CN113064218B - 节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，包括如下步骤：第一步，使用扫频仪器DPG分别与有线采集系统的输入端和待测节点无线采集系统的连接端同步相连；第二步，将扫频仪器DPG产生的扫频信号作为标准信号；第三步，按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准扫频信号，第四步：按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准脉冲信号，第五步：按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准正弦波信号，第六步：将有线采集系统和待测节点无线采集系统所采集到的关于扫频信号、脉冲信号和正弦波信号的数据进行对比分析，得出测试结果。本发明能快速测试无线采集设备的幅频一致性、采集一致性和时钟一致性能否满足野外共同勘探要求，该方法简单、有效。

Description

节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法

技术领域

本发明属于节点地震数据技术性能验证领域，特别是涉及一种节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法。

背景技术

地震数据采集系统是一种用于计算机科学技术领域的地球探测仪器。

目前，有线地震数据采集系统主要是从国外进口，且成本高，受制于国外。由于有线采集设备需要铺设大量数据传输光缆，有一些复杂区域铺设光缆的难度较大，比如陡岩、城镇、江河湖泊等，导致采集数据缺失比较严重。

低功耗的无线节点地震数据采集系统是信息技术与地球物理勘探深入融合的产物，是实现低成本油气资源勘探的重要技术手段。无线节点设备不再受制于电缆的限制，具有全地形适应性，作为勘探补充已逐渐广泛应用于勘探领域。目前，无线地震仪器的研究厂商逐渐增多，品种也随之增多。

由于以前都是使用有线地震仪作为地震勘探的仪器，各种采集设备使用的检波器类型、仪器采集幅值及时钟一致性处理良莠不齐；现在还没有一套统一的测试技术，能在野外现场快速测试无线节点仪器能否满足与有线地震数据采集仪共同施工，满足地震勘探要求。

野外采集系统的能否满足地震勘探的要求，主要从这三点出发：

1.幅频一致性。

2.采集一致性。

3.时钟一致性。

因此，如何快速测试节点地震数据无线采集系统的幅频一致性、采集一致性和时钟一致性能否满足野外共同勘探的要求，已成为目前野外勘探施工的一大难题；到目前为止，还没有一套简单、有效、可以在野外现场实现的解决方案。

发明内容

本发明的目的就是提供一种节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，采用受业界认可的有线地震采集系统和可控震源箱体分别作为对照标准和信号源，验证无线节点采集系统能否满足野外施工要求，满足测试无线节点采集系统可靠性的要求。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法,有线地震仪器提供有线采集系统，有线采集系统作为对照标准，可控震源箱体提供待测节点无线采集系统，待测节点无线采集系统作为信号源，节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法包括如下步骤：

第一步，使用扫频仪器DPG分别与有线采集系统中具有的FDU信号输入端和待测节点无线采集系统的检波器连接端同步相连；

第二步，将扫频仪器DPG产生的pilot扫频信号作为标准信号；用扫频仪器DPG中能操控DPG输出信号的控制系统来控制DPG在不同时段输入不同的标准pilot扫频信号；

第三步，按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准扫频信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收扫频数据；

第四步：按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准脉冲信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收脉冲信号的数据；

第五步：按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准正弦波信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收正弦波信号的数据；

第六步：将有线采集系统和待测节点无线采集系统所采集到的关于扫频信号、脉冲信号和正弦波信号的数据进行对比分析，得出测试结果。

作为优选方式之一，扫频仪器DPG中的Pilot扫频端口作为输出端；有线采集系统中具有的FDU信号输入端作为其中一个输入端；待测节点无线采集系统的检波器连接端作为另外一个输入端；含有一个输出端和两个输入端的连接线作为信号线；扫频仪器DPG通过信号连接线分别与有线采集系统和待测节点无线采集系统相连。

作为优选方式之一，在第六步中，所述对比分析的数据结果，判断无线采集系统的技术性能指标为幅频一致性、时钟一致性和采集一致性。

作为优选方式之一，利用扫频仪器DPG产生标准的扫频、脉冲信号，通过输出指定的扫频信号验证待测无线节点仪与有线仪器的幅频一致性。

作为优选方式之一，通过输出指定的脉冲信号，验证待测无线节点仪与有线仪器的时钟一致性。

作为优选方式之一，通过输出指定的正弦波信号，验证待测无线节点仪与有线仪器的采集一致性。

作为优选方式之一，有线采集系统包含四种采样间隔0.25ms、0.5ms、1ms、2ms，以及两种前放增益0db、12db，测试采用两个指标混用的共8组参数进行测试对比。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所述的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，能够快速测试无线采集设备的幅频一致性、采集一致性和时钟一致性能否满足野外共同勘探的要求，从而知道该仪器能否满足与有线地震仪联合施工的要求，该测试方法简单、有效。

