CN1038364C - 地震信号的探测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

当地震发射-接收系统沿着待勘测的纵断面前进时，其在野外的分布将改变，这种改变将使地震信号源(T)和各地震接收器(Ri)之间的距离发生变化。为了考虑这种因素，提供了各探测盒(Bi)，它用于野外，对在各发射-接收周期(或者可能是一个中央站)接收到的地震信号进行放大、数字化和存储，它具有一个处理装置，适用于根据得到的信号以及用考虑了在几个连续的发射-接收周期上观察到的信号的大小以及发展情况的选择规则来自动地确定分配给各放大器的增益。

Description

本发明涉及一种信号的探测方法和装置，这种信号是由放大增益环状匹配的地震接收机接收到的。
本发明尤其适用于使用∑-Δ型转换器来连续地进行信号数字化的探测链。
目前的地震探测方法包括使用探测装置，把探测装置分布在待勘测的区域上。规定各探测装置根据地震源发出的并通过下层土间断而送回的地震信号收集一个或几个诸如被联接到地面上的地震检波器或水中地震检波器等接收器接收到的信号。在把这些信号通过诸如电缆、光纤、赫兹信道等传输信道实时或延时传输给中央站之前将这些信号放大、数字化并把它们存储在本地存储器内。
例如在专利ER-A-2,627,652、2,599,533、2,538,561或者本申请人申请的专利申请ER92/12,238上描述了地震探测和传输系统。
数据探测系统可以包括适用于数字化装置的自动增益控制，可以利用它们的经常是很大的转换动态范围。对在传统的探测链中的信号进行数字化通常是这样进行的，通过取样保持电路对模拟信号进行相继地取样，并把它们施加于模/数转换器上。可以用例如本申请人申请的专利FR-A-2,441,956中描述的方法调整增益。根据相应的数字字决定首先把静态增益作用于取样信号，然后把最佳增益作用于其上，以获得全分辨数字字。
在最近的探测系统中，都用超取样技术来对地震信号进行数字化。∑-Δ型调制器对作用于其上的模仿信号进行超取样，并且高频率地产生低分辨率数字字。用称为十取一滤波器的滤波器把调制器的数字字中的某一数目n进行滑动迭加(sliding stacking)并产生高分辨率和低频率的数字字。这种类型的数字化仪在例如本申请人申请的专利FR-A-2,666,946中作了描述。
由于使用了前述的数字化装置，因此使用这些对信号进行连续超取样的∑-Δ调制器不能在每次取样保持时对前置放大增益进行控制。
然而，实际上，不可能把来自中央站的共用增益值强加给探测预置放大器，这主要是因为在信号探测期间发射-接收系统的变化。对于某些结构，最接近地震源的地震接收器得到最佳增益和转换器(例如，它们产生的信号用24位编码)的全部转换动态范围。由离地震源更远的接收器接收到的地震信号较弱，用更少位(例如10到13位)进行编码。在记录信号期间地震源逐渐地沿着纵断面移动，地震源和各个接收器之间的预先距离改变，结果改变了在相继的周期期间施加到信号“轨迹”上的有效的转换动态范围。
本发明的探测方法根据相继的地震发射-接收周期的持续时间(实际上它的数量仅为几秒)，在规则时段上自动地使提供给地震信号的增益环状匹配，这些信号由探测装置收集，探测装置包括至少一个探测器，分布在待勘测区内，收集与结构岩层相联的一个或几个地震传感器接收到的响应于地震源作用的地震信号的信号，该探测器包括至少一个带有增益转换电路的放大器，它可能把P个不同的放大增益(g1、g2…gp)提供给地震信号；超取样型数字化装置，产生相继的数字字(代表已数字代的样值)；数字字存储装置，以及包括处理单元的控制器。
本方法包括：
从各探测器在至少一个周期期间产生的数字字中选择一个代表接收到的至少一个地震信号的能量的数字字，
把选出的数字字与几个代表阀值的数字字比较，这些阀值限定了数字化装置可变化量的几个范围。
根据该范围选择放大器的至少在后一周期的最佳增益，以及：
控制转换电路，提供该最佳增益值。
根据一个实施例，该方法包括选择一增益值，它与后几个相继周期之后所选出的几个数字字之间有函数关系。
