Цифровая приемная система для морских геофизических исследований

 

1. ЦИФРОВАЯ ПРИЕМНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОРСКИХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ , содержащая в бортовой части синхрогенератор импульсов, последовательно соединенные приемный регистр и УСТРОЙСТВО записи,- а в буксируемой части линию передачи данных; подключенную к входу приемного регистра, и линию синхронизации электрически связанную с выходом синхрогенератора, причем обе,линии разделены на отрезки по числу каналов , а каждый канал оснащен цепочкой из устройства задержки и первого формирователя импульсов, собирательной схемой, последовательно соединенными гидрофоном, аналого-цифровым преобразователем и циклическим преобразователем кода, выход и за .пускающий вход которого соответственно подключены к первому входу собирательной схеглы и к входу устройства задержки, причем соседние отрезки линии передачи данных концами подключены к выходу и к второму входу собирательной схемы, отличающаяся тем, что, с целью увеличения точности при расширении ширины спектра частот принимаемого сигнала, она содержит в каждом канале буксируемой части второй формирователь импульсов, схему сигнатурного разделения сигналов и схему сигнатурного объединения сигналов , при этом первый и второй.: выходы схемы сиг«атурного разделения подключены соответственно к входу устройства задержки и к входу формирователя импульсов, выход первого формирователя подключен к (Л первому входу схсзмы сигнатурного объединения сигналов, второй вход которой соединен с выходом второго формирователя импульсов и тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя , а соседние отрезки линии синхронизации концами подключены к входу схемы сигнатурного разделения сигналов и к выходу сигнатурного объединения сигналов, причем электрическая связь синхрогенератора с линией синхронизации выполнена через схему сигнатурного объединения сигналов, подключенную своими входами к соответствующим выходам синхрогенератора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„, 1078382 А

3(5g G 01 Ч 1 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 ь

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I т

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3497549/18-25 (22) 12.10.82 (46) 07 ° 03.84. Вюл. Р 9 (72) В.Г.Лапшин, B.Â.Ìååð, B.И.Нестеров, О.Г.Светников, А.В.Тараканов, Г.В.Шишанов и В.A.ßêoâëeâ (53) 550.83(088.8) (56) 1; Патент США 9 3390036, кл. G 01 М 1/22, опублик. 02.11.76.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 558236, кл. G 01 V 1/24, 15.05.77 (прототип). (54)(57) 1. ЦИФРОВАЯ ПРИЕМНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ МОРСКИХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, содержащая в бортовой части синхрогенератор импульсов, последовательно соединенные приемный регистр и устройство записи.. а в буксируемой части линию передачи данных, подключенную к входу приемного регистра. и линию синхронизации. электрически связанную с выходом синхрогенератора, причем обе,линии разделены на отрезки по числу каналов, а каждый канал оснащен цепочкой иэ устройства задержки и первого формирователя импульсов, собирательной схемой, последовательно соединенными гидрофоном, аналого-цифровым преобразователем и циклическим преобразователем кода, выход и за,пускающий вход которого соответствен но подключены к первому входу собирательной cxemz и к входу устройст ва задержки, причем соседние отрезки линии передачи данных концами подключены к выходу и к второму входу собирательной схемы, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения точности при расширении ширины спектра частот принимаемого сигнала, она содержит в каж- " дом канале буксируемой части второй формирователь импульсов, схему сигнатурного разделения сигналов и схему сигнатурного объединения сигналов, при этом первый и второй.. выходы схемы сигнатурного разделения подключены соответственно к входу устройства задержки и к входу формирователя импульсов, выход первого формирователя подключен к первому входу схемы сигиатурного объединения сигналов, .второй вход которой соединен с выходом второго формирователя импульсов и тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя, а соседние отрезки линии синхронизации концами подключены к входу схемы сигнатурного разделения сигналов и к выходу схемы сигнатурного объединения сигналов, причем электрическая связь синхрогенератора с линией синхронизации выполнена через схему сигнатурного объединения сигналов, подключенную своими входами к соответствующим выходам синхрогенератора.

