勘察儀器與原理 第四章 第一節(jié) 第二節(jié)ok

勘查儀器原理教師：王旭Email：hfli@第四章信號(hào)的編碼與傳輸?shù)谝还?jié)信號(hào)的編碼與傳輸?shù)幕靖拍钚盘?hào)傳輸在通信技術(shù)中應(yīng)用很廣泛,本章內(nèi)容主要針對(duì)遙測(cè)地震儀,介紹地震數(shù)據(jù)的傳輸。因?yàn)?對(duì)于其它勘查儀器,測(cè)量結(jié)果一般存于本儀器的存儲(chǔ)器里,而且它們的數(shù)據(jù)量不是很大,儀器的內(nèi)存就能承擔(dān),不需要遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸(有的測(cè)井儀也需遙傳)。隨著地震勘探技術(shù)的發(fā)展,地震儀相應(yīng)的隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展到了數(shù)控地震儀階段,而且地震數(shù)據(jù)信息量很大,以前的地震儀的數(shù)據(jù)采集電路和格式編排電路都設(shè)置在儀器車內(nèi),所以不存在遠(yuǎn)距離數(shù)字傳輸問(wèn)題,而現(xiàn)在遙測(cè)地震儀(又稱數(shù)控類地震儀)的采集電路不設(shè)置在儀器車上,而是設(shè)置在檢波點(diǎn)附近的采集站內(nèi),采集站在儀器車中央主機(jī)控制下對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,由于采集站遠(yuǎn)離儀器車,所以,儀器車上的中央主機(jī)對(duì)采集站的控制指令稱為遙控指令,把采集站的狀態(tài)和采集到的地震數(shù)據(jù)稱為遙測(cè)數(shù)據(jù),中央主機(jī)如何把遙測(cè)指令送到采集站去?采集站又如何把遙測(cè)數(shù)據(jù)送回主機(jī)?這就是中央主機(jī)與采集站之間的通信聯(lián)系,也就是數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。數(shù)字通信系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪聲源以及發(fā)送端和接收端時(shí)鐘同步組成。計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視都屬于數(shù)字通信系統(tǒng)。信源信源編碼器信道編碼器調(diào)制器解調(diào)器信道譯碼器信源譯碼器信宿噪聲源信道4.1.1信號(hào)的編碼由前面的章節(jié)學(xué)習(xí)知道,信號(hào)要進(jìn)行處理,必須經(jīng)ADC電路,此電路的末級(jí)完成信號(hào)編碼工作,也就是把量化后的信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼的過(guò)程。再看,地震信號(hào)由檢波器到采集站,采集站完成信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換工作,而后就是把這些采集站采集的地震數(shù)據(jù)傳向主機(jī)進(jìn)行記錄和顯示。怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,這就和通信技術(shù)聯(lián)系起來(lái),所以從事地震數(shù)據(jù)采集工作,就需要將電子技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物探技術(shù)、地震儀的研制等多方面的技術(shù)組合起來(lái)。數(shù)字通信的任務(wù)是把0和1從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方。從ADC輸出的數(shù)字信號(hào)稱之為信息碼(包含資料信息情況),信息碼在進(jìn)行傳輸之前,必須經(jīng)碼型變化,也就是須經(jīng)編碼器這樣的器件,把它變化為適于信道傳輸?shù)拇a型,以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蛯?shí)現(xiàn)通信雙方的信號(hào)同步。為什么?直接傳不好嗎?采集站編碼器輸出的碼型都是單極性二元碼序列,多用NRZ碼(不歸零碼),即用高、低電平分別表示二進(jìn)制數(shù)碼的1和0,在整個(gè)碼元期間電平保持不變,如下圖所示:111101001若采用這種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制碼進(jìn)行數(shù)字傳輸有3個(gè)實(shí)際問(wèn)題:(1)由于連續(xù)1和連續(xù)0的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制不易區(qū)分識(shí)別,某一位碼元與其下一位碼元之間沒(méi)有間隙,難于從中提取數(shù)碼識(shí)別所需要的位定時(shí)信號(hào)；(2)由于連續(xù)1或0使信號(hào)有豐富的低頻分量乃至直流分量,對(duì)于大多數(shù)采用交流耦合的電纜傳輸通道來(lái)說(shuō)是不允許的；(3)這種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制信號(hào)不具有誤碼檢測(cè)能力。所以在電纜傳輸之前,必須將二進(jìn)制信息碼變換成適合電纜傳輸?shù)拇a型,也就是將信息碼變?yōu)閭鬏敶a。并不是所有的基帶信號(hào)碼型都適合在信道中傳輸，為了提高信號(hào)抗干擾能力，并且便于信號(hào)接收同步，往往是根據(jù)實(shí)際需要選擇更為有效的信號(hào)編碼方法。適于傳輸?shù)某Ｓ玫臄?shù)字信號(hào)編碼有不歸零NRZ(NonReturntoZero)碼、差分不歸零DNRZ

