大型海洋地震拖缆数据采集多节点长缆关键技术研究

To increase the depth of target layer, the coverage times and the operation efficiency and also adapt to slant, the V type and W type streamer cable and other new marine seismic exploration method, the ocean seismic streamer which longer than 12 km is necessary. Aim at the bottleneck technology of China's long ocean seismic streamer cable (China's longest streamer as 6km), the research on multi-node and long streamer technology is put forward for the first time. Long streamer cable will causes several problems, such as increasing data transmission rate, error rate and synchronization acquisition error among multi-channel, causing line loss and large power consumption, because of its length and it has more nodes and channels. Several ideals were presented innovatively in the area of ocean seismic exploration instrument:(1)Trying to solve the shortage of bandwidth by improving transfer efficiency without increasing the data rate of physical layer. (2)Designing a specially error tolerance and error control protocol to avoid the diffusion of bit error and improve the reliability of the system.(3)Proposing methods such as compensate command delay, compensate clock phase error, attenuate clock jitter, etc. to enhance synchronization acquisition accuracy among multi-channel and multi-cable. (4)Setting up a power consumption model of long cable to optimize the power supply scheme. To increase China’s competitiveness of marine seismic exploration internationally, the goal is set to exploit single streamer cable as 12km long and each streamer cable contains 3840 channels, 120 nodes, also the sample rate should be 1kHz.

为了提高海洋地震勘探目标层深度，增加覆盖次数，提高作业效率，适应斜缆、V型和W型缆等勘探新方法，需要12km以上规模的拖缆。本申请针对制约我国大型海洋地震拖缆发展的瓶颈技术（我国目前最大只能支持6km缆），于国内首次提出对多节点长缆关键技术进行研究。长拖缆因节点增多、缆长增长、道数增加，导致传输数据量增大、误码率提高、多道间同步采集误差增大、线损和功耗增大等问题。本申请在海洋地震仪器领域创新性提出：在不提高物理层数传速率的前提下，通过提高传输效率来解决数传带宽不足；设计误码容错和差错控制协议，以实现本帧数据误码的后果不扩散，提高数传可靠性；通过命令延时补偿、时钟相位补偿、时钟去抖动等方案以提高多道间、多缆间同步精度；通过建立长缆功耗模型，优化供电方案。研究目标：实现单缆支持12km长缆（3840道，120个节点，1.0ms采样率）的各项关键技术，提高我国海洋石油勘探公司在国际上的竞争力。

项目研究工作进展顺利，项目组完成了申请书承诺的各项研究任务，达到了预期目标。目前，国内外海洋油气资源勘探的热点，正逐步向深海勘探转移，深海地震勘探需要12km以上的长拖缆。国际上先进的海洋地震拖缆长度支持12km-15km（道间距6.25m～12.5m），而我国的海洋地震拖缆因技术原因截止本项目立项时尚不超过8km。本项目对多节点12km长缆关键技术进行研究。主要研究进展和成果包括：建立和验证了更加精确的变功率拖缆供电模型，通过对模型的求解仿真，得到优化的供电参数，包括供电电压，供电线阻，数字包功耗，高压转低压电源模块的效率，升压模块的位置和数量等参数。研制了低额定功率（2-3W）、高效率（大于90%）的电源模块（390V DC-5V DC）。通过仿真证明优化的供电参数可以支持12km拖缆的有效供电。综合采用命令回环延时补偿的软件方法，以及硬件时钟数据恢复后进行相位补偿、时钟去抖动消除累积相位误差等方法，实现高精度同步采集性能。12km长缆同步性误差，通过仿真和模拟测试平台的测试，单缆各道同步误差小于20微秒。数据传输物理层，采用LVDS数据传输技术，在发送端和接收端分别采用预加重和均衡技术，提高数据传输信号完整性，从而提高数据传输可靠性。通过设计的地震数据专用压缩算法，可以实现压缩比50%，提高了数据传输效率。设计的数传误码容错协议，通过检错和纠错编码，进一步提高数据传输的可靠性。通过仿真以及在模拟测试平台的实测，12km拖缆的数传误码率小于1E-10。.应用前景：本项目取得的研究结果实现了12km长拖缆的主要关键技术，包括：高精度同步采集、高可靠数据传输、拖缆有效供电。项目成果为深海地震勘探长拖缆研制奠定了技术基础，对提高我国国产深海地震勘探技术具有重要意义。