣列接收回波信號，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理解釋，判斷海底油氣資源分布情況，地層結(jié)構(gòu)和巖石性質(zhì)，研究盆地類型，斷層發(fā)育情況、活動性以及區(qū)域地震危險性，判斷海洋地震的可能性。

傳統(tǒng)的水聲陣列系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用級聯(lián)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，主要由預(yù)處理模塊、命令線、數(shù)據(jù)線、采集單元以及水聲傳感器(水聽器)五部分組成。其中，預(yù)處理模塊的功能主要是完成同步時鐘與下行命令的發(fā)送，以及信號采集數(shù)據(jù)的接收，最后將接收到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至船上控制中心進(jìn)行存儲以及顯示；采集單元主要完成多路水聽器信號的采集、整合以及上傳等。系統(tǒng)在作業(yè)過程中，聲源以固定頻率發(fā)出聲波波束。聲波波束經(jīng)過不同地層的反射，得到不同的地層反射信號，被水聲陣列中的各水聽器實(shí)時接收，并由各采集單元將接收到的數(shù)據(jù)逐級上傳至船上控制系統(tǒng)。

由于水聲陣列系統(tǒng)采用多段陣?yán)|與采集單元組合而成，在安裝過程中，各采集單元也是隨機(jī)連接的。因此，不同采集單元的地址需要得到有序的分配，以提高系統(tǒng)的靈活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供采集單元地址快速分配功能的水聲陣列系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，具有采集單元地址快速分配功能的水聲陣列系統(tǒng)，由預(yù)處理模塊、命令線、數(shù)據(jù)線、采集單元以及水聲傳感器五部分，控制中心通過預(yù)處理模塊，經(jīng)由命令線，向下級的各采集單元發(fā)送地址分配命令，各采集單元在接收到該命令后，完成對本地地址的設(shè)置，并將處理后的地址分配命令轉(zhuǎn)發(fā)至下一級；地址分配命令的幀結(jié)構(gòu)分為識別碼以及地址碼。其中，識別碼用于區(qū)別不同的下行命令；地址碼用于設(shè)置各采集單元的地址，在各采集單元完成地址分配后自動加1，用于下一級采集單元的地址分配。

采集單元設(shè)置有FPGA硬件邏輯結(jié)構(gòu)，所述FPGA硬件邏輯結(jié)構(gòu)包括如下模塊：

命令識別模塊，用于預(yù)處理模塊或上級采集單元下發(fā)的識別地址分配命令；

地址緩存模塊，用于緩存地址分配命令中的地址碼；

數(shù)據(jù)整合及發(fā)送模塊，用于將從下級采集單元接收到的數(shù)據(jù)與本地采集單元的地址整合，并向上級采集單元或預(yù)處理模塊發(fā)送整合過的數(shù)據(jù)幀；

命令發(fā)送模塊，用于向下級采集單元發(fā)送更新后的地址分配命令；

地址+1緩存模塊，用于將接收到的地址碼加1并緩存；

數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收下級采集單元上傳的數(shù)據(jù)；

本地數(shù)據(jù)模塊，用于緩存本地采集單元采集的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是：

本發(fā)明的水聲陣列系統(tǒng)，通過發(fā)送下行地址分配命令，設(shè)計了能夠快速響應(yīng)下行命令的硬件邏輯結(jié)構(gòu)，當(dāng)命令到達(dá)最后一級采集單元時，即可完成對系統(tǒng)所有采集單元地址的分配。進(jìn)一步，提出了一種故障快速定位方法，能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對故障出現(xiàn)位置的快速定位，為后續(xù)系統(tǒng)的維修提供便利條件。

附圖說明：

圖1是傳統(tǒng)水聲陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明的地址快速分配模型圖；

圖3是本發(fā)明的地址分配命令幀結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明的采集單元硬件邏輯結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明的采集單元數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明的采集單元地址分配的耗時模型圖；

圖中

1：海平面；2：拖船；3：聲源；4：聲波；5：地層反射信號；6：海底地層；7：陣列；8：預(yù)處理模塊；9：命令線；10：數(shù)據(jù)線；11：采集單元；12：傳感器；13：命令識別模塊；14：地址緩存模塊；15：數(shù)據(jù)整合及發(fā)送模塊；16：命令發(fā)送模塊；17：地址+1緩存模塊；18：數(shù)據(jù)接收模塊；19：本地數(shù)據(jù)模塊；20：船上控制中心；21：預(yù)處理模塊；22：采集單元1；23：采集單元2；24：采集單元N