碼、曼徹斯特(Manchester)碼及差分曼徹斯特(DifferentialManchester)碼、AMI碼(交替信號(hào)反碼)、HDB3(高密度碼)等。下面我們介紹幾種常用的適合在信道中傳輸?shù)膫鬏敶a型。

一、NRZ碼

NRZ碼是用信號(hào)的幅度來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，通常用正電壓表示數(shù)據(jù)“1”，用負(fù)電壓表示數(shù)據(jù)“0”，并且在表示一個(gè)碼元時(shí)，電壓均無(wú)需回到零，故稱不歸零碼。NRZ碼的特點(diǎn)是一種全寬碼，即一位碼元占一個(gè)單位脈沖的寬度。全寬碼的優(yōu)點(diǎn)：（1）每個(gè)脈沖寬度越大，發(fā)送信號(hào)的能量就越大，這對(duì)于提高接收端的信噪比有利；

（2）脈沖時(shí)間寬度與傳輸帶寬成反比關(guān)系，即全寬碼在信道上占用較窄的頻帶，并且在頻譜中包含了碼位的速度。缺點(diǎn)：

a、難以分辨一位的結(jié)束和另一位的開始；

b、發(fā)送方和接收方必須有時(shí)鐘同步；

c、若信號(hào)中“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)，信號(hào)直流分量將累加。這將導(dǎo)致信號(hào)的失真與畸變，使傳輸?shù)目煽啃越档停⑶矣捎谥绷鞣至康拇嬖?，使得無(wú)法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備。結(jié)論：容易產(chǎn)生傳輸錯(cuò)誤。一般的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都不采用這種編碼方式。所以，此編碼方式常用于低速同步、異步通信中，如RS-232通信(計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的通信)。

（只適于短距離傳輸）Caption:RS-232connectors,showingwiringforthree-wireconnection.二、DNRZ碼

DNRZ(DifferentialNonReturntoZero)碼(差分不歸零碼)是一種NRZ碼的改進(jìn)形式，它是用信號(hào)的相位變化來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，一個(gè)信號(hào)位的起始處有跳變表示數(shù)據(jù)“1”，而無(wú)跳變表示數(shù)據(jù)“0”。DNRZ碼不僅保持了全寬碼的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了信號(hào)的抗干擾性和易同步性。

近年來(lái)，越來(lái)越多的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了DNRZ碼，成為主流的信號(hào)編碼技術(shù)，在FDDI、100BASE-T及100VG-AnyLAN等高速網(wǎng)絡(luò)中都采用了DNRZ編碼。其原因是在高速網(wǎng)絡(luò)中要求盡量降低信號(hào)的傳輸帶寬，以利于提高傳輸?shù)目煽啃院徒档蛯?duì)傳輸介質(zhì)帶寬的要求。而DNRZ編碼中的碼元速率與編碼時(shí)鐘速率相一致，具有很高的編碼效率，符合高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)編碼的要求同時(shí)，為了解決數(shù)據(jù)流中連續(xù)出現(xiàn)0或1時(shí)所帶來(lái)的信號(hào)編碼問(wèn)題，通常采用兩級(jí)編碼方案，第一級(jí)是預(yù)編碼器，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)編碼，使編碼后的數(shù)據(jù)流不會(huì)出現(xiàn)連續(xù)0或連續(xù)1，常用的預(yù)編碼方法有4B5B、5B6B等；第二級(jí)是DNRZ編碼，實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)的傳輸。這種兩級(jí)編碼方案的編碼效率可達(dá)到80%以上。差分不歸零碼不歸零碼數(shù)據(jù)值001101

