地震放炮同步系统及其方法.pdf

本申请公开一种地震放炮同步系统及其方法，该地震放炮同步系统包括：第一数字电台、控制器、第二数字电台以及译码器；其中，所述控制器，其用于产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；所述第一数字电台，其用于接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出；所述第二数字电台，其用于接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器；所述译码器，其用于根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。本申请所公开的一种地震放炮同步系统及其方法能够保证可控震源放炮时刻和主控机的数据采集时刻达到精准的同步要求。

1.  一种地震放炮同步系统，其特征在于，包括：第一数字电台、控制器、第二数字电台以及译码器；其中，
所述控制器，其用于产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；
所述第一数字电台，其用于接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出；
所述第二数字电台，其用于接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器；
所述译码器，其用于根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。

2.  如权利要求1所述的地震放炮同步系统，其特征在于：所述第一数字电台及所述第二数字电台采用多址技术传输信息，所述多址技术包括频分多址技术和时分多址技术。

3.  如权利要求1所述的地震放炮同步系统，其特征在于：所述控制器与所述第一数字电台之间通过脉冲信号传递信息。

4.  如权利要求3所述的地震放炮同步系统，其特征在于：所述控制器能对所述脉冲信号脉冲去抖。

5.  如权利要求4所述的地震放炮同步系统，其特征在于：所述控制器能在脉冲信号振幅跳动大于其预设值时向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。

6.  一种基于权利要求1所述地震放炮同步系统的地震放炮同步方法，其特征在于，包括：
所述控制器产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；
所述第一数字电台接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出；
所述第二数字电台接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器；
所述译码器根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。

7.  如权利要求6所述的地震放炮同步方法，其特征在于：所述控制器通过脉冲信号向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。

8.  如权利要求7所述的地震放炮同步方法，其特征在于：所述控制器向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令时对所述脉冲信号进行脉冲去抖。

9.  如权利要求7所述的地震放炮同步方法，其特征在于：所述控制器在脉冲信号振幅跳动大于其预设值时向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。