1078382

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что схема сигнатурного разделения сигналов выполнена, например в виде первого и второго транзисторов соответственно n-p-п и р-и-ртипов проводимости, причем первый из них подключен выводом эмиттера к входу схемы через первый резистор, а выводом базы к общей шине питания, второй транзистор подключен выводом эмиттера к входу схемы, а выводом базы через второй резистор к общей шине питания, выводы коллекторрв первого и второго транзисторов служащие выходами схемы, соответственно подключены через третий и четвертый резисторы к источнику питания положительной полярности и к общей шине.

2 вие повышенной чувствительности приемного тракта к несинхронизму кодо-.. вых посылок,, передаваемых отдельными циклическими преобразователями.

g Ýòè недостатки являются следствием прямой взаимосвязи времени передачи иэ каждого циклического преобразователя и собственной задержкой информации в секции линии, что тре 0 бует передачи по многокилометровой протяженной линии высокочастотных импульсных сигналов °

Наиболее близким техническим решением к изобретению является цифровая многоканальная система для морских сейсмических исследований, содержащая в бортовой части синхрогенера тор импульсов, последовательно соединенные приемный регистр и устройство записи, а в буксируемой части

20 линию передачи данных, подключенную к входу приемного регистра, и ли-.нию синхронизации, электрически

;связанную с выходом синхрогенератора, причем обе линии разделены

2Э на отрезки по числу каналов, а каждый канал оснащен цепочкой иэ устройства задержки и формирователя импульсов, собирательной схемой, последовательно соединенными гидрощ фоном, аналого-цифровым преобразователем и циклическим преобразователем кода, выход и запускающий вход которого соответственно подключены к первому входу собирательной схемы и к входу устройства эадержкй; причем соседние отрезки линии передачи подключены к выходу и к второму входу собирательной схе мы. Кроме того, в известной систе1

Изобретение относится к техничес кой физике и может быть преимущественно использовано при морских геофизических работах широкого профиля, а также может найти применение в качестве технического средств геоакустических исследований на . суше.

Известна цифровая приемная система с кодоимпульсным уплотнением каналов, содержащая устройство записи и синхрогенератор импульсов, электрически связанные с общей линией синхройиэации и передачи, секционированной по числу каналов, а в каждом канале — последовательно соединенные сейсмический датчик, аналого-цифровой преобразователь и циклический преобразователь кода, вход и выход которого электрически связаны с отводом от соответствующей секции линии.

Известная система предусматривает также выполнение линии синхронизации и передачи в виде двухпроводных цепей с соответствующим секционированием, и относится к аппаратуре со структурно и параметрически однородным выполне, нием всех канаров. В известной системе продолйИМельность передачи кода из каждого циклического преобразователя должна быть меньше времени распространения сигнала синхронизации между соседними каналами, она определяется длиной и характеристическими параметрами секции линии(1 .

Недостатками системы является зависимость ее пропускной способнос" ти от длины секций линии и ненадежность приема кодированной информации, обусловленная сбоями вследст3. Система по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что схема сигнатурного объединения сигналов..выполнена, например, в виде двух транзисторов и- р-и и р-и-р-типов проводимости, включенных по схеме с общей базой относительно общей шины питания, коллекторы которых соединены и подключены через резистор к общей шине питания, а также к входу оконечного двухтактного усилителя мощности, выводы питания которого подключены к противополярным источникам питания относительно общей шины, при, этом выход двухтактного усилителя мощности, выводы эмиттеров двух тран3НсТороВ п- p" и и р-и-р-типов проводимости соответственно служат выходом, первым и вторым входом схемы сигнатурного объединения сигналов.

1078382

Например, при частоте квантования

1 кГц использование известной системы для морской сейсморазведки с преобладающими частотами 20-30 Гц и верхней частотой спектра 50-60 Гц сопровождается ис-.

1 кажающим фазосдвигом щц„49 которым при номинальной скорости сейсмических волн в глубинных гидрокарбонатных отложениях порядка

3 км/с и разрешающей способности порядка 6 м можно пренебречь. Но уже при повышении Х до 250 Гц величи- - Й на НГ „ < 45 становится недопустй-. мо большой и фактически соответствует разнонаправленному приему отраженных волн по каждому каналу.

