創(chuàng)新者：周仕宏 代偉明 晉為真

蘇油號(hào)氣槍船與428XL儀器聯(lián)機(jī)探討

創(chuàng)新者：周仕宏 代偉明 晉為真

文章簡(jiǎn)要闡述了Bigshot氣槍控制器的工作原理，并詳細(xì)分析了428XL儀器與氣槍控制器同步連接時(shí)參數(shù)設(shè)置的特點(diǎn)和聯(lián)機(jī)技術(shù)，通過野外使用，檢驗(yàn)了導(dǎo)航系統(tǒng)、槍控系統(tǒng)與428XL儀器系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)方法的合理性和參數(shù)調(diào)試的正確性。實(shí)踐證明，采用本方法可以有效發(fā)揮三大系統(tǒng)功能，高效完成采集作業(yè)。

“蘇油號(hào)”氣槍船是中石化地球物理公司江蘇分公司購(gòu)置和建造的新一代淺海氣槍震源船。該配置的氣槍（BOLT）、氣槍控制器（Bigshot）和空壓機(jī)等配套設(shè)施均為目前世界上最新、最為先進(jìn)的設(shè)備。在野外施工中，筆者通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，順利實(shí)現(xiàn)了蘇油號(hào)氣槍船與428XL儀器的聯(lián)機(jī)和符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同步調(diào)試，并完成了導(dǎo)航系統(tǒng)自主觸發(fā)槍控，實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)同步采集的高效生產(chǎn)方式。下面給出了詳細(xì)的方法，供同行參考。

Bigshot氣槍控制器工作原理與配置方式

氣槍控制器是美國(guó)Real Time Systems公司生產(chǎn)的96槍控制器單元，包括Bigshot控制器（Controller）、電源箱體（Power Supply）、無(wú)線電遠(yuǎn)程同步箱體（GCSLink2000）。 “蘇油號(hào)”氣槍船安裝有28支BOLT氣槍， 4個(gè)電源箱體，每個(gè)電源箱體控制7支BOLT氣槍。這樣，每個(gè)電源箱體還有一個(gè)備用控制通道。Bigshot控制器通過設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)可以自動(dòng)控制每支槍的起爆時(shí)間以保證各槍同步誤差在±1ms之間。兩臺(tái)無(wú)線電遠(yuǎn)程同步箱體分別安裝在氣槍船和儀器車上，其中放置于儀器車的同步箱體為主單元，另一臺(tái)為從單元，主、從單元之間采用無(wú)線通訊，兩者組成一個(gè)完整的無(wú)線電同步控制系統(tǒng)。見圖1所示。

圖中主單元與儀器系統(tǒng)放置在一起，位于儀器車或儀器船上，其它部分位于氣槍船上，它們之間通過摩托羅拉GM338電臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通信。儀器系統(tǒng)可以通過主單元觸發(fā)槍控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)槍陣激發(fā)，該方式為儀器主動(dòng)激發(fā)；也可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)觸發(fā)從單元，從單元啟動(dòng)點(diǎn)火序列實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)自動(dòng)采集，該方式為儀器被動(dòng)激發(fā)，適合大面積水域施工。采用被動(dòng)激發(fā)模式時(shí)，Hydropro導(dǎo)航系統(tǒng)適時(shí)激活Fix Box，發(fā)出Fix Out閉合信號(hào)，激發(fā)從單元啟動(dòng)放炮序列，無(wú)需操作員點(diǎn)擊GO指令即可完成連續(xù)地震采集作業(yè)。

Bigshot氣槍控制器與428XL儀器的連接

槍控系統(tǒng)與428XL儀器的連接主要是指GCSLink2000主單元與LCI-428的連接。槍控系統(tǒng)有三種方式啟動(dòng)觸發(fā)，完成槍陣的激發(fā)：

1.從導(dǎo)航來(lái)的外部觸發(fā)（注意：外部觸發(fā)脈沖寬度必須大于5毫秒）；

2.內(nèi)部循環(huán)模式啟動(dòng)；

3.在鍵盤上按ALT-F鍵。

外部觸發(fā)信號(hào)類型可以由GCSLink2000主板上的JP11跳線選擇：

1. Closure閉合信號(hào)（5腳與6腳短接，7腳與8腳短接；這是出廠默認(rèn)設(shè)置）；

2. TTL 負(fù)脈沖（跳線設(shè)置同上）；

3. 光電隔離的TTL正脈沖信號(hào)（1腳與2腳短接，3腳與4腳短接）。

上述三種觸發(fā)信號(hào)均能實(shí)現(xiàn)激發(fā)。而導(dǎo)航、槍控及儀器三大系統(tǒng)之間最好采用統(tǒng)一觸發(fā)信號(hào)類型，以便于系統(tǒng)同步和數(shù)字信號(hào)的處理。由于所采用的Hydropro導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器（Fix Box）輸出為閉合信號(hào)，因此，蘇油號(hào)氣槍船的槍控系統(tǒng)和428XL儀器主機(jī)之間選用閉合信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。