根据另一个实施例，该方法包括选择一个作为在几个相继的周期中观察到的范围内的变量数函数的最佳增益值，在所选的数字字的值中，它们可能是方向和/或振幅变量。
根据另一个实施例，在每个探测器收集几个接收器接收到的几个信号的情况下，根据作为这些信号中的几个信号的情况下，根据作为这些信号中的几个信号的几个选出的数字的函数选择最佳增益，以更好地考虑接收器与地面相联的缺陷和不一致。
数字字的比较可以在选出的时段上的数字字产生时或者在周期末尾完成。
本方法的应用使得在规则时段上各探测链的放大增益自动一致。这种一致最好是在所有相继的发射-接收周期期间，即实际上在几秒内完成。这种方法尤其考虑了在野外根据沿被研究的地震纵断面移动的地震发射-接收装置的分布带来的变化。
实现本发明的方法的探测装置包括至少一个探测器，分布在待勘测区内，收集与结构岩层相联的一个或几个地震传感器接收到的响应于所作用的地震信号的信号，该探测器包括至少一个带有增益转换电路的放大器，它可能把P个不同的放大增益(g1、g2…gp)提供给地震信号；产生相继的数字字(代表已数字化的样值)的超取样型数字化装置；数字字存储装置；以及包括处理单元的控制器，和在一个传输信道上发送数据的装置，其特征在于它包括增益控制装置，适用于：
从各探测器在至少一个周期期间产生的数字字中选择一个代表各探测装置接收到的地震信号的能量的数字字，
把选出的数字字与几个代表阀值的数字字比较，这些阀值限定了数字化装置可变化量的几个范围，
根据该范围选择放大器的至少可用于后一周期的最佳增益，以及
控制转换电路以选择该最佳增益值。
该增益控制装置适用于根据在几个相继的周期末端选出的几个数字字选择增益值，或者根据在几个相继周期期间在一定范围内选出的数字字的值变化选择增益值。
控制装置最好设置在各探测器内，而不是在中央站。除非必要，应当避免采用高速率向中央站传输数据。
通过阅读下文参照附图以非限制性例子的方法给出的实施例的描述，将使本发明的方法和装置的其它特征和优点变得明了，其中；
图1示意性地示出了野外地震发射-接收系统的分布情况，
图2示意性地示出了探测器，它设置有处理装置，适用于对所提供的增益实现环状匹配。
用于野外的地震探测仪包括(图1)诸如熟知类型的震动器或脉冲源等的地震波T源和接收和探测系统，接收和探测系统收集大量的沿待探测的地震纵断面分布的接收器(或跟踪器)R1、R2…Rn接收到的信号。这些接收器通常主要由一组相互连接的单体传感器组成。接收到的地震信号被施加于位于盒子B1、B2…Bn内的探测器。这些探测器在把信号传输给在汽车上的中央控制和记录站1之前先收集信号。
地震纵断面的地震探测包括完成一个或几个对源S进行定位的发射-接收周期，并把源沿该纵断面逐渐移动。当移动源时，它将远离探测盒B1至BK(图1)和相关的地震接收器R1至RK，而接近与其它的探测盒(Bk+1至Bn)相关的接收器。因此，在每次探测进行期间，各接收器接收到的波的幅度会显著地变化。
我们已经看到，本发明的方法可以使与这类移动其茯相关联的幅度变化自动地平衡。它可以用诸如下文将要描述的探测器来自动地实现。
在各探测盒B1至Bn内的探测器Ai(图2)适用于收集信号接收器R(图1所示的情况)接收到的信号，更一般地，适用于收集如图2所示的各接收器Ri1…Rik中某一号码为R的接收器接收到的信号。各探测器Ai用于把相关接收器的信号数字化，并把它们存储起来。中央站1控制源S的相继触发、也控制了各探测器对经下层土间断面返回的并由接收器R1至Rn接收的信号的探测，以及控制此后的数据的集中存储。根据中央站1的指令，盒B1至Bn内的探测器通过适当的通信信道传送存储在其内的数据。因此，在前面引用的专利中描述的探测系统加上本发明所特有的改进(下文将作描述)在使用上有其优点。
各探测器Ai(图2)包括k个探测链CAI至CAk，分别接收k个信号，各探测链包括VHF型低通滤波器F11、F12…Fk、可以通过逆反作用网络提供几个一同增益值(例如4个增益值g1、g2、g3、g4，分别为12、24、36和48dB)的放大器PA1、PA2…PAk、高通滤波器F21、F22…F2k和把经放大和滤波的模拟信号转换成数字字的模-数转换器(CADAD1、AD2…ADk。数字化由∑-Δ型调制器来完成，它带有一个如在上面引用的专利申请FR-A-2,666,946中描述的十分之一滤波器。
