CN110519034A - 一种有线遥测数字地震仪的高精度时间同步技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有线遥测地震仪的地震数据采集技术。石油地震勘探要求布设勘探网络上数万个地震波采集站同时启动数据采集，相互之间误差＜20us。通常每条地震测线上都串联有数千个采集站，每个采集站转发命令都有一定的延时，从交叉站发出的命令传输到测线上最后一个采集站至少有几个ms的延时，远大于地震勘探要求的同步精度要求。如何消除这种传输延时影响，实现高精度的时间同步是数字地震仪的关键技术之一。本发明设计一种有线遥测数字地震仪的高精度时间同步技术。从交叉站发送一串同步命令链，让每个同步子命令在同一时刻到达对应的采集站，使地震测线上的数千个采集站实现精确的同步，同步误差可缩短到几个us。本发明的同步方案不受采集站固有传输延时长短和测线上串联采集站数量多少的限制，简单易行。

Description

一种有线遥测数字地震仪的高精度时间同步技术

技术领域

本发明涉及有线遥测地震仪的地震数据采集技术。

背景技术

有线遥测数字地震仪的勘探网络基本都按图1所示的拓扑结构布网。图1中垂直方向的电缆是交叉线，交叉线上的灰色菱形代表交叉站。水平方向的平行线1，2，3，4 是地震测线，地震测线上的灰色方块代表电源站，黑色圆点代表地震波采集站。每条地震测线上串联了几千个采集站，负责采集地震数据。多条水平测线可组成含有几万个采集站的地震勘探网络。

野外施工时中央站给交叉线上的所有交叉站发送启动地震数据采集的同步命令，交叉站再将同步命令转发给水平测线上的采集站。由于每个采集站转发命令至少有几个us的延时，如果测线上串联了1000个采集站，当从交叉站出发的命令传播到测线上的最后一个采集站时，就会产生几个ms的时差，远远超过地震数据采集<20us的同步精度要求。所以如何实现所有采集站AD转换器的精确时间同步始终是数字地震仪研制中的一道难题。

发明内容

本发明提出一种简便的精确时间同步方法，可有效消除测线上每个采集站的延时差异，达到让每个采集站精确同步启动AD转换的效果。解决方案是，地震仪测线初始化时先给测线上的所有站点(包括采集站和电源站)都分配一个全局逻辑序号GlobNo。该GlobNo号从1开始，逐个递增，直到最后一个站点。然后从交叉站发送一条含有许多子命令的命令链，子命令的个数等于或大于最大GlobNo。每个子命令中包含一个目标地址，该地址从最大GlobNo号开始，逐个递减，最后一个等于1。当同步命令链在测线上传播时，测线上的每个采集站将子命令中的地址与本站的GlobNo号比较，如符合就启动本站的AD转换器。由于每个采集站的接收和转发命令的延时是固定的，所以每个子命令抵达目标采集站的时间刚好和该条子命令在测线上的传播延时相同。于是测线上的所有站点最终都在同一时刻接收到属于自己的同步命令，启动AD转换器从而达到同步目的。

本发明的特点是不管测线上实际连接了多少个采集站和电源站，只要发送的AD同步子命令个数大于测线上实际串联的采集站数量就能实现所有采集站AD转换器的精确同步。交叉站从发送同步命令开始到整条测线采集站同步启动的延时Y等于：

Y＝M(采集站固有延时)×N(同步命令链中子命令个数)

一般让N＝等于地震仪的最大实时带道能力，不管施工时测线上实际串联了多少个采集站，整个仪器系统的时间关系都按固定延时值Y校准。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体描述本发明。其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制。

图1展示有线遥测数字地震仪的勘测网络拓扑结构；

图2中(a)为地震测线全局序号的构成；(b)为交叉站左侧同步命令链的结构组成示意图；(c)为交叉站右侧同步命令链的结构组成示意图；

图3是采用本发明同步技术后得到的实际地震数据结果示例。

具体实施方式

第一步：

勘探测网布置完毕后，中央站通过交叉站给测线发送初始化命令(定向命令)。给测线上串联的每个站点(包括采集站和电源站)都分配一个全局逻辑序号GlobNo。图2 (a)中例举了一条在交叉站左侧串联了2000个站点，交叉站左侧的第一个站点的 GlobNo＝1，最远一个站点的GlobNo＝2000。交叉站右侧串联了3个站点的地震测线。

第二步：

从交叉站给左右两测都发送一个包含2000个同步子命令的命令链，见图2中的(b)和(c)。每个子命令中都包含一个目标地址。命令链的第1个子命令的目标地址是2000，然后依次是1999、1898、…3、2、1。

命令链在测线上传播，如果每个站点转发命令的延时＝8us，所以目标地址＝2000的第1个子命令要经过8us×2000＝16ms后才能被GlobNo＝2000的采集站接收到。而命令串中最后一个命令(目标地址＝1)虽然在发送后立即就被GlobNo＝1的采集站接收到，但离第一个子命令已经滞后了16ms。这样不管测线上实际串联了多少个采集站和电源站(只要总数少于2000)，测线上所有的采集站和电源站都能在16ms后的同一时刻接收到交叉站的同步命令。

第三步：

采集站将接收到的每个同步子命令中的地址和本站的GlobNo进行比较，一旦符合就立刻给AD转换器发送一个AD同步信号。AD转换器立即复位内部寄存器，重新启动数据采样(此前AD芯片一直是处于上电后的自由运行状态)。

AD转换芯片从接收到同步命令(复位)到输出第一个有效采样值之间有一段延迟时间，因为AD转换芯片在这段时间里要对采样结果做滤波计算。此段延迟的时长与选择的滤波器类型(线性相位或最小相位)以及采样间隔有关，详细见相关AD转换器的技术说明书。图3是采用ADS128224位AD转换芯片设置成1mS采样和选择最小相位滤波器器时观察到的AD采集结果。从图3可以观察到，从同步启动AD到出现第一个有效样点数据之间有一段大约60mS左右的直线，这段时间就是AD芯片对复位后的第一个样点执行滤波计算所需的时间。在这段时间里，AD转换器虽然在设定的采样间隔也在输出数据，但输出的数据都等于零。这种全零数据在AD转换器正常工作时是不可能出现的，很容易辨认。所以只要从回传到中央站的数据头部中剔除等于全零的无效数据后，第一个非0数据就是启动AD同步后的第一个有效地震道数据。

第四步：电源站在接收到与本站GlobNo相同的命令后给电源站CPU发送中断信号。电源站CPU开始发送数据收集命令，开始读取采集站的地震数据并回传给交叉站。

图1中地震测线1～4之间的同步则用其他方法实现，本专利不赘述。

Claims (2)

1.一种用发送同步子命令串的方法实现地震测线上采集站的高精度时间同步技术。

2.一种给测线上的每个采集站和电源站都分配1个全局序号，在同步命令串中的每个子命令中含一个唯一同步目标地址的同步方法。