S信号下传PPS秒脉冲。延时测量单元主要完成如下功能:(I)模拟产生一个PPS秒脉冲，并将PPS秒脉冲通过测井电缆传输到每个采集节点。(2)建立一个时钟模块，测量地面模拟产生的PPS秒脉冲传输到采集节点并通过采集节点回传后，产生的延时时间(脉冲测量时间)。(3)通过运算计算出地面控制中心到每个采集单元的电缆延时(延时校正量)。(4)将测得的电缆延时存储在本地FLASH中。
[0037]脉冲发送与接收单元模拟发射一个10ms高电平的秒脉冲，在脉冲发射完成后转换成脉冲接收状态，等待采集节点将脉冲回传回地面控制中心。所有采集节点的结构和功能相同，类似地面控制中心都装有脉冲接收转发模块，该模块在收到地面控制中心发送的秒脉冲后，将信号重新转发回地面控制中心，来完成延时测量。
[0038]本发明先通过延时测量单元精确测量出地面控制中心到各个采集节点间的时间延时。然后通过传输延时校正方法将各个采集节点上传的数据加上测量的延时时间，并在数据对齐截取后，将数据校正到同一时刻。具体过程如下
[0039]第一步:确定发送的脉冲形式:模拟的PPS秒脉冲在发送时，将信号线置高100ms，脉冲接收转发模块通过识别上升沿来判定模拟PPS秒脉冲的到来。
[0040]第二步:地面中控单元传送到每个采集节点所产生的传输延时的测量过程:
[0041]在延时测量单元中设置有一个时钟周期为T的计数器，延时测量单元在t。时刻启动开始计数，并同时发送模拟的PPS秒脉冲信号，第一个采集节点在接收到秒脉冲信号后，将秒脉冲传回地面控制中心，当延时测量单元检测到回传的PPS秒脉冲后，计数器停止计时，保存计数器的计数值!\。以此类推，测量并保存每个采集节点到地面控制中心的脉冲测量时间I。假设pps秒脉冲信号从地面控制中心传输到采集节点由FPGA内部逻辑产生的总的传输延时为Tdl，假设pps秒脉冲信号从采集节点回传到地面控制中心由FPGA内部逻辑产生的总的传输延时为Td2，其中Tdl，Td2，可以通过模拟仿真等方式测得其数值，则PPS秒脉冲信号从地面控制中心传输到采集节点的传输延时为:
[0042]td= (T1-Tdl-Td2)/2 ⑴
[0043]第三步是所有采集节点传输延时的校正过程:
[0044]通过上述延时校正方法可知，各个采集节点的延时校正量^为:
[0045]tx= td+Tdl= (T ,+Tdl-Td2)/2 (2)
[0046]地面授时单元解析GPS信号下传的PPS秒脉冲，如图3所示。工作时，地面控制中心通过遥测单元下传该PPS秒脉冲，如图4所示，各采集节点接收到该PPS秒脉冲后开始采集地震信号数据并上传到地面控制中心。延时校正单元在井下数据遥测单元开始传输数据后，将数据重新封装成每个采集节点独立采集的数据山，1 = 1,2,3..., n，根据查表的方法从FLASH中提取出每个采集节点对应的延时校正量h，将数据Cl1延时t 1后重新封装成独立的数据，将数据d2延时12后重新封装成独立的数据…….将数据d n延时t n后重新封装成独立的数据，如图5所示。分装后因为延时的存在，各个节点生成文件的第一秒数据不完整，将所有文件的第一秒数据截掉，从第二秒的数据开始保存，如图6所示。
[0047]经上述过程校正后，所有节点采集的数据通过延时进行了校正，保证了采集的数据的同步性。
[0048]使用时，将GPS天线放置在室外开阔地带。GPS信号解析模块解析接收到的GPS信息，获取UTC时间及PPS秒脉冲。地面授时模块等待地面控制中心下达开始采集指令，当接收到控制中心发出的开始采集指令后，在整秒，开始通过7芯测井电缆下传PPS秒脉冲。各个采集节点在完成误差测量和校正后，等待PPS秒脉冲到来，当检测到PPS秒脉冲后，各个采集节点开始采集，并将数据封装后上传至遥测单元，遥测单元将数据发送到地面控制中心后，再通过延时校正单元，将各个节点采集的数据校正到统一的时刻，实现井下地震数据各节点的同步采集。
[0049]本发明所述的同步采集时钟传输延时测量单元的优点是:⑴实现了井下地震仪器采集地震信号，通过地面授时单元解析GPS信号下传PPS秒脉冲实现同步采集，并克服了电缆延时高达几百微秒的现状，本发明能将多节点采集地震信号的同步误差减小到纳米的量级。(2)解决了，井下高温环境下晶振易发生漂移，计时器易产生累积误差的缺点，将延时测量校正单元设置在地面。(3)在井地联合地震勘探中，运用GPS授时系统，使井中，地面信号采集高精度同步，便于后期进行数据处理。(4)本发明的延时测量方法，能够利用现有仪器的结构进行延时的测量及校正，系统的开销小，结构巧妙，便于实现及应用。(5)对节点的数量没有限制，突破了节点数量的限制，运用此方法能够对所有节点的传输延时进行准确的测量与校正，从而实现了系统中所有节点的同步采集。