附图说明

图1是有线采集系统和无线采集系统测试系统连接的示意图。

图2实施例1扫频信号频谱对比图。

图3实施例1扫频信号时变能量对比图。

图4实施例1扫频信号时频对比图。

图5实施例2扫频信号频谱对比图。

图6实施例2扫频信号时变能量对比图。

图7实施例2扫频信号时变能量对比图。

图8实施例3脉冲信号图。

图9实施例4脉冲信号图。

图10实施例5真值对比图。

图11实施例6真值对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1、2、3、4所示：

以目前广受业界认可和广泛应用于国内的有线地震仪器428XL系统作为对比仪器。有线采集系统采用的是内部时钟，实现整个系统的时钟同步，而无线采集系统是利用GPS授时实现所有无线节点站的时钟同步。因此在测试前，有线采集系统应选择GPS授时方式作为与无线采集系统同步基础。

具体步骤如下：

一种节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，有线地震仪器提供有线采集系统，有线采集系统作为对照标准，可控震源箱体提供待测节点无线采集系统，待测节点无线采集系统作为信号源，节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法包括如下步骤：

第一步，将待测无线采集仪的无线节点采集系统和正在使用的有线地震仪器428XL的有线采集系统同时连接好。即，将待测无线采集仪与有线地震仪器428XL连接好。

具体来说，连接方式如图1所示：

其中的连接线含有一个输出端和两个输入端，作为信号连接线。

可控震源扫频仪器DPG中的Pilot扫频端口作为输出端。

有线采集系统中具有的FDU信号输入端作为其中一个输入端。

待测节点无线采集系统的检波器连接端作为另外一个输入端。

扫频仪器DPG通过信号连接线将有线采集系统和无线采集系统连接起来后，达到使用相同的信号线输入相同的信号的作用；使得DPG输出的信号能通过信号线同时输出到FDU信号输入端和待测无线节点检波器端，使得无线采集仪和有线采集仪能够共同接收到相同的信号。

第二步，将可控震源扫频仪器DPG产生的pilot扫频信号作为标准信号；并且，事先确定DPG信号做了校准并合格，符合地震勘探要求。然后，使用DPG中能操控DPG输出信号的控制系统来控制DPG在不同时段输入不同的标准pilot信号；

第三步，按现场要求使用可控震源扫频仪器DPG输出标准扫频信号，使用待测无线节点仪和有线地震仪同时接收扫频数据。

表1：扫频测试pilot信号

有线采集系统包含四种采样间隔0.25ms、0.5ms、1ms、2ms，所以测试需要覆盖四种采样间隔；另外，有线采集系统包含两种前放增益0db、12db，所以测试需要覆盖两种前放增益。因此，测试采用两个指标混用的共8组参数进行测试对比，比对结果如表1所示，设置可控震源扫频仪器DPG产生相应的扫频测试pilot信号。由于目前地震勘探仅使用线性滤波方式，因此测试仅使用线性滤波作为滤波方式。

可控震源扫频仪器DPG的控制系统控制DPG产生相应的扫频信号，有线采集系统的FDU接口和待测节点无线采集系统的检波器接口通过信号线将DPG输出的电压信号进行信号记录及存储。

第四步：按要求使用DPG输出标准脉冲信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收脉冲信号的数据；如表2所示，设置DPG产生相应的扫频测试pilot脉冲信号。

表2脉冲测试pilot信号

序号	采样间隔	前放增益	滤波类型	记录长度
					1	0.25ms	0dB	默认	6s

有线采集系统的FDU接口和待测节点无线采集系统的检波器接口通过信号线将DPG输出的脉冲信号进行信号记录及存储。

第五步：按要求使用DPG输出标准正弦波信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收正弦波信号的数据；如表3所示，设置DPG产生相应的扫频测试pilot正弦波信号。

表3扫频测试pilot信号

序号	采样间隔	前放增益	滤波类型	记录长度	测试信号
						1	0.25ms	0db	线性	6s	正弦波信号

有线采集系统的FDU接口和待测节点无线采集系统的检波器接口通过信号线将DPG输出的电压信号进行信号记录及存储。

第六步：将待测无线节点仪和有线地震仪所采集数据进行对比分析，得出测试结论。利用扫频仪器DPG产生标准的扫频、脉冲信号，通过输出指定的扫频信号验证待测无线节点仪与有线仪器的幅频一致性；通过输出指定的脉冲信号，验证待测无线节点仪与有线仪器的时钟一致性；通过输出指定的正弦波信号，验证待测无线节点仪与有线仪器的采集一致性。通过以上六个步骤可以快速的得到扫频信号分析的结果，进而快速测试无线采集设备的幅频一致性、采集一致性和时钟一致性，只要有线采集系统和无线采集系统的幅频一致性、采集一致性和时钟一致性中的任一参数具有较大的差别，则认定为两者的技术性能相差较大，而只要有线采集系统和无线采集系统的幅频一致性、采集一致性和时钟一致性中的任一参数具有的差别较小时，则证明测试结果符合预期。