一個(gè)信號(hào)位的起始處有跳變表示數(shù)據(jù)“1”，而無(wú)跳變表示數(shù)據(jù)“0”。三、曼徹斯特碼

在曼徹斯特碼中，用一個(gè)信號(hào)碼元中間電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)“1”和“0”，從低跳到高表示“0”，從高跳到低表示“1”。因此，這種編碼也是一種相位碼。由于電壓跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為位同步時(shí)鐘，因此這種編碼也稱為自同步碼。優(yōu)點(diǎn)：克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數(shù)據(jù)，又可作為時(shí)鐘，能夠自同步。每一位中間都有一個(gè)跳變四、差分曼徹斯特碼

差分曼徹斯特碼是一種曼徹斯特碼的改進(jìn)形式，其差別在于：每個(gè)碼元的中間跳變只作為同步時(shí)鐘信號(hào)；而數(shù)據(jù)“0”和“1”的取值是用信號(hào)位的起始處有無(wú)跳變來(lái)表示，若有跳變則為“0”；若無(wú)跳變則為“1”。這種編碼的特點(diǎn)是每一位均用不同電平的兩個(gè)半位來(lái)表示，因而始終能保持直流的平衡。這種編碼也是一種自同步編碼。

這兩種曼徹斯特編碼主要用于中速網(wǎng)絡(luò)(Ethernet為10Mb/s；

Token-Ring最高為16Mb/s)中，而高速網(wǎng)絡(luò)并不采用曼徹斯特編碼技術(shù)。其原因是它的信號(hào)速率為數(shù)據(jù)速率的兩倍，即對(duì)于10Mb/s的數(shù)據(jù)速率，則編碼后的信號(hào)速率為20Mb/s，編碼的有效率為50%。對(duì)于100Mb/s的高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，200Mb/s的信號(hào)速率無(wú)論對(duì)傳輸介質(zhì)的帶寬的要求，還是對(duì)傳輸可靠性的控制都未免太高了，將會(huì)增加信號(hào)傳輸技術(shù)的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)成本，難以推廣應(yīng)用。因此，高速網(wǎng)絡(luò)主要采用兩級(jí)的DNRZ編碼方案，而中速網(wǎng)絡(luò)采用曼徹斯特編碼方案，盡管它增加了傳輸所需的帶寬，但在實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單易行。常用編碼比較001101數(shù)據(jù)值不歸零碼差分不歸零碼曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼1高電平0低電平中間跳0上跳1下跳中間跳0開頭跳4.1.2數(shù)據(jù)的傳輸目前,國(guó)內(nèi)外使用的遙測(cè)地震儀數(shù)據(jù)傳輸方式基本上有三種:

金屬電纜傳輸(簡(jiǎn)稱電纜傳輸)

光導(dǎo)纖維傳輸(簡(jiǎn)稱光纜傳輸)

無(wú)線電傳輸一、電纜傳輸國(guó)內(nèi)外傳輸電纜的基本結(jié)構(gòu)可分為三種類型:

