11-FTB信号传输系统的研制121.23

FTB信号传输系统的研制发布人：师伟单位：测量服务中心海上综合导航研发部日期：2015年12月表2：QC小组成员列表制表人：王雪玲制表日期：2015年3月12日测量服务中心海上综合导航研发部QC小组由10人组成，主要是针对海上勘探生产所需的软、硬件进行改进和研制，多项成果已在生产中广泛应用和推广。序号姓名性别年龄学历组内职务组内分工1陈传庚男26本科组长产品测试2王攀男24本科组员电路设计3师伟男26本科组员成果发布4王雪玲女40本科组员资料整理5马竹男28本科组员代码编写6吴绍玉男38本科组员技术指导7任骏男24本科组员产品组装8鲁恩慧女41本科组员产品组装9赵云燕女40本科组员材料调研选购10张玉丹女23大专组员电路板焊接11伍运德男32本科组员技术指导小组单位装备服务处测量服务中心小组名称测量服务中心海上综合导航研发部QC小组课题名称FTB信号传输系统的研制注册日期2015年3月注册编号ZB20151211小组类型创新型循环周期2015年3月至2015年11月活动次数10次出勤率100%QC教育时间60小时QC小组基本情况制表人：王雪玲制表日期：2015年3月12日二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今后工作随着勘探技术的发展，FTB信号作为质量控制的重要参数越来越受到甲方的重视。2014年末中石化喀麦隆项目，2015年初大港物探处项目施工中，甲方明确提出对FTB信号现场控制。目前，Dolphin综合导航系统没有配套的FTB信号传输设备，造成我们在技术招标中非常被动，成为Dolphin推广应用的瓶颈，为此提出本次活动课题《FTB信号传输系统的研制》。仪器船震源船放缆船二次定位船海底电缆海底电缆海上施工示意图FTB(FireTimeBreak)信号是在枪阵系统激发时实时产生的模拟信号，具有不可恢复性，需要将其与仪器船的CTB(ClockTimeBreak)信号进行对比，以验证震源激发与仪器采集是否同步。枪阵激发产生FTB信号CTB触发仪器采集提出问题二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今后工作根据甲方和生产需求，FTB信号传输系统要保证气枪产生的FTB信号与仪器辅助道采集的FTB信号，其波形在相位与振幅两个方面具有一致性。1、相位延迟如果大于1ms，就会出现采样数据丢失问题。因此，将相位延迟设定小于1ms；Oyxπ2π3π4π11010090-90-100-110

2、根据甲方要求，振幅偏差设定为小于10%；相位延迟小于1ms目标值设定目标值的可行性分析与确定振幅偏差小于10%综上所述，我们认为目标可行。1、组织重视中心领导对工作进行总体部署，并给予资金、人员上的大力支持，保证该研制工作的顺利进行2、技术实力我们中心曾成功的设计了蓝牙电台、VTS、北斗接收机等电子产品，在通讯电路设计方便有丰富的经验，能够实现保证信号不失真。二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今后工作方案的提出与优选制作人：王雪玲制作日期：2015.04.03表3方案的优选与确定方案序号方案内容优点缺点方案1购买现有设备进行改造与Dolphin系统匹配方便快捷1、国内没有；2、国外GCSLink，价格贵，内部协议加密，设备接口无法解析；方案2自行研制FTB信号传输系统采用有线传输信号无干扰；设备硬件成本低1、无法做到震源船与仪器船实时有线连接；2、增加生产成本，加大安全风险；方案3自行研制FTB信号传输系统采用无线传输1、实时性好；2、节约生产成本；3、减少海上行船任务，降低安全风险1、设备硬件成本增加；2、亟需解决无线信号传输干扰问题，保障传输后信号不失真。通过对3种方案的分析对比，觉得方案3从经济、技术、安全风险方面都有优势。选用方案3二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今后工作序号对策目标措施时间地点负责人1外壳的设计与加工1、采用船上标准机箱；2、箱体接口布设合理；3、外壳坚固，防腐蚀；1、到市场购买合适尺寸的通用壳体；2、采用专业绘图软件进行接口设计；3、找专业模具厂商进行开孔；2015.04涿州吴绍玉师伟2通讯单元的选配测试避开作业现场信号干扰；1、调研野外勘探作业现场通讯频段；2、选购符合要求的通讯模块；3、对选定的电台进行电气参数测定；2015.05涿州深圳王攀任骏3电路设计1、输入DC13.8V,电流10A2、信号相位延迟小于1ms；3、振幅偏差小于10%；1、电路原理图的设计2、ARM芯片信号控制代码的编写；2015.06涿州伍运德王攀4PCB板制作1、布局合理，与整体布局一致；2、焊盘牢固，连线匀实无虚接；1、采用专业软件进行布线设计；2、找专业PCB制作商进行制作；2015.07涿州北京王攀任骏5样机制作1、电路板焊接无虚焊，2、内部连线无虚接；3、各类接口安装牢固；1、采购相关材料；2、专业人员进行焊接、组装；3、安排专业质检人员进行检查；2015.07涿州张玉丹鲁恩慧6样机测试1、整机稳定性测试；2、信号实时性与一致性测试；3、与外设连机配合情况；1、室内检测与调试，；2、野外测试，到作业船上进行现场测试；2015.072015.11涿州东营港马竹王攀师伟制表人：王雪玲制表日期：2015年3月15日对策表二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今后工作实施一、外壳的设计与加工1、生产现场调研船只航行颠簸摇摆，容易受天气影响。船仓内空间有限，空气潮湿，流动性差，船载设备丰富，接口数据线繁杂。2、壳体选购尺寸要求：采用船上标准机箱,43.0×36.0×9.0cm，左右延长固定板；材质要求：采用铝合金材质，有效的防腐蚀容易散热；实施一、外壳的设计与加工3、面板开孔设计根据船上线路需求，合理排布前后版面端口；CAD出图：前面板：43.0×36.0×9.0cm；