所有探测链CA1至CAk的输出端连接到控制微处理器2上，进行16至32位数字字处理，它由程序控制探测以及与中央站1的交换。两个存储器块M1和M2以及存储程序的存储器Mp与微处理器2相联。处理器2与无线电或有线发射-接收单元3相连，它适用于与中央站1(图1)进行通信的信道，如果使用赫兹信道，单元3则包括与无线4连通的无线电发射器RE和无线电接收器RR。接口单元5(在所引用的专利FR-2,608,780中描述的)可以与启动盒6进行红外线通信，通过它，操作者可以与控制处理器2进行通信，访问并选择与探测链工作参数相关的指令，以及根据探测器沿所研究的地震纵断面的位置分配给探测器的识别号。
各探测器Ai最好包括一个高速处理器7，专用于进行某些计算。例如，它可以是Motorala公司生产的DSP96002型浮点32位处理器，它与加快两个处理器2和7之间数据块传送的DMA型器件相关联。处理器7增加有一工作存储器M3。各探测器还包括自备电源。
处理器2为主要部件，其功能是对中央站1发送的命令进行解码，并控制：
对各探测链探测接收器Ri1和Rik的信号；
单元3的传输；
暂时存储数据的存储器M1和N2；
输入-输出；
程序的中断；
与计算处理器DSP7交换等。
如我们从上面所看到的，本发明的方法主要包括选出在地震发射-接收周期期间以确定的增益收集到的地震信号的最大幅度，根据在数字化仪允许在变化的范围内按照它的电平调整新的增益，该增益将在下一周期期间起作用。
前面的增益选择和调整操作由根据控制处理器2的指令工作的专门的处理器7完成。
处理器7相继地比较在单个发射-接收周期形成的至少表示一个收集到的信号(例如来自探测链CA1)的所有数字字。在每次周期末尾对超取样转换器AD1连续产生的字进行排序选出幅度SM最大的数字字，并存储在存储器M1和M2内。
按照第一个实施例，处理器7把每个幅度Sm的绝对值与幅度不同的几个经数字化的阀值S2、S3…Sp进行比较。
例如，选择阀值S1，S2＝Si/4，S3＝Si/16，并根据下列规则选出放大器的增益：
   变化范围    增益
    S1＜Sm     G＝g1
    S2＜Sm＜S1     G＝g2
    S3＜Sm＜S2     G＝g3
    Sm＜S3     G＝g4
根据本发明的另一个实施例，能更精确地选择增益，它不仅考虑了相对于阀值的幅度的位置，而且还考虑了在阀值限定的范围内的方向变化以及模数。通过在至少两个相继的周期上进行比较来检测这些变化的方向和幅度。
例如，选出6个阀值为：S1、S2＝S2/2，S3＝S1/4，S4＝S1/8，S5＝S1/16，S＝S1/32，根据下列规则选出放大器的增益：
变化范围     趋向增加＝+减小＝ 增益
  S1＜Sm     g＝g1
S2＜Sm＜S1     +-     g＝g1g＝g2
  S3＜Sm＜S2     g＝g2
S4＜Sm＜S3     +-     g＝g2g＝g3
  S5＜Sm＜S4     g＝g3
S6＜Sm＜S5     +-     g＝g3g＝g4
处理器还可以不仅考虑在一范围(+或-)的方向变化，而且还可以在它参与改变放大器的增益之前一直等待直到幅度超过某一设定的增量。
当从来自参考链CA1的信号中已经选出了最合适的增益时，处理器2(通过连接导线9)命令与探测器中所有放大器PA1至PAk相关联的增益调整电路的转换。
根据前面的实施例的一种变化，处理器7根据所有控制链的信号进行前面的操作，并选择作为所选数字字之一的函数的增益。因此，探测器可以更好地考虑可能改变接收到的信号强度的接收器之间的不一致性和/或各传感器与地面之间联接的缺陷。
为了对探测器进行启动，野外的中央站或操作者提供一个标准增益值。几乎就在第一个地震周期末尾就确定了最合适的增益值，并且如果需要在随后的所有周期还可进行调整。