10.  如权利要求9所述的地震放炮同步方法，其特征在于：所述第一数字电台通过无线传输技术向所述第二数字电台发送所述放炮启动指令。

地震放炮同步系统及其方法
技术领域
本申请涉及地震勘探领域，尤其涉及一种地震放炮同步系统及其方法。
背景技术
随着地球物理勘探技术和勘探精度要求的不断提高，传统的通信方式已经不能完全满足同步爆破勘探的需求。在地球物理勘探的数据采集过程中，接收信号的时间、频率和相位是高精度采集地震数据的重要参数，而准确和统一的采样时间是获取高精度地震刨面的基础。现代地震技术通常采用井下爆炸，气枪震动或多频震动汽车等产生地面振动波，震源周围检波器采集波动信号。
现代地震勘探大面积多维勘探，要求快速遥爆爆炸机(也可称为可控震源)，高度准确地同步控制和高度精确的数据采样。目前，一般由数据采集端的主控机发出引爆指令，雷管引爆附近控制装置—远端机负责启动爆炸系统(或产生其它震动系统的震动)，其地震放炮同步控制方法一般包括：1、编码器和译码器通过TDMA(时分多址)电台建立通讯；2、编码器通过TDMA(时分多址)电台给译码器利用Barker码发送GPS(全球定位系统)时间；3、译码器反馈状态给编码器；4、编码器把时差校正值发给译码器；5、译码器控制地震源放炮。由于主控机和远端机设备距离较远，上述地震放炮同步控制系统中编码器与译码器传输时需要对指令进行编码转换，进而会存在一定延迟，同时各个硬件之间传输信息也会存在一定的延迟，进而使用现有的地震放炮同步控制系统及方法难以保证可控震源放炮(引爆炸药)时刻和主控机的数据采集时刻达到精准的同步要求。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本申请提供一种地震放炮同步系统及其方法，以能够保证可控震源放炮时刻和主控机的数据采集时刻达到精准的同步要求。
本申请提供一种地震放炮同步系统，包括：第一数字电台、控制器、第二数字电台以及译码器；其中，
所述控制器，其用于产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；
所述第一数字电台，其用于接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出；
所述第二数字电台，其用于接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器；
所述译码器，其用于根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。
优选的，所述第一数字电台及所述第二数字电台采用多址技术传输信息，所述多址技术包括频分多址技术和时分多址技术。
优选的，所述控制器与所述第一数字电台之间通过脉冲信号传递信息。
优选的，所述控制器能对所述脉冲信号脉冲去抖。
优选的，所述控制器能在脉冲信号振幅跳动大于其预设值时向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。
本申请还提供一种基于如上所述地震放炮同步系统的地震放炮同步方法，包括：
所述控制器产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；
所述第一数字电台接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出；
所述第二数字电台接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器；
所述译码器根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。
优选的，所述控制器通过脉冲信号向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。
优选的，所述控制器向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令时对所述脉冲信号进行脉冲去抖。
优选的，所述控制器在脉冲信号振幅跳动大于其预设值时向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。
优选的，所述第一数字电台通过无线传输技术向所述第二数字电台发送所述放炮启动指令。
通过以上描述可以看出，本实施方式所提供的地震放炮同步系统通过采用第一数字电台及第二数字电台利用所述控制器所产生的放炮启动指令直接启动译码器，不会产生现有技术中编码器与译码器传输时需要对指令进行编码转换而产生延迟，所以本实施方式所提供的地震放炮同步系统能够保证可控震源放炮时刻和主控机的数据采集时刻达到精准的同步要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一种实施方式所提供的地震放炮同步系统工作示意图；
图2是本申请一种实施方式所提供的地震放炮同步方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图1，本申请一种实施方式提供的一种地震放炮同步系统，其特征在于，包括：第一数字电台、控制器、第二数字电台以及译码器；其中，所述控制器，其用于产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；其用于接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出；所述第二数字电台，其用于接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器。所述译码器，其用于根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。
使用时，首先所述控制器可以产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令；然后所述第一数字电台向所述第二数字电台发送所述放炮启动指令；所述第二数字电台接收所述放炮启动指令并提供给所述译码器；最后所述译码器根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。
通过以上描述可以看出，本实施方式所提供的地震放炮同步系统通过采用第一数字电台及第二数字电台利用所述控制器所产生的放炮启动指令直接启动译码器，不会产生现有技术中编码器与译码器传输时需要对指令进行编码转换而产生延迟，所以本实施方式所提供的地震放炮同步系统能够保证可控震源放炮时刻和主控机的数据采集时刻达到精准的同步要求。
所述控制器可以为硬件与软件相结合，具体的，所述控制器可以具有CPU以及与所述第一数字电台连接的数据接口。所述控制器自身具有系统时间，并具有稳定的CPU时钟。所述控制器能够由其CPU直接产生精确的时间，其精度可以精确至20纳秒。所述控制器能够产生所述放炮启动指令。放炮启动时间为所述控制器产生所述放炮启动指令的时间，其由所述 控制器的CPU计算产生。所述放炮启动指令为时间指令，其为所述控制器根据野外放炮参数计算产生。