后面板：48.5×36.0×9.0cm；

图2：外壳设计示意图2.752.75实施二、通讯单元的选配与测试通讯单元选购电台类型频段1频段2频段3频段4频段5频段6GM338电台29.7-36MHz36-42MHz42-50MHz136-174MHz403-470MHz450-527MHz2710电台220-240MHz

表5：导航作业现场电台使用情况调查表138Mhz语音通讯用于导航数据传输结论：为避免电台之间干扰，FTB信号传输系统使用摩托罗拉GM338电台450-470MHz的频段。1、电台的选定经过市场调研，最终决定选用测量中心常用的摩托罗拉GM338电台作为FTB信号传输系统的通讯单元。海上管制频段2、电台电气参数的测定图20：电台电气参数测试数据图19：电台尾针功能列表1、根据设计要求与电台参数测试结果进行电路设计图22：FTB信号处理电路原理图设计图实施三、电路原理图设计2、ARM芯片信号控制代码的编写使用KeilMDK-ARM开发环境，采用C语言编程，基于STM32F103官方库。实现的功能主要有：

1、通过外部触发信号，控制每次响炮时，FTB信号传输过程的开启和关闭，以及开关时隙设置。

2、通过定时检测温度传感器的温度值，控制散热风扇的开启和关闭，防止电台过热。

3、通过串口命令，对电台的时间控制参数进行修改，以便适应各种不同的FTB信号的时间要求。图22：部分功能代码实施四、PCB电路图绘制图26：FTB信号传输系统控制板PCB图实施五、样机制作电路板焊接材料选购外壳加工整机组装质量检验ARM代码烧录图28：样机功能介绍电源接口电台天线散热器控制端口信号输入输出口输入输出指示灯摩托罗拉电台电源、模式、温度指示灯测试方法：为方便记录，将设备进行编号。3台设备排列组合交叉发送、接收，将传输后的FTB信号与原始信号进行对比，验证其实时性与一致性并采用相应的测试设备对其电器参数进行检测。原始FTB信号8v-Vpp1KHz的正弦信号B组设备A组设备信号发生器示波器无线传输后FTB信号实施六、样机测试测试内容1：电源电路电气参数进行测试；测试内容2：信号实时性与一致性进行测试；室内测试A组B组1号2号1号3号2号3号1号2,3号2号1,3号3号1,2号交叉排列测试表测试中发现的问题：图31：测试现场1号2号3号故障1、通讯模块在高功率发射时会造成设备自动重启；故障2、

采用示波器监测时发现5V电压纹波较大，振幅偏差大于10%；

1号设备2号设备3号设备标称值振幅偏差偏差比率振幅偏差偏差比率振幅偏差偏差比率+5V5.35VΔy=1.86V37%5.12VΔy=1.26V25%5VΔy=1.26V25%设备编号1号2号3号开关电源输出电压：控制板12.2VΔy=1V13.8VΔy=0.9V13.7VΔy=0.85V开关电源输出电压：电台12.2VΔy=1V13.8VΔy=0.9V13.7VΔy=0.85V-8V端电压-7.9VΔy=0.9V-8VΔy=0.85V-8VΔy=0.9V+8V端电压7.9VΔy=0.9V8VΔy=0.85V8VΔy=0.9V+5V端电压5.35VΔy=1.86V5.12VΔ