具体分析方法如下：

通过输出指定的扫频信号验证待测无线节点仪与有线仪器的幅频一致性。

扫频信号分析：因为扫频信号覆盖了地震仪所需要接收的地震波有效信号(5HZ-250HZ)，所以幅频响应一致性由扫频信号测试。扫频信号由有线采集系统的FDU接口和待测无线节点仪的检波器接口同时接收。因此，判断幅频响应是否一致通过FDU接收的扫频信号与待测无线节点接收的检波器信号接收后通过OMEGA软件与克朗软件进行对比分析。

幅频响应一致性主要判断地震波有效频率(5HZ-250HZ)部分的频带幅度是否近似一致、时频曲线和时变能量是否近似一致、所有图形的趋势是否一致、均方根幅值差是否小于5‰。

实施例1得出的测试结果由Omega软件分析得到频谱图如图2所示。从图1中5hz-250hz频段分析可得，待测节点仪与428XL系统在频谱度的分频幅度基本重合、上升与下降位置和幅度也相当，图形曲线趋势一致，吻合度高。由克朗软件得到扫频时变能量图如图3所示及时频如图4所示。从时变能量图图3扫频信号分析可得，两种仪器的时变能量趋于一致，形态一致。均方根幅值分别为986942和983004，幅值差小于5‰。从时频图图4看两种仪器的时变频谱，两种仪器的形变频谱趋于线性一致，只在尾部有线仪器的线性更好。通过扫频信号三种图形分析，有线仪器和无线仪器频响特性基本一致，采集特性基本符合测试数据要求。

实施例2：

实施例2使用的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法的步骤与实施例1相同，只是不同的无线测试仪，得到的结果不同。

实施例2得出的测试结果由Omega软件分析得到频谱图如图5所示。从图中5hz-250hz频段分析可得，待测节点仪与428XL系统在频谱度的分频幅度基本重合、上升与下降位置和幅度也相当，图形曲线趋势一致，吻合度高。由克朗软件得到扫频时变能量图如图6所示及时频如图7所示。从时变能量图图6扫频信号分析可得，两种仪器的时变能量趋于一致，形态一致。均方根幅值分别为986862和983183，幅值差小于5‰。从时频图图7看两种仪器的时变频谱，两种仪器的形变频谱趋于线性一致，只在尾部有线仪器的线性更好。通过扫频信号三种图形分析，有线仪器和无线仪器频响特性基本一致，采集特性基本符合测试数据要求。

关于脉冲信号分析：

时钟一致性可以通过428与待测节点间的脉冲信号的脉冲信号图及脉冲时间表得到结论。OMEGA软件得到的脉冲信号图能通过图形显示是否时钟大致一致。通过OMEGA软件进行峰值拾取，可以判断峰值是否小于等于二分之一个采样间隔，由此判断是否满足时钟一致性。

通过OMEGA软件得到脉冲信号图如图8所示，两种仪器的时钟一致性好。通过OMEGA处理软件对脉冲信号图拾取脉冲时间表4看，所有待测设备与有线采集系统脉冲时间差均满足要求。通过脉冲信号图与初至时间表对比，有线仪器和节点的时钟一致性好，所有脉冲差均小于二分之一个采样间隔，满足时钟一致性要求。

表4脉冲时间表：

实施例3：

实施例3使用的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法的步骤与实施例1相同，只是不同的无线测试仪，得到的结果不同。

通过OMEGA软件得到脉冲信号图图9看，两种仪器的时钟一致性差，峰值点处有相位差。通过OMEGA处理软件对脉冲信号图拾取脉冲时间表5看，所有待测设备与有线采集系统脉冲时间差多数不满足要求。

表5脉冲时间表：

通过脉冲信号图与初至时间表对比，有线仪器和节点的时钟一致性不好，不是所有脉冲差小于二分之一个采样间隔，不满足时钟一致性要求。

实施例4：

实施例4使用的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法的步骤与实施例1相同，只是不同的无线测试仪，得到的结果不同。

正弦波信号分析：采集一致性可以通过正弦波信号的真值分析得出结论。通过OMEGA软件分别拾取有线采集系统和待测节点仪所采集正弦波信号的真值，并将真值绘出正弦波图，进行对比。其中所有真值均方根差异在5％以内，正弦波图形一致性好，则证明采集一致性合格。