GCSLink2000主單元與428XL儀器的連接圖如圖2所示。

圖1　蘇油號(hào)氣槍船與428XL儀器系統(tǒng)配置示意圖

圖中，K，L為CTB信號(hào)，與GCSLink2000的F，E連接，用于觸發(fā)儀器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。其中，F(xiàn)，E為可編程TTL輸出信號(hào)，可作為同步信號(hào)。M，N為儀器GO指令，是一個(gè)閉合信號(hào)，用于觸發(fā)槍控啟動(dòng)槍陣激發(fā)序列，該信號(hào)連接到GCSLink2000控制端口的A，B引腳，為槍控的閉合輸入觸發(fā)信號(hào)。H，J為外部GO命令，用于儀器被動(dòng)激發(fā)，它與GCSLink2000的G，N相連，其中G腳與H腳之間串聯(lián)一個(gè)500～1kΩ的限流電阻，當(dāng)來(lái)自導(dǎo)航的外部閉合信號(hào)或人工/內(nèi)部循環(huán)使得P、N之間短路，則+12V信號(hào)加載到LCI-428的H，J兩端，產(chǎn)生外部GO指令，觸發(fā)儀器系統(tǒng)開始預(yù)采集，當(dāng)預(yù)定的延遲時(shí)間到達(dá)，主單元通過F，E發(fā)出CTB指令，儀器開始采集，同時(shí)從單元激發(fā)槍陣完成放炮作業(yè)。GCSLink2000的R，S和C，D分別為CTB和FTB信號(hào)，這兩組信號(hào)通過電阻衰減網(wǎng)絡(luò)連接到儀器的兩個(gè)輔助道（FDU-428）。該衰減網(wǎng)絡(luò)為兩個(gè)1K和一個(gè)150Ω的金屬膜電阻，當(dāng)完成激發(fā)時(shí)，+5V信號(hào)加載到衰減網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)FDU-428輸入端的瞬時(shí)電壓為5*150/（2000+150）=348.8mV，滿足FDU-428采用G2前放增益時(shí)最大允許輸入400mV的限制。

兩種激發(fā)方式下的相關(guān)參數(shù)設(shè)置

為了保持槍控系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)的穩(wěn)定同步，必須在GCSLink2000中正確設(shè)置合理的相關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)設(shè)置在主、從控制器中要保持一致。這些參數(shù)是通過Bigshot氣槍控制器運(yùn)行槍控軟件來(lái)調(diào)整的。兩個(gè)主要的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如圖3、圖4所示。

圖3　質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)

圖4　氣槍同步時(shí)間參數(shù)

圖5　無(wú)線電系統(tǒng)同步參數(shù)菜單

圖6　GCSLink2000與428XL儀器系統(tǒng)同步時(shí)序圖

緊接著要設(shè)置槍陣的預(yù)點(diǎn)火時(shí)間：

通過F4 鍵來(lái)進(jìn)入氣槍設(shè)置，先將所有槍的時(shí)間統(tǒng)一設(shè)置為15 ms，通過自動(dòng)校槍來(lái)保證各槍點(diǎn)火同步誤差在±1ms之間。

完成以上參數(shù)的設(shè)置后進(jìn)入系統(tǒng)同步菜單，包括以下參數(shù)。

1.設(shè)置好系統(tǒng)點(diǎn)火、觸發(fā)儀器、閉合信號(hào)時(shí)間。

2.選擇好放炮方式。

3.氣槍控制器的主從關(guān)系是唯一的，否則同步無(wú)法建立。無(wú)線電系統(tǒng)同步參數(shù)菜單如圖5。

注意，當(dāng)選用從單元激發(fā)時(shí)（儀器被動(dòng)激發(fā)），圖5中的Trigger Location設(shè)置為SLAVE，而當(dāng)選用主單元激發(fā)時(shí)（儀器主動(dòng)激發(fā)），Trigger Location設(shè)置為MASTER，其他參數(shù)不變。

兩種激發(fā)方式下的系統(tǒng)同步過程

由于本槍控系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)、儀器系統(tǒng)間主要采用閉合信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步，因此，無(wú)論是采用儀器主動(dòng)激發(fā)，還是被動(dòng)激發(fā)，兩者的同步過程基本一致，區(qū)別在于，當(dāng)采用儀器主動(dòng)激發(fā)時(shí)，由儀器操作員點(diǎn)火，完成點(diǎn)火及采集序列；當(dāng)采用儀器被動(dòng)激發(fā)時(shí)，由Hydropro導(dǎo)航或者由槍控作業(yè)人員觸發(fā)，儀器操作員無(wú)需點(diǎn)火，即可完成點(diǎn)火及采集序列。其系統(tǒng)同步時(shí)序圖如圖6所示。