雙絞線電視平行饋線同軸電纜（這三種是數(shù)字信號(hào)傳輸電纜,傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。無(wú)論是控制指令還是地震數(shù)據(jù),在數(shù)傳電纜上都是一位接一位一字接一字串行傳送的。數(shù)傳電纜是實(shí)現(xiàn)野外地震數(shù)據(jù)采集必備的地面設(shè)備,它在排列里起著連接采集站、電源站、交叉站的作用。地震儀常用的傳輸電纜是雙絞線和同軸電纜,長(zhǎng)度因儀器不同而不同，傳輸碼為極性交替反轉(zhuǎn)碼AMI碼）串行通信方式數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部都采用并行通信，因此，數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，要將計(jì)算機(jī)中的字符進(jìn)行并/串變換，在接收端再通過(guò)串/并變換，還原成計(jì)算機(jī)的字符結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)串行通信。串行通信的優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，但速度比較低。雙絞線由兩根相互絕緣并絞扭在一起的銅導(dǎo)線對(duì)組成。是最經(jīng)常使用的物理媒體，相對(duì)于其它有線物理媒體（同軸電纜和光纖）來(lái)說(shuō)，價(jià)格便宜也易于安裝與使用，其性能一般也較差（指它的傳輸距離、抗干擾性能和帶寬或數(shù)據(jù)速率而言）雙絞線：既可用于模擬傳輸，也可用于數(shù)字傳輸；帶寬依賴于線的粗細(xì)和傳輸距離；3類線，5類線非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair），屏蔽雙絞線Caption:TheendofatwistedpairEthernetcablewithanRJ-45connector.Caption:A10/100megabittwistedpairEthernetinterfaceinapersonalcomputer.ThelinkindicatorisilluminatedindicatingthattheinterfaceisconnectedtoanactiveEthernetnetwork.The10Mbit/sindicatorislit,whilethe100Mbit/sindicatorisnot.Thisshowsthatthenetworkisoperatingintheslower10megabitmode.五類屏蔽雙絞線五類非屏蔽雙絞線同軸電纜：

同軸電纜也由一對(duì)導(dǎo)體組成，其內(nèi)導(dǎo)體為銅質(zhì)導(dǎo)線，外包一層絕緣材料，再外邊為網(wǎng)狀編織細(xì)銅絲組成的外導(dǎo)體，最外層是保護(hù)性塑料外套。

外層絕緣蒙皮外導(dǎo)體金屬屏蔽層絕緣層內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線同軸電纜與雙絞線比較，價(jià)格貴，但帶寬、數(shù)據(jù)速率高、傳輸距離長(zhǎng)和抗干擾能力強(qiáng)同軸電纜連接器低頻傳輸：雙絞線優(yōu)于同軸電纜二、光纖傳輸?shù)卣饍x向多道數(shù),高采樣采集發(fā)展,這意味著數(shù)據(jù)傳輸量、傳輸速度成倍的增加,原有的電纜數(shù)據(jù)傳輸方式已不能適應(yīng)多道數(shù)(萬(wàn)道以上)采集的需要,采用光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是所有儀器發(fā)展的方向。光纖即光導(dǎo)纖維，它的內(nèi)層是能傳導(dǎo)光波的玻璃纖維，外層加比玻璃折射率低的材料作保護(hù)層。光源可以采用兩種發(fā)光管。采用發(fā)光二極管LED（Light-EmittingDiode）時(shí)產(chǎn)生可見光，光波在光導(dǎo)纖維中以多種角度不斷反射式傳播前進(jìn)，這種光纖稱多模光纖。若采用激光二極管ILD（InjectionLaserDiode），產(chǎn)生的是激光，再將光纖直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光線可以無(wú)反射地一直向前傳播，這種光纖稱單模光纖。光纖的結(jié)構(gòu)示意圖：光纖芯包層外部保護(hù)層(a)保護(hù)層包層光纖芯(b)光電轉(zhuǎn)換LED發(fā)送端輸入光電轉(zhuǎn)換PIN接收端輸出光纖光信號(hào)一般的光纖纖心材料折射率高,包層材料折射率低,光在兩種材料的分界面上能夠發(fā)生全反射,光線在光導(dǎo)纖維中全程依次全反射到終端,形象地說(shuō),光纖就像水管,把光線象水一樣從源頭導(dǎo)引至出水口。光電二極管纖芯1)位置：光纖的中心部位2)尺寸：直徑d1=4~50mm3)材料：高純度SiO2，摻有極少量的摻雜劑(GeO2，P2O5)，作用是提高纖芯折射率(n1)，以傳輸光信號(hào)包層位置：位于纖芯的周圍尺寸：直徑d2=125mm材料：高純度SiO2，極少量摻雜劑(如B2O3)的作用則是適當(dāng)降低包層折射率(n2)，使之略低于纖芯折射率，使得光信號(hào)能約束在纖芯中傳輸。涂覆層1)位置：位于光纖的最外層2)尺寸：涂覆后的光纖外徑約為1.5mm3)結(jié)構(gòu)和材料：包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層

