NO176860B - Fremgangsmåte til synkronisering av systemer for seismiske undersökelser, samt anvendelser av fremgangsmåten - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til synkronisering av systemer for seismiske undersøkelser og av systemenes undersystemer, hvor systemene kan være landbaserte eller marine eller kombinasjoner av slike og undersystemene f.eks. utgjøres av minst ett navigasjonssystem, minst ett seismisk signalgenereringssystem og et eller flere registreringssystemer.

Ved seismiske undersøkelser, enten de foregår til lands eller til vanns, er det av avgjørende betydning å kunne bestemme nøyaktige tidspunkter for hendelser og operasjoner og også å kunne fastsette den nøyaktige tidsrelasjon mellom de forskjellige operasjoner. I seismiske undersøkelser finnes det imidlertid en mengde potensielle kilder for tidsfeil og disse feilkildene vil igjen påvirke nøyaktigheten til hele under-søkelsessystemet. Bruken av moderne datateknikk i behandlingen av de seismiske data har gjort det ønskelig med en bedring av nøyaktigheten i tidsdomenet. Det er et krav at denne nøyaktig-heten i det minste skal være vesentlig bedre enn nøyaktigheten og oppløsningen som kjennetegner den benyttede programvare og som typisk ligger i mikrosekund-området. Dermed vil det også være mulig å løse problemer som vedrører synkroniseringen av undersystemene i et seismisk undersøkelsessystem eller synkroniseringen av flere undersøkelsessystemer som samarbeider i en seismisk undersøkelse.

I henhold til kjent teknikk er synkroniseringen i seismiske undersøkelser basert på at navigasjonssystemet har kjennskap til tid, fartøyhastighet og posisjon med en nøyaktighet på

ca 100 ms i tidsdomenet. Navigasjonssystemet estimerer tidspunktet når skipet ankommer til posisjonen for avfyring av det neste skudd og når dette tidspunkt nås, genererer navigasjonssystemet en initieringspuls. Denne pulsen detekteres av et undersystem for dataregistereringen som igjen genererer en skuddpuls til kildeundersystemet, eksempelvis et luftkanon-system. Etter en viss forsinkelse som svarer til kildeunder-systemets responstid, avfyres skuddet. Kildeundersystemet genererer på dette tidspunkt igjen en puls som detekteres av registreringsundersystemet, nemlig den såkalte "field-time-

break"-puls eller tidsmerkesignal (FTB-puls). Registreringsundersystemet begynner deretter å sample signalene fra sensorene, f.eks. hydrofoner. Samplingprosessen drives vanlig av en friløpsoscillator. Signalene blir typisk samplet annethvert mikrosekund i et tidsrom som vanligvis utgjør fra 6 s til 8 s. Benyttes det mer enn ett skip i en undersøkelse, overføres initieringspulsen over en radiomodemlinje til skipet eller skipene som deltar i undersøkelsen. Dette radiomodem benytter vanligvis en audiokanal med de forsinkelser og unøyaktigheter som en forbindelse av denne art har. Foretas det samtidige undersøkelser på steder med større avstand, benyttes et kringkastet tidssignal til å tidsmerke dataene, dvs at dataene i utgangspunktet ikke er synkronisert, men merket slik at mangel på synkronitet kan kompenseres for under databehand-lingen .

Denne kjente fremgangsmåte har således en rekke iboende svakheter hva angår synkroniseringen av hendelser og operasjoner og feil som oppstår på et tidspunkt eller i et undersystem, vil kunne forplante seg gjennom systemet i de påføl-gende operasjoner og resultere i at det samlede system i tidsdomenet blir beheftet med feil som kan være vanskelig å kvantifisere. Ålment har det vært kjent å bruke standardiserte tidskodesignaler til f.eks. å synkronisere prosessorer i dataregistreringssystemer. Disse tidskodesignaler kan være basert på kjente tidskodestandarder, f.eks. IRIG (Inter-Range Instrumentation Group) A, B eller G eller NASA36. Det har imidlertid ikke vært kjent noen tilfredsstillende fremgangsmåte for å implementere bruk av tidskoder i seismiske undersøkelses-systemer. Videre må tidskoden refereres til en absolutt tidsstandard, f.eks. koordinert universell tid (UTC). En slik absolutt tidsstandard kan idag tilveiebringes over et satellittnavigasjonssystem, f.eks. det globale posisjoneringssystem (Global Positioning System, GPS) og eksempelvis leveres til navigasjonssystemet ombord i et fartøy.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er derfor med utgangspunkt i kjent teknikk å skaffe en fremgangsmåte som angitt i innledningen av krav 1 og som eliminerer de ulemper som er forbundet med dagens kjente metoder for synkronisering i seismiske undersøkelsessystemer.