y=1.26V5VΔy=1.26V+3.3V端电压3.34VΔy=0.5V3.36VΔy=0.5V3.24VΔy=0.4V风扇工作电流143mA0.15A0.16A控制板静态电流0.12A0.11A0.1A控制板电流（风扇工作）0.26A0.26A0.27A通讯单元接收电压L12.1VL13.7VL13.7VH12.1VH13.7VH13.7V通讯单元接收电流L0.24AL0.25AL0.25AH0.24AH0.25AH0.25A通讯单元发射电压L12.1VL13.7VL13.7VH12.1VH13.7VH13.7V通讯单元发射电流L6.43AL5.31AL5.34AH14.0AH12.8AH13.8A表5：样机电路电气参数测试统计表1、设备自动重启故障原因分析据数据分析：通讯单元实际工作中在高功率发射的瞬间电流值为10A以上，由于开始使用的开关电源标称值电压值为13.8V，10A，在高功率发射瞬间会导致设备瞬时电流不够，设备自动重启。经过反复实验发现：5V芯片为高频器件，起初采用单点接地造成地线上电流不能及时疏散，从而造成干扰。2、5V电压纹波较大故障原因分析调试过程中将5V高频器件直接接入地线铜箔上，问题得到解决。3V接地铜箔8V5V图31：调频器件接地调试根据测试结果进行了电路调整，下图为调整后PCB图调整内容：1、整机输入电流由10A变15A；2、高频器件由单点接地变成多点接地；图31：调整后PCB电路图及焊接完成的主控板图32：电路调整后焊接完成的主控板2015.11.12--11.14将调整完成后的FTB信号传输系统进行野外测试。测试地点：山东东营港海域，仪器船428仪器、海豹5号、海豹7号；测试内容：1：验证FTB传输系统的传输延迟；2：验证FTB传输系统的传输正确性；3：完成与428仪器的连接，验证与记录；测试平台：

Dolphin系统测试外部连接设备：FTB传输系统，同步控制器，枪控系统，428仪器测试辅助设备：万用表、示波器、信号发生器野外测试OUT1FTB信号传输系统A枪控系统FTB输出端同步控制器A导航控制软件控制终端AOUT2TRG1FTB信号传输系统B428仪器辅助道同步控制器B导航控制软件控制终端BOUT1仪器船震源船OUT1OUT1图15：东营港测试FTB信号传输流程图IN1TRG1OUT3OUT1OUT2Dolphin控制输出触发信号，枪控产生FTB信号，由FTB信号传输系统传输FTB信号传输系统捕捉到信号，记录到仪器辅助道图20：正常FTB信号野外测试发现：传输后的FTB信号失真。图20：传输后的FTB信号信号失真经过对信号传输路径的分段排查，认为造成失真的主要原因在428仪器辅助道接口的阻抗不匹配引起的纹波干扰，进而影响到FTB信号质量。问题解决！经过现场数据测定、分析、计算得出仪器辅助道的输入阻抗约为6.7K通过滤波电路的调整，最终消除了由于阻抗匹配引起的信号失真问题。

RC滤波电路R1：为后级输入阻抗，R2：为前级输出阻抗，V1：后级输入电压，V2：前级输出电压；公式：R1/R2+R2=V1/V2R2：FTB传输系统输出阻抗为9.1KV1:信号衰减约为1.5V；V2:原始信号约为3.5V；二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今后工作2015.11.12--11.14将再次完善的FTB信号传输系统进行了野外生产测试，顺利完成了大港物探处提出的双震源船同时激发的测试任务，完成测试炮数约1500炮。测试过程中FTB信号传输合格率达100%。图20：2015.11.12山东东营港野外生产测试目标值验证1：仪器接收端FTB信号相位延迟小于1ms1ms图17：仪器辅助道接收的FTB信号与TB信号相位对比图从图中看出：FTB信号相位延迟小于1ms，达到设计目标值。FTB信号峰值CTB信号起始目标值验证2：接收端FTB信号振幅偏差小于10%枪阵系统输出的FTB信号仪器辅助道接收终端输出的FTB信号我们将在500K分辨率的示波器上采集的从枪阵系统直接输出的FTB信号，与仪器辅助道接收终端输最终输出的FTB信号的振幅偏差小于10%，达到了预期的目标。

1号设备2号设备3号设备标称值振幅偏差偏差比率振幅偏差偏差比率振幅偏差偏差比率+5V5.35VΔy=0.2V4%5.12VΔy=0.3V6%5VΔy=0.3V6%经济效益社会效益

FTB信号传输系统的成功研制，提高了东方公司海上勘探的市场竞争力。加快了Dolphin系统在东方公司国内，外市场全面推广应用的步伐。在生产实验中，FTB信号传输系统有效的支持了Dolphin的双震源激发。将以往两个施工日的任务，一天内施工完成。节约生产小队一天的成本约30万元。二、目标设定一、课题选择三、方案确定四、对策制定六、效果确认五、对策实施七、标准化八、今