a)一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、有機(jī)硅或硅橡膠材料

b)緩沖層一般為性能良好的填充油膏(防水)c)二次涂覆層一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物作用：保護(hù)光纖不受水汽侵蝕和機(jī)械擦傷，同時(shí)又增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性，起著延長(zhǎng)光纖壽命的作用。多模光纖和5類雙絞線的衰減與頻率關(guān)系如下圖所示，當(dāng)傳輸頻率超過(guò)100MHz時(shí)，5類雙絞線隨著頻率的增加衰減愈來(lái)愈大；而光纖在300MHz以內(nèi)，衰減基本不變。光纖與電纜頻率與衰減關(guān)系圖62.5/125μm漸變?cè)鰪?qiáng)型多模光纖01101003001000頻率(MHz)衰減(dB/km)051015202530355類UTP雙絞電纜光通信系統(tǒng)組成：光纖通信又叫光纜通信，是以光纖作為傳輸介質(zhì)，光波作為信息載體進(jìn)行的通信。由于光纖必須在構(gòu)成光纜之后才能在實(shí)際工作中使用，因此有時(shí)采用光纜通信這個(gè)名稱。這種通信方式所組成的光纖通信系統(tǒng)工作原理如下圖所示。系統(tǒng)主要包括三大部分，即光發(fā)信設(shè)備、光傳輸設(shè)備和光接收設(shè)備。調(diào)制器發(fā)信電路激勵(lì)電路電信號(hào)解調(diào)器收信電路放大電路電信號(hào)光纜中繼器發(fā)信設(shè)備收信設(shè)備發(fā)光二極管（LED）激光二極管（LD）光電二極管（PIN）雪崩光電二極管（APD）光－電－光中繼器發(fā)信設(shè)備組成------半導(dǎo)體光源(核心)、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器。功能-----將待發(fā)送的電信號(hào)進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換出的光信號(hào)最大限度的注入光纖中進(jìn)行傳輸。光源：發(fā)光二極管（LED）：自發(fā)輻射，輸出光功率小，譜寬，穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，價(jià)低，適用于小容量、短距離傳輸系統(tǒng)。激光二極管（LD）：受激輻射，輸出光功率大，譜窄，波長(zhǎng)穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，價(jià)高，適用于大容量、長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。光調(diào)制器：使光信號(hào)隨電信號(hào)變化而變化。目前采用強(qiáng)度調(diào)制（由于光源頻譜不純，尚未實(shí)現(xiàn)相干光通信）；分內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制，對(duì)于數(shù)字調(diào)制，用光脈沖的有無(wú)代表數(shù)字信息（0和1）。