采用儀器主動(dòng)激發(fā)時(shí)，儀器操作員鼠標(biāo)點(diǎn)擊GO指令，發(fā)出閉合觸發(fā)指令（Closure Trigger In），GCSLink2000主單元接收到該指令后，在50μs內(nèi)完成與從單元的同步，處于預(yù)采集狀態(tài)。在預(yù)設(shè)的儀器啟動(dòng)延遲（Record Start Out）時(shí)間（1400ms）后，主單元向428XL儀器發(fā)送CTB信號(hào)來(lái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集；同時(shí)從單元在該時(shí)刻（Radio Aiming Point，同為1400ms）激發(fā)槍陣，確保儀器采集的0時(shí)刻，槍陣同步激發(fā)。

當(dāng)采用儀器被動(dòng)激發(fā)時(shí)，由Hydropro導(dǎo)航系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)，或者由槍控作業(yè)人員人為觸發(fā)，此時(shí)，從單元接收到該觸發(fā)信號(hào)，在50μs內(nèi)完成與主單元的同步。主單元在預(yù)設(shè)的Record Closure Out信號(hào)延遲時(shí)間（900ms）后，發(fā)出閉合信號(hào)，產(chǎn)生外部GO信號(hào)，激活428XL儀器系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)采集，在預(yù)設(shè)的儀器啟動(dòng)延遲（Record Start Out）時(shí)間（1400ms）后，主單元向428XL儀器發(fā)送CTB信號(hào)來(lái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集；同時(shí)從單元在該時(shí)刻（Radio Aiming Point，同為1400ms）激發(fā)槍陣，確保儀器采集的0時(shí)刻，槍陣同步激發(fā)。

圖7　428XL儀器TB時(shí)窗設(shè)置

圖8　428XL儀器Seismic Setup參數(shù)設(shè)置

在導(dǎo)航自動(dòng)激發(fā)模式下，如果需要從單元觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集氣槍激發(fā)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)，則要用到從單元鐘TB信號(hào)（Slaver CTB Out），該信號(hào)與主單元的鐘TB信號(hào)同時(shí)刻輸出，可以確保記錄的炮點(diǎn)數(shù)據(jù)就是氣槍震源激發(fā)點(diǎn)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。缺省情況下，主、從單元閉合輸出信號(hào)（Master/Slave Closure Out ）與鐘TB信號(hào)之間有50ms倒計(jì)時(shí)時(shí)間，這里設(shè)置為1350ms，這樣，經(jīng)過50ms延遲后，也就是在無(wú)線電瞄準(zhǔn)點(diǎn)（1400ms）時(shí)刻從單元同步激發(fā)槍陣，同時(shí)觸發(fā)采集激發(fā)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)。

428XL儀器主機(jī)本身的設(shè)置則較為簡(jiǎn)單，主要是要調(diào)整其TB Window時(shí)間，一般將其設(shè)置成最大，428XL儀器支持最大6400ms。見圖7所示。當(dāng)428XL儀器進(jìn)入預(yù)采集狀態(tài)后，只要6400ms內(nèi)能接收到主單元的CTB信號(hào)，即可正常采集并記錄地震數(shù)據(jù)。超過6400ms則會(huì)產(chǎn)生ITB內(nèi)觸發(fā)信號(hào)，表明儀器在此時(shí)間內(nèi)沒有收到CTB信號(hào)。本槍控系統(tǒng)設(shè)置為1400ms，正常情況下，槍控能穩(wěn)定觸發(fā)儀器系統(tǒng)。

如果428XL儀器系統(tǒng)工作于被動(dòng)方式下，且槍控處于自動(dòng)連續(xù)激發(fā)時(shí)，則需要設(shè)置428XL儀器主機(jī)工作于連續(xù)模式（Continuous），見圖8所示。

結(jié)束語(yǔ)

蘇油號(hào)氣槍船通過與428XL儀器系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試和野外試生產(chǎn)，各種設(shè)備工作正常，系統(tǒng)同步精度達(dá)到行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表明蘇油號(hào)氣槍船設(shè)備整體達(dá)到技術(shù)要求，可以投入野外正常生產(chǎn)。在2013年重慶FL地區(qū)的施工中，槍控系統(tǒng)工作正常，采用428XL儀器系統(tǒng)控制井炮和槍控混合施工，施工效率令人滿意，在長(zhǎng)江主航道水域，最高日放氣槍炮460炮，順利填補(bǔ)了資料天窗，得到了甲方與施工單位的一致認(rèn)可。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.032