В этих условиях потенциальное павы- 65 ме соседние отрезки линии синхронизации подключены к входу устройства задержки и к выходу формирователя импульсов, соединенному с тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя. 5

Таким образом, известная система основана на равенстве временного интервала передачи и времени задержки, но последняя формируется не в отрезке линии с распределенными параметрами при одной точке ввода синхроимпульса и вывода кодированной информации, а устройством задержки, с входа и выхода которого осуществляется раздельный запуск соответственно циклического и аналого-цифрового преобразователей.

Благодаря введению устройства задержки и формирователя импульса между соседними отрезками линии синхроI низации в известной системе устра- 20 иена зависимость ее пропускной способности от длины секций линий синхронизации — передачи и значительно повышена надежность приема кодированной информации, и осуществляется временное уплотнение и каналов за период частоты Е дискретизации, которую выбирают для подавления зеркальных частот квантования, по крайней мере, в 4 раза больше верхней частоты Е.в спектра принимаемого сигнала(2 3.

Однако кодируемые выборки сигнала в каждой паре соседних каналов соответствуют временному сдвигу моментов измерения t =$/и Х, а его максимальное значение*т,,„„ относительно первого и и -го каналов составит 7 д„ = 1/E* . Этим временным сдвигам соответствуют раз- 4р личные фазовйе сдвиги dV частотных компонентов спектра сигнала, причем максимальные значения,на частоте f могут достичь недопустимо больших значений шение разрешающей способности системы при исследовании верхней части разреза может быть вообще утрачено или становится неэффективным иэ-эа неконтролируемых искажений, которые эквивалентны искривлению направления приема по разным частотным компонентам спектра принимаемой сейсмической волны. Таким образом, применение известной системы ограничивается низкочастотным спектром волн при сейсморазведке, а расширение ее области применения для.работы с повышенными значениями за счет соответствующего увеличения частоты f ог* раничено конечной пропускной способностью линии передачи С = rn n Е (Бом

* 1 где tn — число разрядов информационной посылки каждого канала.

Целью изобретения является увеличение точности цифровой приемной системы при расширении ширины спектра частот принимаемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что цифровая приемная система, содержащая в бортовой части синхрогенератор импульсов, последовательно соединенные приемный регистр и устройство записи, а в буксируемой части линию передачи данных, подключенную к входу приемного регистра, и линию синхронизации, элс стрически связанную с выходом синхрогенератора, причем обе линии разделены на отрезки по числу каналов, а каждый канал оснащен цепочкой из устройства задержки и первого формирователя импульсов, собирательной схемой, последовательно соединенными гидрофоном, аналого-цифровым преобразователем и циклическим преобразователем кода, выход и запускающий вход которого соответственно подключены к первому входу собирательной схемы и ко входу устройства задержки, причем соседние отрезки линии передачи подключены к выходу и к второму входу собирательной схемы, содержит в каждом канале буксируемой части второй формирователь импульсов, восстанавливающий форму и длительность импульсов, схему сигнатурного разделения сигналов и схему сигнатурного объединения сигналов, при этом первый и второй выходы схемы сигнатурного разделения подключены соответственно к входу устройства задержки и к входу формирователя импульсов, выход первого формирователя подключен к первому входу схемы сигнатурного объединения сигналов, второй вход которой соединен с выходом второго формирователя импульсов и тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя, а соседние отрезки линии синхронизации концами подключены к входу схемы сигнатурного

1078382

1 разделения сигналов и к выходу схемы сигнатурного объединения сиГналов, причем электрическая связь синхрогенератора с линией синхронизации выполнена через схему сигнатурного объединения сигналов, подключенную своими входами к соответствующим выходам синхрогенератора.