【主权项】
1.一种井下多节点采集信号同步误差校正装置，其特征在于包括延时测量单元，测井电缆，遥测单元，各采集节点处的脉冲接收转发模块，延时校正单元；所述延时测量单元和延时校正单元通过测井电缆与遥测单元连接，遥测单元通过级间电缆与各采集节点处的脉冲接收转发模块顺次连接； 延时测量单元:模拟产生一个PPS秒脉冲并通过测井电缆、遥测单元和级间电缆向地震信号采集系统各采集节点处的脉冲接收转发模块发送该PPS秒脉冲信号，测量从发送PPS秒脉冲时刻起至PPS秒脉冲经各采集节点回传到地面时刻止产生的脉冲测量时间； 脉冲接收转发模块:将延时测量单元发送的PPS秒脉冲回传； 延时校正单元:根据延时测量单元测得的与各采集节点对应的脉冲测量时间计算延时校正量并以表格的方式存储，然后根据每个采集节点对应的延时校正量，将各采集节点收集的地震信号数据延时相应的时间后重新封装成独立的数据。2.根据权利要求1所述的井下多节点采集信号同步误差校正装置，其特征在于所述延时测量单元和延时校正单元采用可编程逻辑器件。3.根据权利要求2所述的井下多节点采集信号同步误差校正装置，其特征在于所述延时测量单元包括模拟PPS秒脉冲产生单元，脉冲发送与接收单元，时钟模块；所述时钟模块在脉冲发送与接收单元下传PPS秒脉冲时刻开始计时，在脉冲发送与接收单元接收到回传的PPS秒脉冲时刻停止计时，由此得到各采集节点i对应的脉冲测量时间！\。4.根据权利要求2所述的井下多节点采集信号同步误差校正装置，其特征在于所述延时校正单元包括延时校正量计算单元和存储单元；延时校正量计算单元根据延时测量单元测得的与各采集节点对应的脉冲测量时间计算延时校正量；各采集节点对应的延时校正量存储在存储单元中。5.根据权利要求1所述的井下多节点采集信号同步误差校正装置，其特征在于所述脉冲接收转发模块采用可编程逻辑器件。6.一种井下多节点信号采集同步误差校正方法，其特征在于包括下述步骤: 一、延时测量单元模拟产生一个PPS秒脉冲，并在t。时刻发送该PPS秒脉冲，与此同时启动其内部时钟模块开始计时；PPS秒脉冲通过测井电缆传输到遥测单元，再通过级间电缆传输到采集节点i，i = 1，2，3...，n ;各采集节点i的脉冲接收转发模块接收到PPS秒脉冲后，将此PPS秒脉冲沿原路回传到延时测量单元中；延时测量单元接收到此被回传的PPS秒脉冲后时钟模块停止计时，记下对应的时刻，由此得到各采集节点i对应的脉冲测量时间T1;n为采集节点的数量； 二、延时校正单元根据式(1)、式(2)计算PPS秒脉冲从地面传输到各采集节点的传输延时Td和各采集节点的延时校正量t i，并将延时校正量h以表格的方式存储；td= (T -Tdl-Td2)/2 (I)t,= td+Tdl= (T^Tdl-Td2)/2 (2) TdlS pps秒脉冲从延时测量单元传输到采集节点由作为延时测量单元和延时校正单元的可编程逻辑器件产生的总的传输延时，Td2为PPS秒脉冲信号从采集节点回传到延时测量单元由作为脉冲接收转发模块的可编程逻辑器件产生的总的传输延时； 三、工作时，地面控制中心下传PPS秒脉冲，采集节点在接收到PPS秒脉冲后开始采集并上传地震信号；地面控制中心在井下遥测单元开始传输各采集节点上传的地震信号数据后，将数据重新封装成每个采集节点独立采集的数据Cl1, i = 1，2，3...，n ;延时校正单元根据查表的方法从延时测量单元中提取出每个采集节点对应的延时校正量tp将数据(Ii延时相应的时间后重新封装成独立的数据文件，然后将所有数据文件的第一秒数据截掉，从第二秒的数据开始保存。
【专利摘要】本发明涉及一种井下多节点采集信号同步误差校正装置，该装置的延时测量单元将模拟PPS秒脉冲通过测井电缆、遥测单元和级间电缆向地震信号采集系统各采集节点处的脉冲接收转发模块发送该PPS秒脉冲信号，测量PPS秒脉冲发送至各采集节点再回传到地面所消耗的时间；延时校正单元根据各脉冲测量时间计算延时校正量，并根据各延时校正量将各采集节点收集的地震信号数据延时相应的时间后重新封装成独立的数据。本发明能够对所有节点的传输延时进行准确的测量与校正，突破了节点数量的限制，克服了电缆延时高达几百微妙的现状，能将多节点采集地震信号的同步误差减小到纳米的量级，从而实现了系统中所有节点的高精度同步采集。
【IPC分类】G01V13/00, G01V1/48
【公开号】CN105068121
【申请号】CN201510458211
【发明人】陈祖斌, 朱亚东洋, 王鋆晟, 孙锋, 林君
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月30日