实施例5：

实施例5使用的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法的步骤与实施例1相同，只是不同的无线测试仪，得到的结果不同。

使用OMEGA分析两种仪器的真值。得到真值表如表6所示。通过表6可知，两种设备真值相似，所有差异均小于5％。相对真值差异大的区域在小值部分。通过真值所绘图10可知，两种仪器的真值相似度高，一致性好。两种仪器的真值符合真值一致性要求要求。

表6真值表：

	无线节点真值	有线采集系统真值	差异
				1	3394.06	3539.82	4.11％
2	7330.57	7382.82	0.71％
				3	10363.1	10620.8	2.42％
4	13036.8	13188.8	1.15％
				5	14054.8	14233.8	1.25％
6	14069.1	14371.8	2.10％
				7	12608.2	12905.8	2.30％
8	10033	10299.8	2.59％
				9	6726.03	6957.82	3.33％
10	2362.18	2410.82	4.51％

实施例6：

实施例6使用的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法的步骤与实施例1相同，只是不同的无线测试仪，得到的结果不同。

使用OMEGA分析两种仪器的真值。得到真值表如表7所示。通过表6可知，两种设备真值差异大，所有差异均远超5％。通过真值所绘图11可知，两种仪器的真值相差异大，一致性差，无线节点明显有一强信号叠加。两种仪器的真值不符合真值一致性要求要求。

表7真值表：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，有线地震仪器提供有线采集系统，有线采集系统作为对照标准，可控震源箱体提供待测节点无线采集系统，待测节点无线采集系统作为信号源，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，可控震源扫频仪器DPG分别与有线采集系统中具有的FDU信号输入端和待测节点无线采集系统的检波器连接端同步相连；

第二步，将扫频仪器DPG产生的扫频信号作为标准信号，事先确定DPG信号，做了校准并合格，符合地震勘探要求；用扫频仪器DPG中能操控DPG输出信号的控制系统来控制DPG在不同时段输入不同的标准扫频信号；

第三步，按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准扫频信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收扫频数据；可控震源扫频仪器DPG的控制系统控制DPG产生相应的扫频信号，有线采集系统的FDU接口和待测节点无线采集系统的检波器接口通过信号线将DPG输出的电压信号进行信号记录及存储；

第四步：按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准脉冲信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收脉冲信号的数据；

第五步：按现场要求使用扫频仪器DPG输出标准正弦波信号，使有线采集系统和待测节点无线采集系统同时接收正弦波信号的数据；

第六步：将有线采集系统和待测节点无线采集系统所采集到的关于扫频信号、脉冲信号和正弦波信号的数据进行对比分析，得出测试结果；判断无线采集系统的技术性能指标为幅频一致性、时钟一致性和采集一致性；具体包括：

利用扫频仪器DPG产生标准的扫频信号，判断幅频响应是否一致，通过FDU接收的扫频信号与待测无线节点接收的检波器信号接收后，通过OMEGA软件与克朗软件进行对比分析；通过输出指定的扫频信号验证待测无线节点仪与有线仪器的幅频一致性，幅频响应一致性包括判断地震波有效频率部分的频带幅度是否近似一致、时频曲线和时变能量是否近似一致、所有图形的趋势是否一致以及均方根幅值差是否小于5‰；

通过输出指定的脉冲信号，验证待测无线节点仪与有线仪器的时钟一致性；时钟一致性通过有线采集系统与待测节点间的脉冲信号的脉冲信号图及脉冲时间表得到结论，通过OMEGA软件进行峰值拾取，判断峰值是否小于等于二分之一个采样间隔；

通过输出指定的正弦波信号，验证待测无线节点仪与有线仪器的采集一致性；采集一致性通过正弦波信号的真值分析得出结论，通过OMEGA软件分别拾取有线采集系统和待测节点仪所采集正弦波信号的真值，并将真值绘出正弦波图，进行对比，所有真值均方根差异在5％以内，正弦波图形一致性好，则证明采集一致性合格。

2.根据权利要求1所述的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，其特征在于：扫频仪器DPG中的扫频端口作为输出端；有线采集系统中具有的FDU信号输入端作为其中一个输入端；待测节点无线采集系统的检波器连接端作为另外一个输入端；含有一个输出端和两个输入端的连接线作为信号线；扫频仪器DPG通过信号连接线分别与有线采集系统和待测节点无线采集系统相连。

3.根据权利要求1所述的节点地震数据无线采集系统技术性能验证测试方法，其特征在于：第三步中，有线采集系统包含四种采样间隔0.25ms、0.5ms、1ms、2ms，以及两种前放增益0db、12db，测试采用两个指标混用的共8组参数进行测试对比。