При этом схема сигнатурного разделения сигналов выполнена, например, в виде первого и второго транзисторов соответственно и- р-и и

Р-и- Р -типов проводимости, причем первый из них подключен выводом эмит тера к входу схемы через первый ре" зистор, а выводом базы к общей шине питания второй транзистор подключен выводом эмиттера к входу схемы, а выводом базы через второй резистор к общей шине питания, выводы коллекторов первого и второго транзисторов, служащие выходами схемы, соответственно подключены через третий и четвертый резисторы к источнику питания положительной полярности и общей шине.

Причем схема сигнатурного объединения сигналов выполнена например, в виде двух транзисторон и-р-rt u р-и-р -типов проводимости, включенных по схеме с общей базой относительной общей шины питания,,коллекторы которых соединены и подключены через резистор к общей шине питания, а также к входу оконечного двухтактного усилителя мощности, ныноды питания которого подключены к противополярным источникам питания относительно общей шины, при этом выход двухтактного усилителя мощности, выводы эмиттеров двух транзисторов и<р-и и р-и-р-типов проводимости соответственно служат выходом, г >ервым и вторым входом схемы сигнатурного объединения сигналов.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемой системы; на фиг.2 — схема сигнатурного разделения сигналов; на фиг.3 — схема сигнатурного объединения сигналов.

Система содержит в буксируемой части линию 1 передачи кодов, линию 2 синхронизации. (обе разделенные по числу каналов на отрезки 1 и 2 ), г а в каждом канале — устройство 3 кодирования сейсмосигналов, состоя щее из последовательного соединения сейсмоприемника 4 с аналого-цифровым преобразователем 5. Каждое устройство 3 подключено своим выходом к отрезкам линии 1 через циклическими преобразователь 6 кода и собирательную схему 7, соединяющую помимо этого, соседние отрезки 1. Соседние / отрезки 2 соединены в каждом канале соответственно с входом 8 схемы 9 сигнатурного разделения сигналов и выходом 10 схемы 11 сигнатурного объединения сигналов. Первый выход 12 схемы 9 соединен с запускающим входом 13 циклического преоб разователя 6 и через устройство 14 задержки и первый формиронатель 15 импульсов — с первым входом 16 схемы 11. Второй выход 17 схемы 9 соединен через второй формирователь 18 импульсов с вторым входом 19 схемы

11 и тактирующим входом 20 преобра10 зонателя 5.

ЗО

Ю

Бортовая часть системы содержит синхрогенератор 21 и устройство записи 22, подключаемое к кодовой ли". нии 1 через приемный регистр 23, Тактирующий 24 и запускающий 25 выходы синхрогенератора 21 подключены соответственно к первому и второму входам схемы сигнатурного объединения сигналов 26, выход которой соединен с линией синхронизации 2

Каждая схема 9 сигнатурного разделения сигналов выполнена, например, и виде двух транзисторов

27 и 28 соответственно и-р- и и р — n- p -типон проводимости. Эмит1 тер первого транзистора 27 через резистор 29 подключен к входу 8 схемы 9, а база его к общей шине питания.

Второй транзистор 28 подключен выводом эмиттера к входу 8 схемы 9, а выводом базы через резистор 30 к общей шине питания. КоллектОр первого транзистора 27, служащий первым выходом 12 схемы 9, подключен через резистор 31 к источнику питания положительной полярности. Коллектор нторого транзистора 28, служащий вторым выходом 17 схемы 9, подключен через резистор 32 к общей шине питания

Каждая схема 11 сигнатурного объединения сигналов выполнена, напри. мер (фиг.3, н виде двух транзисторов 33 и 34 и-р-и и р-и-р -типов проводимости, включенных по схеме с общей базой относительно общей шины, коллекторы этих транзисторов соединены и подключены через резистор 35 к общей шине питания,а также к входу оконечного двухтактного усилителя 36 мощности, выводы питания которого подключены к противополярным источникам + 0 питания относительно общей шины. Выход усилителя 36, выводы эмиттеров транф сторов 33 и 34 соответственно служат выходом 10, первым 16 и вторым 19 входами схемы 1.1.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Положительный тактовый импульс с выхода 25 синхрогенератора 21 поступает через схему сигнатурного объединения сигналов 26 по линии синхронизации 2 на вход схемы сигнатурного разделения сигналов 9 первого канала. С выхода 17 схемы 9

