Цифровая приемная система для морских геофизических исследований Советский патент 1984 года по МПК G01V1/24 

2. Система поп.1, отличающаяся тем, что схема сигнатурног разделения сигналов выполнена, например в виде первого и второго транзисторов соответственно n-jp-n и р-п-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 коллекторов первого и второго транзисторов служащие выходами схемы, соответственно подключены через третий и четвертый резисторы к источнику питания положительной полярности и к обЬ1ей шине.

3, Система по пп. 1 и 2, о т л ичающаяся тем, что схема сигнатурного объединения сигналов ..выполнена, например,-в виде двух транзисторов п-р-п и р-п-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 транзисторов п-р-п и р-п-р-типов проводимости соответственно служат выходом, первым и вторым входсчи схемы сигнатурного объединения сигналов.

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 каж- дом 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.

Изобретение относится к технической .физике и может быть преимущественно и,спользовано при морских геофизических работах широкого профиля, а также может найтл применение в качестве технического средству геойкустических исследований на .суше. Известна цифровая приемная система с кодоимпульсным уплотнением каналов, содержащая устройство записи и синхроЕенератор импульсов, электрически связанные с общей линией синхронизации и передачи, секциониро ванной по числу каналов, а в каждом канале - последовательно соединенные сейсмич:еский датчик, аналого-цифрово 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 цепе с соответствующим секционированием, и относится к аппаратуре со структурно и параметрически однородным выполне, нием всех кана/юв, В известной систе ме продолжительность передачи кода и каждого циклического преобразователя должна быть меньше времени распространения сигнала синхронизации между соседними каналами, она определяется длиной и характёристическимц параметрами секции линииClJ. Недостатками системы является зависимость ее пропускной способности от длины секций линии и ненадежность приема кодированной информации, обусловленная сбоями вследствие повышенной чувствительности приемного тракта к несинхронизму кодо вых посылок,, передаваемых отдельными циклическими преобразователями, эти недостатки являются следствием прямой взаимосвязи времени передачи из ка кдого циклического преобразователя и собственной задержкой информации в секции линии, что требует 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 линию передачи данных, подключенную к входу приемного регистра, и линию синхронизации, электрически связанную с выходом синхроуенератора, причем обе линии разделены на отрезки по числу каналов, а каждый канал оснащен цепочкой из устройства задержки и 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 к входу устройства задержки, причем соседние отрезки линии передачи подключены к выходу и к второму входу собирательной схемы. Кроме того, в известной системе соседние отрезки линии синхронизации подключены к входу устройства задержки и к выходу формирователя импульсов, соединенному с тактирующим входом аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, известная система основана на равенстве временн го интервала передачи и времени задержки, но последняя формируется не в отрезке линии с распределенными параметрами при одной точке ввода синхроимпульса и вывода коди рованной информации, а устройством задержки, с входа и выхода которог осуществляется раздельный запуск соответственно циклического и аналого-цифрового преобразователей. Благодаря введению устройства задержки и формирователя импульса ме ду соседними отрезками линии синхр .низации в известной системе устрашена зависимость ее пропускной спо собности от-длины секций линий син ронизации - передачи и значительно повышена надежность приема кодированной информации, и осуществляетс временное уплотнение п каналов за период частоты дискретизации, которую выбирают для подавления зеркальных частот квантования, по крайней мере, в 4 раза больше верхней частоты спектра принимаемого сигнала 2J. Однако кодируемые выборки сигна ла в каждой паре соседних каналов соответствуют временному сдвигу моментов измерения tr-f/nf , а его максимальное значение rrtoo ° носительно первого и п -го кана Этим вре лов составит менным сдвигам соответствуют различные фазовые сдвиги 44 частотных компонентов спектра сигнала, причем-максимальные значения,на ча тоте fg могут достичь недопустимо больших значений ,«x J B/fA- Например, при частоте квантования f д 1 кГц использование известной системы для морской сейсмо разведки с преобладающими частотами 20-30 Гц и- верхней частотой . спектра 50-60 Гц сопровождается и кажающим фазосдвигом которым при номинальной скорости сейсмических волн в глубинных гидр карбонатных отложениях порядка 3 км/с и разрешающей способности порядка 6 м можно пренебречь. Но : прч. повыше НИИ f в до 250 Гц величи- на лТтал 45 ° становится недопустй МО большой и фактически соответствует разнонаправленному приему отраженных волн по каждому каналу. В этих условиях потенциальное повы шение разрешающей способности системы при исследовании верхней части разреза может быть вообще утрачено или становится неэффективным из-за 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. ограничено конечной пропускной способностью линии передачи С nin {BOA|, где т - 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, электрически связанную с выходом синхрогенератора, причем обе линии ра,зделены на отрезки по числу каналов, а каждый канал оснащен цепочкой из устройства задержки и первого формирователя импульсов, собирательной схемой, последовательно соединенньлми гидрофоном, аналого-цифровым преобразователем и циклическим преобразователем кода, выход и запускающий вход которого соответственно подключены к первому входу собирательной cxeNjj 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 соответствен.но к входу устройства задерж1 и 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 сигн атурнрго разделения сигналов и к выходу схемы cHfliaTypHord объединения dHfналов, причем электрическая связь синхро генератора с линией синхронизации выполнена через схему сигнатурного объединения сигналов, подключенную своими входами к соответствующим выходам синхрогенератора. При этом схема сигнатурного раз деления сигналов выполнена, например, в виде первого и второго тран зисторов соответственно п-р-п и р-п-р -типов проводимости, причем первый из них подключен выводом эм тера к входу схемы через первый ре зистор, а выводом базы к общей шин питания второй транзистор подключе выводом эмиттера к входу схемы, а выводом базы через второй резистор к общей шине питания, выводы колле торов первого и второго транзисторов, служащие выходами схемы, соот ветственно подключены через третий и четвертый резисторы к источнику питания положительной полярности и общей шине. Причем схема сигнатурного объеди нения сигналов выполнена например, в виде двух транзисторов п-р-п и р-п-р -типов проводимости, включенны 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, выводы питания которого подключены к противополярным источникам питания относительно общей шины, при этом выход двухтактного усилителя мощнос ти, выводка эмиттеров двух транзисторов и р-п-р ипов проводимсзсти соответственно служат выходом, гТервым и вторым входом схемы сигнатурного объединения сигналов. На фиг,1 представлена функциональная схема предлагаемой системы на фиг.2 - схема сигнатурного разделения сигналов; на фиг.З - 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 J а в каждом канале - устройство 3 кодирования сейсмосигналов, состоя щее из последовательного соединения сейсмоприемника 4 с аналого-цифровым преобразователем 5. Каждое устройство 3 подключ.ено своим выходом к отрезкам линии 1 через циклически преобразователь б кода и собиратель ную 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 формирователь 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 преобразователя 5. 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, в виде двух транзисторов 27 и 28 соответственно п-р-п и р п-р -типов проводимости. Эмит- тер первого транзистора 27 через резистор 29 .подключен к входу 8 схемы 9, а база его к общей ишне питания. Второй транзистор 28 подключен вывбдом 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 второго транзистора 28, служащий вторым выходом 17 схемы 9, подключен через резистор 32 к общей шине питания. Каждая схема 11 сигнатурного объединения сигналов выполнена, например (фиг.З), в виде двух транзисторов 33 и 34 п-р-п и р-п-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 ± (J питания относительно общей шины. Выход усилителя 36, выводы эмиттеров транф1сторов 33 и 34 соответственно служат выходом 10, первым 16 и вторым 19 входами схемы 1-1. Предлагаемая система работает следующим оЬразом. 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