Claims (13)

1.一种地震信号的探测方法，根据相继的地震发送-接收周期的持续时间，在规则时段上完成，该地震信号由具有增益能自动环状匹配的地震接收器接收，这些信号由至少一个探测装置(Ai)收集，该探测装置分布在探测区内，收集与结构岩层相联的至少一个地震接收器(R1-Rk)检测到的响应于地震源(T)作用的地震信号的信号，该装置包括至少一个放大器(PA1-PAk)，它带有增益转换电路、把检测到的信号转换成数字信号的数字化装置、存储数字化地震信号的存储装置、包括处理单元(2，7)的控制器，以及在传输信道上传输数据的装置，其特征在于，所述方法包括：
从各探测装置在至少一个周期期间产生的数字字中选择一个，它代表检测到的至少一个地震信号的最大能量；
把选出的数字字与几个代表阀值的数字字比较，这些阀值限定了数字化装置可变化量的几个范围，
根据该范围选择放大器至少适用于后一周期的最佳增益，以及控制增益转换电路，应用该最佳增益值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括作为在几个相继周期之后，选出的几个数字字函数的增益值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包含作为在阀值限定的范围内，在几个相继的周期期间选出的数字字的值的变化之函数的最佳增益值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，最佳增益值是根据所述变化的方向和幅度选出。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于：包括作为分别对应于单个探测器接收到的几个信号的几个选出的数字字的函数选择增益值。
6.如前述权利要求中1至4之一所述的方法，其特征在于，通过直接比较在一选出的时段相继产生的数字字来选择代表于接收到的信号能量的数字字。
7.如前述权利要求中5所述的方法，其特征在于，通过直接比较在一选出的时段相继产生的数字字来选择代表于接收到的信号能量的数字字。
8.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，通过比较在各周期末尾在选出的时段期间产生的数字字来选择对应于接收到的信号能量的数字字。
9.如前述权利要求中5所述的方法，其特征在于，通过比较在各周期末尾在选出的时段期间产生的数字字来选择对应于接收到的信号能量的数字字。
10.如前述权利要求中6所述的方法，其特征在于，通过比较在各周期末尾在选出的时段期间产生的数字字来选择对应于接收到的信号能量的数字字。
11.如前述权利要求中7所述的方法，其特征在于，通过比较在各周期末尾在选出的时段期间产生的数字字来选择对应于接收到的信号能量的数字字。
12.一种地震信号的探测装置，根据相继的地震-发送接收周期的持续时间，在规则时段上完成，该地震信号由具有增益能自动环状匹配的地震接收器接收，所述探测装置包括至少一个探测器(Ai)，分布在探测区内，收集与结构岩层相联的一个或几个地震传感器检测的响应于所作用的地震信号的信号，该探测器包括至少一个带有增益转换电路的放大器(PA1-PAk)、顺序地把检测的地震信号转换成数字字的数字化装置、存储数字字的存储装置、包括处理单元(2，7)的控制器和在传输信道上传输数据的装置，其特征在于，所述探测装置包括增益控制装置，适用于：
从各探测器在至少一个周期期间产生的数字字中选择一个代表各探测装置接收到的地震信号的能量的数字字；
把选出的数字字与几个代表阀值的数字字比较，这些阀值限定了数字化装置所允许的变化等级的几个范围，
选择放大器至少适用于后一周期的最佳增益，以及
控制转换电路以选择该最佳增益值。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，各探测器包括选择数字字的处理单元。
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