NO851280L - Telemetrisystem. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår utbalansering av signalstyrker i telemetri-dataoverføring av seismiske data ved hjelp av radio-bølger fra nærliggende sendere i forhold til fjerntliggende sendere.

Under seismiske undersøkelser av undergrunnen med sikte på brukbare mineraler i undergrunnen, blir en rekke seismiske detektorer anbragt langs en linje eller et areal som skal under-søkes. Med innbyrdes mellomrom frembringer en lydkilde lydbølger som sprer seg utad og nedad. De seismiske bølger blir reflek-tert fra underjordiske lag og returnerer til overflaten hvor de detekteres av de seismiske detektorer. Den tid som forløper mellom utløsning av lydkilden og ankomsten av de reflekterte bølger fra de reflekterende undergrunnslag er et mål på dybden av slike lag.

Signaler som detekteres av detektorene kan leveres til en sentral signal-behandlingsinnretning over ledninger, ved radio-overføring, gjennom koaksialkabler eller ved hjelp av optiske fibre etter operatørens valg. Typen av signaloverføring og utførelsen av det seismiske detektorutstyr avhenger i høy grad av de omgivelser eller betingelser som forventes. I grunt vann, skvalpesoner ved sjøen og i de overgangs- eller våtmarker som omgir vann, foretrekkes det å anvende telemetrisystemer basert på frekvensmodulert radio-overføring på grunn av at det er vanskelig å legge ledninger i slike områder. En annen fordel med et FM-system er at FM-signaler er forholdsvis ufølsomme over-for atmosfærisk støy.

Seismiske undersøkelser kan utføres ved å følge en enkelt linje (todimensjonal undersøkelser) eller ved å følge mange linjer (tredimensjonal dekning) for å avstedkomme datainnsamling i tre dimensjoner under samme gjennomløp. Som det senere skal beskrives mer detaljert er denne oppfinnelse spesielt beregnet for bruk i kyst-overgangssoner med grunt vann i forbindelse med tredimensjonale operasjoner.

En standardteknikk på grunt vann og i kyst-overgangssoner

er å anvende instrumenterte bøyer. Til hver bøye er det koblet en eller flere seismiske detektorer som kan være hydrofoner eller geofoner. I hver bøyekapsling er det plassert batteridrevet elektronikk for å motta og prosessere mottatte analoge signaler som digitale utgangssignaler. Det er anordnet en FM-sender for

å sende de digitalt kodede seismikk-signaler til en sentral signalbehandlings-stasjon ombord i et moderskip eller annet fartøy.

Ved tredimensjonale operasjoner blir det lagt et nettverk

av seismiske bøyer 10 som vist med små sirkler på figur 1.

Bøyene er fordelt med omkring 300 meters innbyrdes avstand langs et flertall linjer A til E som selv har en innbyrdes avstand på omkring 100 meter. Hver bøye er avstemt for utsendelse av data over et tildelt RF-bånd, såsom frekvensbåndet fra 72 til 76 MHz, gjennom FM-kanaler som har en innbyrdes avstand på 7,5 til 35 kHz. Det kan således være til disposisjon 100 til 500 separate tele-metrikanaler for å muliggjøre bruk av det samme antall seismikk-bøyer. Under operasjon føres et skip 12 eller annet fartøy langs en kurs som indikert med den meander- lignende strekede linje 14 på tegningen. Med valgte tidsintervaller utløser skipet en lydkilde 16 for frembringelse av seismiske bølger som blir mottatt ved bøyene. Ved mottagning av de seismiske signaler blir disse sendt tilbake til skipet 10 i sann tid.

Dimensjonene av det totale bøyenettverk kan gå opp i 15 til 20 km. Svekningen av radiosignalet fra de mest fjerntliggende bøyer i forhold til bøyene nærmere skipet kan være av en stør-relse på 40 til 60 dB, hvilket krever maksimal senderforsterkning i de fjerntliggende bøyer. Hvis imidlertid alle bøyene innstilles på maksimal forsterkning vil signalene fra de nærmere bøyer gi krysstale eller forstyrrelse i tilstøtende kanaler og overbelaste mottagerens RF-forsterkere og derved hindre innsamlingen av sig-nallåsning til de fjerntliggende bøyer, i mottagerne.