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 I с учетом задержки в линии связи 2 и элементах 9, 18, 11) происходит запуск аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 5 всех каналов тактовшл импульсом, поступающим на входы 20 с выходов формирователей 18. Ю По этому импульсу из АЦП 5 в преобразователь б переписывается код преДЫДущего такта преобразования и

в АЦП . 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-2о 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 25 дриходу импульса запуска в циклическом преобразователе б кода начинается Преобразование записанного в него параллельного кода выборки сейсмического сигнала в последовательный код, о который с выхода преобразователя б через собирательную схему 7 поступает в линию передачи кйда 1. Задержанный в устройстве 14 на время передачи последовательного кода из циклического преобразователя 6, импульс запуска 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 линию1, связывающую с входом приемного регистра 23.- Сформированный таким образом 45 мультиплексный кадр последовательных кодов со всех каналов через приемный регистр 23 поступает для накопления в устройство 22 записи.

Полезный эффект в предлагаемой JQ 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 tj- -с Т распространения сигналов синхрогенератора 26 по линии 2. Подключение запускающего входа 13 преобразователей б к выходу 12 соответствующей схемы 9 позволяет при одинаковсяи времени кодирования всехпреобразователей 5, не превышающем времени Тд дискретизации с уплотнением п каналов, осуществить передачу данных за время не более Тд /п , 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 б устройства 14 задержки и формирователем 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 примененияt 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 исползуемых в системе элементов, и при изменении протяженности отрезков передачи и синхронизации, необходимом для соответствующего улучшения диаграммы направленности гидрофона сгруппированной многоэлементной струтурой .

За счет снижения фазовой погрешноти каналов системы допустимый частотный диапазон ее использования в .различных модификациях геофизических исследований можно расширить в и обеспечить соответствующее эффективное повышение разрешающей способности по глубине. Для снижения величины Tj 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 .

л.

ч-У ГО

t.

)-lI