Mer bestemt er hensikten å kunne fordele tidspunkter for hendelser til alle deler i et dataregistreringsssystem og dermed unngå bruk av triggerpulser, samtidig som hvert undersystem tilføres tiden med den ønskede høye nøyaktighet.

Disse og andre hensikter oppnås i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte som er kjennetegnet ved å tilføre et undersøkelsessystem en absolutt tidsstandard som f.eks. koordinert universell tid (UTC), å generere over en tidskodegenerator i undersøkelsessystemet en tidskode basert på den absolutte tidsstandard, å anordne minst én programmerbar eventgenerator i undersøkelsessystemet, idet eventgeneratoren er forbundet med tidskodegeneratoren, å synkronisere eventgeneratoren med den absolutte tidsstandard, å forhåndsbestemme tidspunktet for et fastlagt event på basis av gitte parametre, å tilordne tidspunktet for et fastlagt event tidskoden svarende til tidspunktet, å gi tidspunktet for det fastlagte event til de angjeldende undersystemer, å likeledes løpende tilføre undersystemene den absolutte tidsstandard, slik at eventet eksekveres i ett eller flere angjeldende undersystemer på basis av den løpende tilførte, absolutte tidsstandard. Ytterligere trekk og fordeler ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen fremgår av de vedføyede, uselvstendige krav 2-10.

Oppfinnelsen angår også en rekke anvendelser av fremgangsmåten som angitt i kravene 1-10, nemlig henholdsvis til beregning og synkronisering av skuddtidspunktet i et seismisk signal-generereringssystem, til beregning og synkronisering av skuddregistreringsstidspunktet i et seismisk dataregistreringssystem, til synkronisering av samplingtidspunkter i et seismisk dataregistreringssystem og til bestemmelse av det nøyaktige tidspunkt i absolutt tid for et virkelig forekommende event i et system for seismiske undersøkelser, idet disse anvendelser henholdsvis er gjenstand for kravene 11-14.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere, delvis med henvisning til utførelseseksempler som angitt på den vedføyede tegning. Fig. 1 viser skjematisk prinsippet for synkronisering i et seismisk undersøkelsessystem i henhold til kjent teknikk. Fig. 2 viser skjematisk synkronisering i et seismisk under-søkelsesystem i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser synkronisering mellom to systemer for seismiske undersøkelser, hvor fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen implementeres desentralisert. Fig. 4 viser synkronisering mellom to systemer for seismiske undersøkelser, henholdsvis med sentralisert og desentralisert implementering av fremgangsmåten. Fig. 5 viser synkronisering mellom to systemer for seismiske undersøkelser i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor det ene undersøkelsessystem er landbasert og det andre under-søkelsessystem skipsbasert. Fig. 1 viser synkronisering i et seismisk undersøkelsessystem basert på kjent teknikk. Alle hendelser utløses av triggerpulser basert på en initieringspuls fra et navigasjonsundersystem. De forskjellige undersystemer som kildeundersystemet og registreringsundersystemet får ikke tilført løpende eller lokal tid og triggerpulsenes nøyaktighet i tid er derfor avhengig av synkroniseringen med en eller annen tidsstandard og initie-ringspulsene. Det er innlysende at overføringen og utløsningen av pulsene i seg selv medfører forsinkelser og unøyaktigheter som vil forplante seg gjennom hele undersøkelsen.

Fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er skjematisk vist på fig. 2. En mottager får signaler fra et satellittnavigasjonssystem, i det foreliggende tilfelle det såkalte globale posisjoneringssystem eller GPS, som leverer en tidsstandard til et navigasjonsundersystem som inngår i det seismiske undersøkelsessystem. Denne tidsstandard kan f.eks. være koordinert universell tid. Denne tidsstandard leveres til forskjellige undersystemer såsom kildeundersystemet og registreringsundersystemet, samtidig som disse systemene f.eks. får tilført skuddtidspunkter. For synkronisering med et annet undersøkelsessystem overføres også tidspunktet for hendelser,

i dette tilfelle skuddtidspunktet til et radiomodem for overføring til det andre undersøkelsessystem.

Ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er synkroniseringen basert på såkalt deterministisk eventgene-rering. Dette innebærer at et event eller hendelse skal forekomme samtidig, dvs innenfor et tidsrom på 10 us i to eller flere undersøkelsessystemer. Tidspunktet for eventet eller lokal tid (Time of Day, TOD) predikeres og kringkastes fra hovedsystemet, f.eks. et undersøkelsesfartøy, noen sekunder før det tidspunkt da eventet skal finne sted. Utsendelsen har form av et enkelt databudskap. Hvert system som skal eksekvere eventet, vil generere eventet internt basert på den tilførte lokale tid (TOD) og dets interne, meget nøyaktige klokke, som f .eks. kan gi tiden med en nøyaktighet på 1 jus.

I praksis vil dette si at en skuddsyklus initieres av navigasjonssystemet i hovedundersøkelsessystemet, idet navigasjonssystemet benyttes til å predikere den korrekte avfyrings-posisjon for kilden, f.eks. en luftkanon ca 2 s før avfyringen finner sted. Referansetidspunktet t=0 eller den såkalte field-time-break (FTB) kringkastes som lokal tid (TOD) til alle undersøkelsessystemer som deltar i undersøkelsen, f.eks. alle undersøkelsesfartøyer. Avstemningen av kildegenereringssystemet må ha et signal forut for field-time-break, nemlig avfyrings-signalet, for å kunne avfyre de enkelte kilder eller kanoner korrekt for å frembringe et maksimalt trykk ved t=0. Dette genereres internt ved å laste avledet lokal tid for dette event til registeret i en såkalt eventgenerator. Registreringen initieres ved t=0 på tilsvarende måte. Skjer registreringen ved sampling, kan omsynkronisering av samplingprosessen skje f.eks. noen tid før t=0.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen benyttes det en ovenfor nevnt, såkalt programmerbar eventgenerator som er en innretning hvormed en programvaremodul kan styre tiden for en hendelse relativt til en absolutt tidsstandard, f.eks. UTC, med en nøyaktighet og oppløsning som er meget bedre enn den tid som står til rådighet for programvaren selv.

En programmerbar eventgenerator kan således programmeres slik at den genererer pulser på bestemte tidspunkter når disse tidspunktene er definert f.eks. i UTC eller koordinert universell tid med en nøyaktighet på 1 jus. En programmerbar eventgenerator er således essensielt en avansert tidsstyrings-enhet og kan f.eks. være implementert som en sentral enhet som fordeler startpulser eller initieringspulser til de forskjellige undersystemer i et seismisk undersøkelsessystem, samtidig som den holder absolutt tid internt, men kan også være utført som et desentralisert system hvor absolutt tid fordeles til tidsstyringsenheter, dvs eventgeneratorer, i de forskjellige undersystemer. I begge tilfeller kan den programmerbare eventgenerator være synkronisert med et kringkastet tidssignal som f.eks. GPS.

Navigasjonsundersystemet i undersøkelsessystemet kjenner f.eks. tidspunkt, fartøyshastighet og posisjon med en nøyaktighet på 100 jus. Det estimerer tidspunktet for det neste skudd noen tid forut og fordeler skuddtidspunktet til de andre undersystemer. Hvert undersystem har kjennskap til sine egne parametere og beregner interne tidspunkter for eventer. Disse tidspunktene lastes f.eks. til den lokalt anordnede eventgenerator som i sin tur genererer de korrekte pulser på de forhåndsprogrammerte tidspunkter. Involverer den seismiske undersøkelse flere fartøyer, overføres skuddtidspunktet over radio til det eller de andre skip, som er utstyrt med tilsvarende systemer og kan synkronisere disse på samme måte.