組成------光纖、光纖接頭和光連接器。功能------把來(lái)自光發(fā)送機(jī)的光信號(hào),以盡可能小的畸變和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路收信設(shè)備組成------光電檢測(cè)器(核心)、放大器和相關(guān)電路。功能------將光纖傳來(lái)的光信號(hào)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換,并對(duì)轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)進(jìn)行放大和恢復(fù)。光檢測(cè)器的功能：光信號(hào)的解調(diào)。光檢測(cè)器的類型：PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）。光接收機(jī)的靈敏度取決于噪聲特性（包括光檢測(cè)器的噪聲和電放大器的噪聲）和誤碼率指標(biāo)。APD是有增益的光電二極管適用于靈敏度要求較高的場(chǎng)合，但需采用復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路，故成本高；在靈敏度要求不高的場(chǎng)合，宜采用PIN管。光接收機(jī)中還有電的放大器、自動(dòng)增益控制電路、均衡再生電路等。光中繼器組成——光電檢測(cè)器(核心)、放大器、再生判別電路、驅(qū)動(dòng)電路、光源五部分組成。功能——將經(jīng)過(guò)一段光纖線路傳輸后產(chǎn)生了失真的光信號(hào)，進(jìn)行放大及再生后送入下一段光纖中傳送，從而可延長(zhǎng)光信號(hào)傳輸距離。光纖通信優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)：具有強(qiáng)抗電磁干擾能力光導(dǎo)纖維是絕緣體材料,不受輸電線,電氣化鐵路及高壓設(shè)備等電器干擾,可以與高壓電線平行架設(shè),還可制成復(fù)合光纜。無(wú)串話,保密性好通信質(zhì)量高。線徑細(xì),柔軟,重量輕?？芍瞥纱笮緮?shù)高密度光纜單芯光纜可安裝在飛機(jī),火箭,潛艇及航天飛機(jī)上優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約有色金屬,原材料資源豐富可節(jié)約大量銅金屬。頻帶寬,通信容量大理論上講一根單模光纖可利用的帶寬達(dá)20THz(1THz=1012Hz)以上,現(xiàn)在最先進(jìn)的光纖通信系統(tǒng)達(dá)400GHz,而一路電話帶寬約占4KHz頻帶,一路彩色電視約占6MHz頻帶。損耗低,中繼距離長(zhǎng)銅纜的損耗特性與纜的結(jié)構(gòu)尺寸及所傳輸信號(hào)的頻率有關(guān),光纜的損耗特性僅與玻璃的純度(或者說(shuō)透明度)有關(guān),高質(zhì)量望遠(yuǎn)鏡的鏡頭其損耗超過(guò)500dB/km,目前通信用光纖的最低損耗達(dá)0.2dB/km。缺點(diǎn)：質(zhì)地脆,機(jī)械強(qiáng)度低；光纖切斷和接續(xù)需要一定的工具、設(shè)備和技術(shù)；分路、耦合不靈活；光纜彎曲半徑不能過(guò)小(>20CM)；在偏僻地區(qū)存在有供電困難問(wèn)題。三、無(wú)線電傳輸隨著地震勘探的區(qū)域不斷向邊遠(yuǎn)和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的新探區(qū)延伸,探區(qū)地表?xiàng)l件越來(lái)越復(fù)雜,如森林,河流,沼澤,山區(qū)等等,有線遙測(cè)地震儀的使用受到限制,只有通過(guò)無(wú)線電通信的方式在采集站與中央主機(jī)之間傳送指令和數(shù)據(jù),現(xiàn)在的地震儀大都具有有線、無(wú)線兩種通信方式。無(wú)線通信介質(zhì)指的是不須通過(guò)線纜，通過(guò)空間傳輸信號(hào)。包括微波、激光、紅外線和短波等幾種。無(wú)線通信：利用電磁波可以在空間自由傳播的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)電磁波的振幅、頻率或相位實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸信息。電磁波的種類與頻率范圍：無(wú)線電波：104～108(Hz)微波：108～1011(Hz)

紅外線：1011～1014(Hz)可見光：1014(Hz)紫外線：1014～1016(Hz)X射線：1016～1022(Hz)伽瑪射線：1022～1024(Hz)接收機(jī)接收天線饋線導(dǎo)行波導(dǎo)行波導(dǎo)行波導(dǎo)行波發(fā)射機(jī)發(fā)射天線饋線導(dǎo)行波導(dǎo)行波廣播、電視，還是導(dǎo)航、遙控遙測(cè)，都是通過(guò)電磁波傳遞信息來(lái)進(jìn)行工作的。因此以宏觀電磁理論為基礎(chǔ)，電磁信息的傳輸和轉(zhuǎn)換為核心的電磁場(chǎng)與電磁波工程技術(shù)將充分發(fā)揮其重要作用。下面以無(wú)線電通信系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。