%. 10783 этот импульс через формирователь 18 и схему 11 ретранслируется по линии синхронизации в следующий канал и так далее во все каналы системы. Таким образом практически одновременно (с учетом задержки в линии связи 2 и элементах 9, 18, 11> происходит запуск аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 5 всех каналов тактовым импульсом, поступающим на входы 20 с выходов формирователей 18. 10

По этому импульсу из АЦП 5 в преобразователь 6 переписывается код пре дыдущего такта преобразования и в AIJJI. 5 начинается следующий такт преобразования выборки сейсмическо- 15 го сигнала, принятого сейсмоприемниками 4. После окончания положительного тактового импульса на выходе 24 синхрогенератора 21 формируется отрицательный импульс запуска. По ли-20 нии 2 этот импульс поступает на вход схемы 9 первого канала, через выход 12 которой проходит на вход линии задержки 14 и запускающий вход циклического преобразователя 6. По приходу импульса запуска в циклическом преобразователе 6 кода начинается Преобразование записанного в него . параллельного кода выборки сейсмического сигнала в последовательный код, который с выхода преобразователя 6 через собирательную схему 7 поступает в линию передачи кода 1, Задержанный в устройстве 14 на время передачи последовательного кода из циклического преобразователя 6, импульс за35 пуска через формирователь 15 и схему сигнатурного объединения 11 поступате по отрезку линии 2 на схему 9 следующего канала для запуска его циклического преобразователя 6. Код, 40 поступающий с этого канала по отрезку линии 1, ретранслируется схемой 7 первого канала в линию 1, связывающую с входом приемного регистра 23.. Сформированный таким образом 45 мультиплексный кадр последовательных кодов со всех каналов через прием. ный регистр 23 поступает для накопления в устройство 22 записи.

Полезный эффект в предлагаемой 50 системе достигается следующим образом.

Подключение тактирующего входа 22 аналого-цифровых преобразователей 5 во всех каналах системы к выходу второго формирователя 18 импульсов позволяет уменьшить время задержки запуска всех преобразователей 5 и свести его к суммарному времени, (с Т распространения сигналов синхрогенератора 26 по линии 2. Подключение запускающего входа 13 преобразователей 6 к выходу 12 соответствующей схемы 9 позволяет при одинаковом времени кодирования всехпреобразователей 5, не превышающем времени Т дискретизации с уплотнением и каналов, осуществить передачу данных за время не более

T* /и, определяемое временем задержки устройства 14.

Таким образом, введение в систему схем 9 и 11, второго формирователя 18 и выполнение их связей с преобразователями 5 и 6 устройства 14 задержки и формйрователем 15 позволяет обеспечить высокую надежность приема кодированной информации со значительно сниженной фазовой погрешностью фиксации кодированных выборок в каждом канале.

Подобное сочетание свойств позволяет существенно расширить область применения< предлагаемой системы, а полезный эффект имеет и перспективное значение, т.е. также имеет место и при расширении пропускной способности линии связи, и при совершенствовании быстродействия используемых в системе элементов, и при изменении протяженности отрезков передачи и синхронизации,.необходимом для соответствующего улучшения диаграммы направленности гидрофона сгруппированной многоэлементной структурой.

3а счет снижения фазовой погрешности каналов системы допустимый частотный диапазон ее использования в различных модификациях геофизических исследований можно расширить в Тд) раз и обеспечить соответствующее эф"Е фективное повышение разрешающей способности по глубине. Для снижения величины Т. схемы сигнатурного разделения и объединения сигналов выполнены на основе транзисторов с включением по схеме с общей базой, обладающим наименьшим временем задержки и временем переходного процесса.

1078382

gtlz 8

Составитель В.Зверев

Техред С.Мигунова Корректор В.Бутяга «

Редактор A.Øàíäoð

Тираж 711 Подписное

BHHHHH Государственного комната СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 957/40

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная, 4