Skipet beveger seg hele tiden med en hastighet på 4 til 6 knop under sin sikk-sakk-kjøring gjennom bøyenettverket. Det er helt upraktisk å sende en liten hjelpebåt foran skipet for å regulere ned senderforsterkningen i de mer nærliggende bøyer etterhvert som skipene nærmer seg. Videre vil akustisk støy som et slikt fartøy frembringer, gjøre metoden ubrukbar.

Det er derfor et formål med denne oppfinnelse å sørge for

at bøyesenderne kompenserer sin sendereffekt i omvendt relasjon til avstanden fra moderskipet eller fartøyet.

I en foretrukket utførelse i henhold til oppfinnelsen utsender et moderskip et aktiveringssignal over en telemetri-radioforbindelse til et flertall innsamlingsenheter for seis mikk-data med radiosendere, hvilke enheter er anordnet i et forut-bestemt arealmønster. Når datainnsamlingsenhetene mottar et aktiveringssignal blir effektnivået av det mottatte aktiveringssignal målt. Hver datainnsamlingsenhet innstiller sin sender-effektutgang i omvendt eller inverst forhold til styrken av det mottatte aktiveringssignal, for derved å eliminere krysstale mellom kanalene som følge av nærliggende senderenheter.

Fortrinnsvis blir senderforsterkningen i datainnsamlingsenheten regulert trinnvis omvendt proporsjonalt med nærheten til et moderskip.

Fortrinnsvis er sender/mottageren i datainnsamlingsenheten forsynt med en detektor for et første nivå. Hvis det anrops-signalnivå som blir mottatt fra moderskipet av datainnsamlingsenheten er mindre enn 3 5 dB lavere enn 1 watt (W), blir senderens utgangsforsterkning innstilt på 100 mikrowatt. Hvis det mottatte signal-nivå ligger mellom - 35 dB og - 55 dB blir senderens ut-gangsf orsterkning innstilt på 100 mW. Hvis det mottatte anrops-signalnivå er høyere enn 55 dB ned i forhold til 1 W blir senderens utgangseffekt øket til full effekt på 1 W.

Oppfinnelsen samt de forskjellige fordeler ved denne vil fremgå bedre av den følgende detaljerte beskrivelse i tilknyt-ning til tegningene, hvor: Figur 1 illustrerer et typisk areal-nettverk som anvender fjerntliggende og fordelte datainnsamlingsenheter, Figur 2 er et forenklet blokkskjerna over sender/mottager-strømkretser som anvendes i datainnsamlingsenheten.

En generell omtale av en type tredimensjonal seismiske undersøkelser ble skissert tidligere i forbindelse med figur 1. Den grunnleggende teknikk kan praktiseres til sjøs ved anvend-else av slike datainnsamlingsenheter som bøyer, over kyst-overgangs sonen, til stranden ved å plassere bøyene på passende stativer eller fullt og helt på land ved bruk av bærbare moduler for datainnsamlingen. Til sjøs vil man selvsagt operere fra et moderskip. I overgangssonen kan man operere fra et moderskip,

et anfibiefartøy eller fra et landkjøretøy, såsom en bil eller fra en kombinasjon av to eller flere slike i en koordinert operasjon .

Den sentrale stasjon kan være montert på et skip eller på

et kjøretøy og omfatter en FM-hovedsender og et flertall FM-

mottagere samt en signalutnyttelses- eller behandlingsinnretning med mange kanaler og lagringsmuligheter. Hver datainnsamlingsenhet inneholder en batteridrevet sender/mottager som tidligere nevnt. For bekvemmelighets skyld, men ikke i begrensende betyd-ning, skal det her anvendes terminologi basert på skip og bøyer.

Normalt er bøyene 10 i hvilestilling. Med mellomrom vil moderskipet 12 når det er klart til å utløse lydkilden 16, ut-sende et aktiveringssignal over radio fra en kommando-enhet 22. Hver seismikk-bøye 10 detekterer aktiveringssignalet og antar under påvirkning av dette en aktiv tilstand hvoretter den måler signalnivået i det mottatte aktiveringssignal. Forsterkningen i bøyens sender blir forutinnstilt i omvendt forhold til det mottatte signalnivå. De omvendte forhold kan være lineært omvendt proporsjonalt, omvendt logaritmisk proporsjonalt, eller en til-nærmelse til dette, eller basert på hvilken som helst annen relasjon som hindrer overbelastning av mottagerne på sentralstasjonen.

Når lydkilden 16 blir utløst vil et kommandosignal sette bøyene 10 i sendermodus. De seismikk-signaler som blir mottatt av detektorene som er koblet til bøyene 10, sendes tilbake til moderskipet 12 gjennom radioforbindelsen. Bøyene går så tilbake til hvilestilling for mottagning med sikte på å spare batteri-energi.