發(fā)射機(jī)對(duì)被傳送的原始信號(hào)進(jìn)行高頻調(diào)制，調(diào)制產(chǎn)生的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過(guò)饋線送到發(fā)射天線，通過(guò)發(fā)射天線將其轉(zhuǎn)換成電磁波輻射出去；無(wú)線電波在空間傳播，到了接收端，電磁波在接收天線上感生高頻振蕩電流，再經(jīng)饋線將高頻振蕩電流送到接收機(jī)輸入回路，這就完成了信息的傳遞，再由接收機(jī)中的解調(diào)器恢復(fù)被傳遞的原始信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中，經(jīng)歷了電磁波的傳輸、發(fā)射、傳播、接收等過(guò)程。

傳輸——導(dǎo)行電磁波

發(fā)射和接收——天線

傳播——入射、反射、透射、繞射在無(wú)線電傳輸遙測(cè)地震儀中，傳輸系統(tǒng)除用來(lái)傳送中央主機(jī)的指令和采集站的數(shù)據(jù)外，還被用作野外生產(chǎn)人員和儀器車操作員的通信工具，因此，這種儀器無(wú)線電傳輸系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著傳送模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的雙重任務(wù)，所以有兩種信號(hào)調(diào)制：模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制。由于無(wú)線電波在空間傳播中，能量逐漸減弱，傳播距離越遠(yuǎn)，信號(hào)幅度衰減越大，所以傳輸距離看發(fā)射機(jī)發(fā)射功率的強(qiáng)弱和接收機(jī)接收信號(hào)的靈敏度而定。428XL數(shù)據(jù)傳輸距離達(dá)到了24公里。傳輸碼型NRZ碼、曼徹斯特碼（PE

）。中、短波發(fā)射天線微波接力天線一些常見的天線和饋線MMDS—A型微波天線MMDS—C型微波天線428XL使用的天線第二節(jié)傳輸線路實(shí)例

在這一節(jié),我們來(lái)介紹Sercel公司生產(chǎn)的428XL地震儀的通信網(wǎng)絡(luò)。428XL整體網(wǎng)絡(luò)稱為地震區(qū)域網(wǎng)，分為三大部分：

地面電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

中央控制單元網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)

地震區(qū)域網(wǎng)(SeismicArealNetwork)的核心思想：把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)概念引入到遙測(cè)地震儀系統(tǒng)中，從而將遙測(cè)地震儀系統(tǒng)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)待，這樣，野外排列中交叉站、大線采集單元等地面電子設(shè)備都可以定為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)儀器系統(tǒng)軟件去控制和管理。