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)采集單元地址快速分配的水聲陣列系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的水聲陣列系統(tǒng)，通過發(fā)送下行地址分配命令，設(shè)計了能夠快速響應(yīng)下行命令的硬件邏輯結(jié)構(gòu)，當(dāng)命令到達(dá)最后一級采集單元時，即可完成對系統(tǒng)所有采集單元地址的分配。進(jìn)一步，提出了一種故障快速定位方法，能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對故障出現(xiàn)位置的快速定位，為后續(xù)系統(tǒng)的維修提供便利條件。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的一種水聲陣列系統(tǒng)做出詳細(xì)說明。

如圖2所示，采集單元的地址快速分配過程為：1)船上控制中心通過預(yù)處理模塊，經(jīng)由同步和命令線，向下級的各采集單元發(fā)送地址分配命令。2)各采集單元在接收到該命令后，完成對本地地址的設(shè)置，并將處理后的地址分配命令轉(zhuǎn)發(fā)至下一級。

如圖3所示，本發(fā)明中地址分配命令的幀結(jié)構(gòu)分為識別碼以及地址碼。其中，識別碼用于區(qū)別不同的下行命令；地址碼(4’b0000-4’b1111)用于設(shè)置各采集單元的地址，它的初始值為4’b0000，在各采集單元完成地址分配后自動加1，用于下一級采集單元的地址分配，由此可知，本發(fā)明中的水聲陣列系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)16個采集單元的地址分配。最終的地址分配結(jié)果為：距離預(yù)處理模塊最近的采集單元，其地址為4’b0000，最遠(yuǎn)的采集單元地址為4’b1111。

本發(fā)明中水聲陣列系統(tǒng)的地址快速分配方法，采用如圖4所示的FPGA硬件邏輯結(jié)構(gòu)。該硬件邏輯結(jié)構(gòu)包括：

命令識別模塊13，用于預(yù)處理模塊或上級采集單元下發(fā)的識別地址分配命令；

地址緩存模塊14，用于緩存地址分配命令中的地址碼；

數(shù)據(jù)整合及發(fā)送模塊15，用于將從下級采集單元接收到的數(shù)據(jù)與本地采集單元的地址整合，并向上級采集單元或預(yù)處理模塊發(fā)送整合過的數(shù)據(jù)幀；

命令發(fā)送模塊16，用于向下級采集單元發(fā)送更新后的地址分配命令；

地址+1緩存模塊17，用于將接收到的地址碼加1并緩存；

數(shù)據(jù)接收模塊18，用于接收下級采集單元上傳的數(shù)據(jù)；

本地數(shù)據(jù)模塊19，用于緩存本地采集單元采集的數(shù)據(jù)。

采集單元首先對接收到的命令進(jìn)行識別，若為地址分配命令，則將其中的地址碼提取至地址緩存中，用于對本地地址進(jìn)行配置；同時，采集單元將該地址碼加1，再將加1之后的地址碼更新至地址分配命令中，最后轉(zhuǎn)發(fā)至下一級采集單元。經(jīng)過一定時間后，所有采集單元即可完成各自本地地址的配置。

如圖5所示，各采集單元采集數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)由幀頭、本地采集單元地址、本地采集單元數(shù)據(jù)及CRC校驗(yàn)碼組成，而本發(fā)明中水聲陣列系統(tǒng)的總體數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)是從采集單元1到N依次排列的，其具體的實(shí)現(xiàn)過程為：采集單元接收到本地數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)與本地地址進(jìn)行組幀，優(yōu)先傳輸本地數(shù)據(jù)幀；同時，采集單元接收由下一級采集單元上傳的級聯(lián)數(shù)據(jù)，將其先存儲起來，待本地數(shù)據(jù)完成長傳后再進(jìn)行上傳。

如圖6所示，系統(tǒng)所有采集單元地址分配的耗時主要分為以下四個步驟：

步驟一，船上控制中心下發(fā)地址分配命令到預(yù)處理模塊，該步驟所需時間為Tsend；

步驟二，預(yù)處理模塊轉(zhuǎn)發(fā)地址分配命令至第一級采集單元，該步驟所需時間為Tresend；

步驟三，各級采集單元只需完成對地址碼的提取及修改即可實(shí)現(xiàn)本地地址的配置，完成該步驟所需時間為Tlocal；

步驟四，上級采集單元修改過的地址分配命令轉(zhuǎn)發(fā)至下級，該步驟所需時間為Ttrans；

至此，完成系統(tǒng)所有采集單元地址分配所需時間為：

Ttotal＝Tsend+Tresend+Tlocal+(N-1)×Ttrans；

本發(fā)明中，由于水聲陣列系統(tǒng)采用的是級聯(lián)型結(jié)構(gòu)上傳數(shù)據(jù)，若假設(shè)采集單元3出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致船上控制中心無法接收來自采集單元3到采集單元N的所有數(shù)據(jù)幀。因此船上控制中心可以實(shí)時監(jiān)測接收到的數(shù)據(jù)幀，查找未接收到的地址與數(shù)據(jù)，即可完成對故障的快速定位。