《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于CPCI总线导航控制系统设计与实现
电子技术应用
闫佳琛,张昊楠,张少鹏,崔焘,李昊,郭宇
中海油田服务股份有限公司物探事业部
摘要: 针对海洋地震勘探综合导航系统高精度触发控制、时序控制和实时性的要求,设计了一种基于CPCI总线架构的导航作业控制系统,内置GNSS接收机,由GPS时间、现场可编程阵列FPGA与嵌入式软件实现高精度时钟守护;星型差分线路实现高速串行传输通信,单箱体最多支持24个串口数据接入;高精度触发模块和时刻匹配规则实现对外部设备实时精准控制。重点介绍了系统接口、硬件模块结构、嵌入式软件及实验结果。系统测试表明:该系统满足海洋地震勘探高精度授时和作业时序控制需要,整体基于模块化设计,具有良好扩展和封装性,对其他工控系统开发具有借鉴意义。
中圖分類號(hào):TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246083
中文引用格式: 閆佳琛,張昊楠,張少鵬,等. 基于CPCI總線導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2025,51(5):93-97.
英文引用格式: Yan Jiachen,Zhang Haonan,Zhang Shaopeng,et al. Design and implementation of navigation control system based on CPCI[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(5):93-97.
Design and implementation of navigation control system based on CPCI
Yan Jiachen,Zhang Haonan,Zhang Shaopeng,Cui Tao,Li Hao,Guo Yu
Geophysical Department, China Oilfield Services Limited
Abstract: Aiming at the requirements of high-precision trigger control, timing control, and real-time performance in marine seismic exploration integrated navigation systems, a navigation operation control system based on the CPCI bus architecture has been designed. This system incorporates a built-in GNSS receiver and achieves high-precision clock maintenance through GPS time, FPGA and embedded software. The system utilizes a star topology differential line for high-speed serial transmission interface communication, supporting up to 24 serial port data connections. The high-precision trigger module and time-stamp matching rules enable real-time and precise control of external equipment. This paper focuses on the interface, module structure, embedded software, and experimental results. System test shows that the platform fulfills the requirements for high-precision timing and operation process sequence control in marine seismic exploration. The system is modularly designed, offering excellent scalability and modular encapsulation, and serves as a valuable reference for the development of other industrial control system.
Key words : marine seismic exploration;integrated navigation system;modular design;serial communication

引言

隨著“兩寬一高”(寬頻帶、寬方位、高精度)采集技術(shù)逐步成為海洋油氣勘探主要趨勢,多船、混采、連續(xù)采集等先進(jìn)高效的施工方式,對(duì)導(dǎo)航裝備的授時(shí)、定位和觸發(fā)精度提出了更高要求[1-3]。綜合導(dǎo)航系統(tǒng)具有定位解算、控制地震勘探時(shí)序流程的重要作用,而導(dǎo)航控制平臺(tái)作為其硬件部分,連接各類傳感器、實(shí)時(shí)導(dǎo)航軟件和其他船載系統(tǒng),是勘探船的核心接口單元。

本文提出一種適用于海上地震勘探的導(dǎo)航控制系統(tǒng),內(nèi)置GNSS(Global Navigation Satellite System)接收機(jī),聯(lián)合接收北斗、GPS衛(wèi)星授時(shí)信號(hào),正常馴服后時(shí)間同步精度小于30 ns,并由FPGA對(duì)GNSS接收機(jī)輸出的NMEA-0183(National Marine Electronics Association 0183)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和秒脈沖進(jìn)行規(guī)則檢查,在局域網(wǎng)內(nèi)提供微秒級(jí)時(shí)間服務(wù)和內(nèi)部時(shí)間戳標(biāo)記。整個(gè)系統(tǒng)基于CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)總線,為數(shù)據(jù)收發(fā)提供性能優(yōu)良的背板星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[4],實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)與命令在系統(tǒng)內(nèi)部的高速傳輸,高精度觸發(fā)模塊和時(shí)刻匹配方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部設(shè)備實(shí)時(shí)精準(zhǔn)控制,有效保證了海洋地震勘探作業(yè)各系統(tǒng)間協(xié)同工作的穩(wěn)定時(shí)序。


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作者信息:

閆佳琛,張昊楠,張少鵬,崔燾,李昊,郭宇

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部,天津 300450)


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