Eventuelt mottar kildegenereringsundersystemet (kanonene) tidspunktet for neste skudd og basert på iboende kjennskap til forsinkelsene i de forskjellige kanonene, beregnes tidspunkter for avfyring av pulsene for de enkelte kanoner. Disse tidspunkter leveres til eventgeneratoren som genererer avfyrings-pulser på de korrekte tidspunkter. Registreringsundersystemet mottar også tidspunktet for neste skudd og beregner alle samplingstidspunkter for dette skuddet. Nøyaktighet og oppløsning i tidsdomenet er nå mer enn tilstrekkelig. Hydrofon-signalene blir deretter samplet på eksakte tidspunkter relativt til en absolutt tidsstandard som UTC under hele innsamlings-perioden som f.eks. kan være 6-8 s. Det er således ikke noe behov for friløpsoscillator.

Er mer enn ett undersøkelsessystem, f.eks. flere skip involvert i den seismiske undersøkelse, utføres de samme operasjoner på alle skip. Det er dermed sikret at det ikke opptrer signifikant forskjell i skuddtidspunkt og samplingtidspunkter i de involverte undersøkelsessystemer. Om undersøkelsen foregår på steder med stor avstand, kan det naturligvis også garanteres at samplingen blir synkron på alle steder, da den absolutte tidsstandard som benyttes, jo er den samme og tilføres på samme måte.

Det skal bemerkes at den nødvendige nøyaktighet i tid før skuddet avfyres, avhenger f.eks. av fartøyhastighet og vanligvis er ca 100 )ns tilstrekkelig, mens den nødvendige nøyaktighet etter at skuddet er avfyrt, dvs. under datainnsam-lingen er avhengig av lydhastigheten i undergrunnen og derfor er en nøyaktighet og oppløsning på 10 fis mellom de enkelte undersøkelsessystemer, f.eks. undersøkelsesfartøyer, nødvendig.

Det skal nå beskrives noen praktiske eksempler på implementeringen av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 3 viser synkronisering av seismiske undersøkelsessystemer med desentralisert implementering av fremgangsmåten. Det benyttes to undersøkelsessystemer som henholdsvis kan være et første og et annet fartøy. Hvert undersøkelsessystem omfatter et navigasjonsundersystem som er forbundet med en GPS-mottager. I navigasjonsundersystemet er det anordnet en tidskodegenerator som genererer en tidskode basert på en absolutt tidsstandard som mottas over GPS-mottageren, og som f.eks. kan være UTC. Tidskoden som benyttes kan eksempelvis være NASA 36 eller en IRIG-tidskode, f.eks. IRIG-A, IRIG-B eller IRIG-G. De sist-nevnte tre tidskoder opererer med rammeperioder på henholdsvis 0,1 s, 1 s og 0,01 s. Det er anordnet en programmerbar eventgenerator i hvert undersystem og eventgeneratoren mottar den absolutte tidsstandard i form av tidskode fra tidskodegeneratoren. Undersystemene med hver sin eventgenerator kommuniserer over et lokalnett (LAN) som er knyttet til fartøyets øvrige kommunikasjonssystem, idet kommunikasjonen mellom de enkelte undersøkelsessystemer skjer over et radiomodem. Da synkroniseringen i hvert undersøkelsessystem tar utgangspunkt i en absolutt tidsstandard overført via GPS, er det bare tidspunktet for eventet som må overføres via radio og synkroniseringen skjer på samme måte og med samme nøyaktighet i samtlige undersøkelsessystemer.