20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的緊密結(jié)合，形成了遠(yuǎn)程處理技術(shù)，又稱為聯(lián)機(jī)技術(shù)，這是由一臺(tái)主機(jī)和若干臺(tái)終端通過(guò)電話系統(tǒng)連接而成的，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和遠(yuǎn)程終端的通信。1969年，美國(guó)的ARPA(阿帕網(wǎng)，盡管ARPA網(wǎng)構(gòu)成了因特網(wǎng)的基礎(chǔ)，但它最終于1990年退役）網(wǎng)才真正實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的共享。1992年法國(guó)Sercel公司率先將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于遙測(cè)地震儀中生產(chǎn)出SN388數(shù)字地震儀，428XL地震儀是此公司2005年生產(chǎn)的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遙測(cè)地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全新的鏈路技術(shù)和地震區(qū)域網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)技術(shù)，不再受傳統(tǒng)遙測(cè)技術(shù)的局限性的限制，解決了復(fù)雜地區(qū)的施工問(wèn)題，并且提高了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和施工效率。該地震儀的地震區(qū)域網(wǎng)絡(luò)由控制節(jié)點(diǎn)、記錄節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)緩沖節(jié)點(diǎn)和采集節(jié)點(diǎn)組成，它采用了被稱之為“OSI/RM（開放系統(tǒng)參考模型）”的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將采集系統(tǒng)的各個(gè)部分均視為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間按照通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換，靈活可靠地實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的傳輸交換。OSI七層結(jié)構(gòu)：第一層：物理層第二層：數(shù)據(jù)鏈路層第三層：網(wǎng)絡(luò)層第四層：傳輸層第五層：會(huì)話層第六層：表示層第七層：應(yīng)用層第七層第六層第五層第四層第三層第二層第一層在地震區(qū)域網(wǎng)中，從交叉站開始使用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)線內(nèi)部主要依靠OSI/RM協(xié)議進(jìn)行傳輸。428XL是完全基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。OSI/RM（開放系統(tǒng)參考模型）：為網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，用來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（將采集系統(tǒng)的各個(gè)部分視為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送、接收以及對(duì)通信過(guò)程進(jìn)行控制，從而使整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和共享網(wǎng)絡(luò)資源。此協(xié)議分為四層，由低到高：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。物理層：是硬件和軟件之間的接口，為網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)提供了傳輸數(shù)據(jù)的通路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層：用于建立、維持和釋放網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層呈現(xiàn)為一條無(wú)差錯(cuò)通道。網(wǎng)絡(luò)層：是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心，完成對(duì)傳輸通信的控制。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中它可靠的安排從交叉站到交叉站再到最終目的地的信息和路徑。傳輸層：也稱運(yùn)輸層，是OSI協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中很關(guān)鍵的一層，將網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用之間的信息多路復(fù)用和多路解碼。4.2.1以太網(wǎng)在地震儀中的應(yīng)用以太網(wǎng)就是我們常說(shuō)的局域網(wǎng)，采用最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它不是一種具體的網(wǎng)絡(luò)，是一種技術(shù)規(guī)范，它定義了在局域網(wǎng)中采用的電纜類型和信號(hào)處理方法。以太網(wǎng)可采用多種連接介質(zhì)：同軸電纜、雙絞線、光纜。雙絞線多用于從主機(jī)到交換機(jī)的連接；光纜主要用于交換機(jī)間的級(jí)聯(lián)和交換機(jī)到路由器間的點(diǎn)到點(diǎn)鏈路上。通常在OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層操作，該系統(tǒng)相對(duì)比較容易安裝，直接利用每個(gè)工作站網(wǎng)卡上的BNC-T型連接器，就可以將電纜從一個(gè)工作站連接到另一個(gè)工作站，完成網(wǎng)絡(luò)傳輸控制任務(wù)。以太網(wǎng)作為一種原理簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)、價(jià)格低廉的局域網(wǎng)技術(shù)已成為業(yè)界的主流。一、以太網(wǎng)協(xié)議

428XL系統(tǒng)的中央控制單元各部分的控制信息和狀態(tài)信息使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行交換。

TCP/IP協(xié)議叫做傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議，它是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。表面看，它包括兩個(gè)協(xié)議，但實(shí)際上是一組協(xié)議，包括上百個(gè)各種功能的協(xié)議，如：遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸和電子郵件等，而TCP協(xié)議和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€(gè)基本的重要協(xié)議。

TCP協(xié)議是傳輸層協(xié)議，它提供了數(shù)據(jù)流傳輸、可靠性、有效流控制、全雙工操作和多路復(fù)用技術(shù)。IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，包含尋址信息和控制信息，可使數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中路由。428XL的中央控制單元各部分之間使用的是IPV4版本協(xié)議。總之，IP協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸；TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。二、以太網(wǎng)的物理結(jié)構(gòu)

在428XL系統(tǒng)中的以太網(wǎng)使用雙絞線電纜，該總線符合IEEE（電氣與電子工程師協(xié)會(huì)

）802.3標(biāo)準(zhǔn)，由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，因此要保證其具備千兆傳輸規(guī)格，其特性是：1、長(zhǎng)度：<200