Figur 2 er et blokkskjerna av sender/mottager-kretsene 20

som er montert i bøyene med spesiell vekt på aspektet forsterk-ningsregulering. Strømkretsdetaljer som er konvensjonelle ved FM-sender/mottagere og sonobøyer generelt og som ikke er vesent-lig for denne oppfinnelse, er utelatt for å gjøre tegningen så lite komplisert som mulig.

Ombord i skipet 12 er det anordnet en aktiverings/kommando-sender 22 og et flertall datamottagere 24, dvs. med samme antall som antall av bøyer 10 som utgjør det seismiske nettverk på

figur 1. Hver bøyesender er avstemt på en særskilt frekvens innenfor frekvensbåndet 72 til 76 MHz. Frekvensavstanden kan være 7,5 til 3 5 kHz. Hver bøyemottager er avstemt etter kommando-senderens frekvens.

Når den ikke er aktiv er sender/mottager-modulen 20 i hver

av bøyene innstilt av et mottagnings/sendings-relé 26 til en mottagningsmodus med lavt effektforbruk. Alle låse- eller vippe-kretser er i hvilestilling og senderseksjonen er i hvilestilling.

Etter mottagning av en kommando fra kommandosenderen 2 2 blir et aktiveringssignal utsendt til bøyene. Signalet blir mottatt av mottagerseksjonen i sender/mottager-modulen 20, føres gjennom

et vanlig mellomfrekvent trinn 28 til en demodulator 30. Den demodulerte kommando blir dekodet i en dekoder 32 og deretter

blir systemet aktivert i påvente av en kommando for overføring

av data.

Aktiveringssignalet føres også til en første nivådetektor

34 med et første terskelnivå på - 35 dB. Her blir det mottatte aktiveringssignals nivå bestemt. Hvis signalnivået er høyere

enn - 35 dB (dvs. 0 til - 35 dB) referert til 1 watt, blir vippekretsen 36 omstilt og forsterkningsreguleringen 38 forutinnstiller senderens utgangsnivå til 100 mikrowatt i en RF-effektforsterker 40.

Hvis aktiveringssignalets effektnivå er lavere enn det

første terskelnivå på - 35 dB referert til 1 watt (dvs. mellom

- 35 og - 55 dB) blir vippekretsen 36 ikke omstilt. Signalet føres gjennom en forsterker 42 med fast forsterkning på 20 dB. En annen nivådetektor 44 med et annet terskelnivå på - 55 dB bestemmer styrken av aktiveringssignalet. Hvis effektnivået i det mottatte signal ligger mellom - 35 og - 55 dB i forhold til 1 watt, blir en vippekrets 46 omstilt og forsterkningsreguleringen 38 forutinnstiller senderens utgangsnivå til 100 milliwatt i RF-ef f ektf orsterkeren 40.

Hvis endelig det mottatte nivå av aktiveringssignalet er

så lavt (dvs. lavere enn det annet terskelnivå) at verken kretsen 36 eller kretsen 46 omstilles, vil en reservekrets i forsterkningsreguleringen 38 forutinnstille senderens utgangseffektnivå til full effekt på 1 watt i effektforsterkeren 40.

Etter aktiveringssignalet blir et kommandosignal utsendt. Kommandosignalet dekodes for å bevirke at en dataprosessor 48 aksepterer, behandler, digitaliserer og koder for overføring de seismikksignaler som blir mottatt fra en seismisk detektorgruppe 50. Kommandosignalet starter også en klokke 33 for å definere lengden av den ønskede dataregistreringsperiode. De digitale, kodede seismikk-signaler modulerer RF-bærebølgen i en RF-modulator 52. Den modulerte bærebølge føres gjennom effektforsterkeren 40 ved det utgangseffektnivå som velges av forsterkningsreguleringen

38. Samtidig blir mottagnings/sendingsreléet 26 innstilt på sendermodus slik at de seismiske datasignaler kan overføres tilbake til datamottagerne 24 på skipet 12.

Ved slutten av datainnsamlingsfasen angir klokken 33 tidens utløp, avslutter datainnsamlingen og stiller tilbake sender/ mottagermodulen 20 til hvilestilling. På dette punkt bevirker klokken 33 at kommandévippekretsen 56 klarerer eller tilbake-stiller vippekretsene 36 og 46. Sendings/mottagningsreléet 26 stilles i mottagermodus.