考虑到脉冲信号没有惯性和积累误差，所述控制器与所述第一数字电台之间可以通过脉冲信号传递信息，进而使得地震放炮同步更加精确。
在脉冲信号的上升沿或者下降沿由于电路硬件产生的幅度较小的震荡，这些原因造成了脉冲边沿的一些或大或小的毛刺引起了脉冲波形的畸变，这些称之为脉冲抖动，为保证同步时间的精确性，通常都要对所述脉冲抖动都要去抖。
现有技术中在使用TDMA电台传输信号时，地震放炮的启动时间(TB)去抖技术主要靠硬件通过滤波技术完成，也就是使用具有频率选择特性的器件让一些频率成分通过，另一些成分压制。在分离元件中电容和电感都具有频率选择特性，因此都可以作为滤波器组成部件使用，现有技术中常用的是电容。现有技术中，电阻和电容组合构成最基本的一阶滤波器，电容具有通高频阻低频作用。电阻，电容和运放结合可以构成二，三，高阶滤波器，这样的电器元件组合容易受环境温度等影响，调节起来也麻烦。
在本实施方式中，所述控制器能对所述脉冲信号脉冲去抖。具体的，所述控制器通过算法来实现对所述脉冲信号的去抖工作。所述控制器可以通过对时窗(比如2毫秒)内的脉冲信号进行判断处理，将一定范围内的脉冲抖动去除，在选取较好的脉冲抖动范围时所述控制器的去抖效果可以达到99％。同时，所述控制器能选取脉冲信号振幅跳动大于预设值时的时间作为所述放炮启动时间。所述预设值为为所述脉冲信号设定一跳动的临界值，当所述脉冲的振幅跳动超过所述临界值时，即所述控制器发出所述放炮启动指令的时间，也即所述放炮启动时间。
考虑到现有技术中的TDMA电台为单一的时分多址电台，其把时间分割成周期性的帧(frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号。在传输信号时使用TDMA电台存在一定的丢码率，稳定率较差。基于此考虑，所述第一数字电台及所述第二数字电台可以采用多址技术传输信息，所述多址技术包括频分多址技术和时分多址技术。
如图1所示，所示第一数字电台与所述第二数字电台之间可以采用无线传输也可以采用有线传输，考虑到地震现场的偏远性、地势结构的复杂性、传输距离的远近以及天气条件等因素，将所述第一数字电台与所述第二数字电台之间采用无线传输技术作为本实施方式优选的实施方案。具体的，所述第一数字电台与所述第二数字电台之间可以通过采用ZIGBEE无线传输协议进行所述放炮启动指令的传输。所述第二数字电台接收到所述放炮启动指令后，将所述放炮启动指令通过脉冲信号提供给所述译码器。
所述译码器的所述预设信号可以为扫描信号，如6至80赫兹的升频信号，由于所述译 码器直接同各个地震源连接，所述预设信号可以直接将各个地震源进行启动放炮。所述预设信号可以提前设定，所述译码器在接收到所述放炮启动指令后即可启动所述预设信号。
请参考图2，本申请另一种实施方式还提供一种基于如上所述地震放炮同步系统的地震放炮同步方法，该地震放炮同步方法包括以下步骤：
S1、所述控制器产生放炮启动指令并向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。
所述控制器可以为硬件与软件相结合，具体的，所述控制器可以具有CPU以及与所述第一数字电台连接的数据接口。所述控制器自身具有系统时间，并具有稳定的CPU时钟。所述控制器能够由其CPU直接产生精确的时间，其精度可以精确至20纳秒。所述控制器能够根据其CPU时钟产生并发送所述放炮启动指令。放炮启动时间为所述控制器产生所述放炮启动指令的时间，其由所述控制器的CPU计算产生。所述放炮启动指令为时间指令，其为所述控制器根据野外放炮参数计算产生。
考虑到脉冲信号没有惯性和积累误差，所述控制器与所述第一数字电台之间可以通过脉冲信号传递信息，进而使得地震放炮同步更加精确。
在脉冲信号的上升沿或者下降沿由于电路硬件产生的幅度较小的震荡，这些原因造成了脉冲边沿的一些或大或小的毛刺引起了脉冲波形的畸变，这些称之为脉冲抖动，为保证同步时间的精确性，通常都要对所述脉冲抖动都要去抖。
现有技术中在使用TDMA电台传输信号时，地震放炮的启动时间(TB)去抖技术主要靠硬件通过滤波技术完成，也就是使用具有频率选择特性的器件让一些频率成分通过，另一些成分压制。在分离元件中电容和电感都具有频率选择特性，因此都可以作为滤波器组成部件使用，现有技术中常用的是电容。现有技术中，电阻和电容组合构成最基本的一阶滤波器，电容具有通高频阻低频作用。电阻，电容和运放结合可以构成二，三，高阶滤波器，这样的电器元件组合容易受环境温度等影响，调节起来也麻烦。
在本实施方式中，所述控制器向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令时对所述脉冲信号进行脉冲去抖。具体的，所述控制器通过算法来实现对所述脉冲信号的去抖工作。所述控制器可以通过对时窗(比如2毫秒)内的脉冲信号进行判断处理，将一定范围内的脉冲抖动去除，在选取较好的脉冲抖动范围时所述控制器的去抖效果可以达到99％。同时，所述控制器在脉冲信号振幅跳动大于其预设值时向所述第一数字电台发送所述放炮启动指令。所述预设值为为所述脉冲信号设定一跳动的临界值，当所述脉冲的振幅跳动超过所述临界值时，即所述控制器发出所述放炮启动指令的时间，也即所述放炮启动时间。
S2、所述第一数字电台接收所述控制器发出的所述放炮启动指令并将所述放炮启动指令发出。
考虑到现有技术中的TDMA电台为单一的时分多址电台，其把时间分割成周期性的帧(frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号。在传输信号时使用TDMA电台存在一定的丢码率，稳定率较差。基于此考虑，所述第一数字电台及所述第二数字电台可以采用多址技术传输信息，所述多址技术包括频分多址技术和时分多址技术。
如图1所示，所示第一数字电台与所述第二数字电台之间可以采用无线传输也可以采用有线传输，考虑到地震现场的偏远性、地势结构的复杂性、传输距离的远近以及天气条件等因素，将所述第一数字电台与所述第二数字电台之间采用无线传输作为本实施方式优选的实施方案。具体的，所述第一数字电台与所述第二数字电台之间可以通过采用ZIGBEE无线传输协议进行所述放炮启动指令的传输。
S3、所述第二数字电台，其用于接收所述第一数字电台发出的所述放炮启动指令并提供给所述译码器。
所述第二数字电台接收到所述放炮启动指令后，将所述放炮启动指令通过脉冲信号提供给所述译码器。
S4、所述译码器根据所述放炮启动指令按照预设信号启动放炮。
所述译码器的所述预设信号可以为扫描信号，如6至80赫兹的升频信号，由于所述译码器直接同各个地震源连接，所述预设信号可以直接将各个地震源进行启动放炮。所述预设信号可以提前设定，所述译码器在接收到所述放炮启动指令后即可启动所述预设信号。
通过以上描述可以看出，本实施方式所提供的地震放炮同步方法通过采用第一数字电台及第二数字电台利用所述控制器所产生的放炮启动指令直接启动译码器，不会产生现有技术中编码器进行编码转换延迟，所以本实施方式所提供的地震放炮同步系统能够保证可控震源放炮时刻和主控机的数据采集时刻达到精准的同步要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。