Oppfinnelsen er ovenfor beskrevet under henvisning til et marint system som anvender bøyer som datainnsamlingsenheter, men oppfinnelsen kan like godt anvendes i hvilken som helst type fordelt fjern-datainnsamlingssystem som arbeider i sann tid og som benytter en telemetriforbindelse som etter sin natur ikke er ensartet i styrke.

Claims (9)

1. Telemetrisystem basert på radioforbindelse for seismisk datainnsamling, omfattende en mobil sentralstasjon (12) og et flertall seismiske datainnsamlingsenheter (10) fordelt over et areal, karakterisert ved en anordning (22) i sentralstasjonen (12) for utsendelse av et radio-aktiveringssignal til datainnsamlingsenhetene (10) for å innlede en datainnsamlingssyklus, en anordning (26) i hver av datainnsamlingsenhetene for å motta aktiveringssignalet og en anordning for utsendelse av seismiske datasignaler til sentralstasjonen (12) under påvirkning av aktiveringssignalet, og en anordning (38) i hver datainnsamlingsenhet (10), en signalforsterkeranordning (40) for regu-lering av forsterkningen i forsterkeranordningen i omvendt relasjon til hvor nær sentralstasjonen (12) er til de respektive datainnsmlingsenheter (10).

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at forsterkningsreguleringsanordningen (28) omfatter innretninger (34} 44) for måling av styrken av det mottatte aktiveringssignal, og en anordning (38) for trinnvis justering av forsterkningen i senderanordningen (26) i omvendt relasjon til den målte styrke av det mottatte aktiveringssignal.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at de nevnte måleinnretninger (34, 44) omfatter første og andre signalnivådetektorer (34, 44) med henholdsvis et første og et andre terkselnivå, en første og en annen vippekrets (36, 46) for-bundet med den første henholdsvis den annen nivådetektor (34,

44), en senderforsterkningsreguleringsinnretning (38) koblet til den første og den andre vippekrets (36, 46), en RF-effektforsterker (40), en innretning (28) for å presentere det mottatte aktiveringssignal for den første nivådetektor (34) for omstilling av den første vippekrets (36) til å bevirke at forsterkningsreguleringen (38) innstiller RF-effektforsterkeren (40) på lav forsterkning når aktiveringssignalets nivå overskrider det første terskelnivå, en innretning (42) for å presentere det mottatte aktiveringssignal for den annen nivådetektor (44) når nivået av aktiveringssignalet er lavere enn den første terskel men høyere enn det annet terskel nivå, for å omstille den annen vippekrets (46) til å bevirke at forsterkningsreguleringen (38) innstiller RF-effektforsterkeren (40) på en midlere forsterkning så lenge aktiveringssignalets nivå ligger mellom det nevnte første og det nevnte andre terskelnivå, og en innretning i forsterkningsreguleringen (38) for inn-stilling av RF-effektforsterkeren (40) på høy forsterkning når nivået av aktiveringssignalet ligger under det annet terskelnivå .

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at det første terskelnivå er på - 3 5 dB i forhold til 1 watt, og at det annet terskelnivå er på - 55 dB i forhold til 1 watt.

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved en anordning (56) for tilbakestilling av vippekretsene (36, 46) ved avslutningen av en datainnsamlingssyklus, og en anordning (33) i datainnsamlingsenhetene (10) for avslutning av datainn-samlingssyklusen.

6. Telemetrisystem omfattende en kommandoenhet (22) og et flertall datainnsamlingsenheter (10) karakterisert ved en anordning (26) tilforordnet hver datainnsamlingsenhet (10) for avføling av et aktiveringssignal som utsendes av kommandoenheten (22), en anordning (26) i hver datainnsamlingsenhet (10) for utsendelse av data til en sentralstasjon (12), og en anordning (38) i hver datainnsamlingsenhet (10) for inn-stilling av det nivå ved hvilket vedkommende datainnsamlingsenhet (10) overfører data under påvirkning av det aktiveringssignal som avføles av vedkommende innsamlingsenhet.

7. System ifølge krav 6, karakterisert ved at det nivå ved hvilket hver datainnsamlingsenhet (10) overfører data står i omvendt relasjon til det aktiveringssignal som av-føles av vedkommende enhet (10).

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at den omvendte relasjon er omvendt lineært proporsjonalt.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved at den omvendte relasjon er omvendt logaritmisk proporsjonalt.