Fig. 4 viser et eksempel på implementering av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i henholdsvis sentralisert og desentralisert versjon. Fartøy 2 har den desentraliserte implementering som ble benyttet i systemene på fig. 3, mens fartøy 1 er utstyrt med et sentralisert system. Eventgeneratd-rene er nå anordnet sammen med tidskodegeneratoren som er synkronisert med den absolutte tidsstandard. Tid og tidspunkt for eventet leveres fra hver av eventgeneratorene til det respektive anordnede undersystem. Igjen er samtlige undersystemer forbundet med et lokalnett (LAN) og kommunikasjonen mellom undersøkelsessystemene skjer som før på radio. Den eneste forskjell er altså at synkroniseringen av undersøkelses-systemet som er angitt som fartøy 1, skjer sentralt og ikke i hvert av undersystemene. Tilsvarende fig. 4 er det på fig. 5 vist hvordan synkroniseringen av henholdsvis et landbasert undersøkelsessystem og et marint undersøkelsessystem kan finne sted. Det landbaserte undersøkelsessystemet svarer med hensyn til implementeringen til fartøy 1 på fig. 4, idet navigasjonssystemet er byttet ut med et posisjonsmålesystem. Sentralisert implementering kan være å foretrekke i landbaserte systemer, hvor utstyr og undersøkelsesmetodikk skiller seg fra den som benyttes i marine undersøkelser. Ved en sentralisert implementering er det dessuten tenkelig at samtlige midler for synkronisering såsom tidskodegenerator og eventgeneratorer er integrert i f.eks. navigasjonssystemet som også kan omfatte GPS-mottagerne.

Som nevnt innledningsvis, vil fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen primært anvendes i forbindelse med synkronisering av henholdsvis skuddtidspunkter, skuddregistreringstidspunkter og samplingstidspunkter i seismiske dataregistreringsssystemer. En annen anvendelse som kan få betydning er kvalitetskontroll i et system for seismiske undersøkelser, hvor fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan benyttes til å teste nøyaktigheten i tidsdomenet, ved at sanne tidspunkter for eventene via eventgeneratoren og gjengitt i en absolutt tidsstandard leveres til et sentralt databehandlingssystem. En fagmann vil innse at dette i prinsippet svarer til nærmest en reversering av selve synkroniseringsmetoden. En slik kvalitetskontroll er imidlertid svært aktuell i moderne seismisk databehandling, hvor bruken av tredimensjonal seismikk stiller helt andre krav til nøyaktighet og databehandlingskapasitet enn hva tilfellet var ved todimen-sjonal seismikk.

En fagmann vil dessuten innse at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan implementeres på andre måter enn de her viste og i realiteten også komme til anvendelse ved dataregistre-rings- og målesystemer utenfor seismikkens område. Det skal også forstås at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen på ingen måte er begrenset til å benyttes med de tidskoder og tidsstandarder som her uttrykkelig er omtalt og heller ikke behøver å være basert på det globale posisjoneringssystem, men de krav fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen stiller til nøyaktighet i tid og rom, må iallefall la seg kunne opprett-holde på basis av de standarder og eksterne systemer som kommer til anvendelse.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte til synkronisering av systemer for seismiske undersøkelser og av systemenes undersystemer, hvor systemene kan være landbaserte eller marine, eller kombinasjoner av slike og undersystemene f.eks. utgjøres av minst ett navigasjonssystem, minst ett seismisk signalgenereringssystem og ett eller flere registreringssystemer, karakterisert ved å tilføre et undersøkelses-system en absolutt tidsstandard som f.eks. koordinert universell tid (UTC), å generere over en tidskodegenerator i undersøkelsessystemet en tidskode basert på den absolutte tidsstandard, å anordne minst én programmerbar eventgenerator i under-søkelsessystemet, idet eventgeneratoren er forbundet med tidskodegeneratoren, å synkronisere eventgeneratoren med den absolutte tidsstandard, å forhåndsbestemme tidspunktet for et fastlagt event på basis av gitte parametre, å tilordne tidspunktet for et fastlagt event tidskoden svarende til tidspunktet, å gi tidspunktet for det fastlagte event til de angjeldende undersystemer, å likeledes løpende tilføre undersystemene den absolutte tidsstandard, slik at eventet eksekveres i ett eller flere angjeldende undersystemer på basis av den løpende tilførte, absolutte tidsstandard.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at tidskoden i tidskodegeneratoren genereres på basis av koordinert universell tid (UTC), idet tidskodegeneratoren mottar et tidssignal for koordinert universell tid fra et satellittnavigasjonssystem, fortrinnsvis det globale posisjoneringssystem (GPS).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert ved at tidskodegeneratoren genererer en "Inter-Range Instrumentation Group"-tidskode (IRIG-tidskode).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved at tidskodegeneratoren er forbundet med minst en programmerbar eventgenerator i hvert undersystem.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den programmerbare eventgenerator synkroniseres på basis av universell koordinert tid (UTC), idet synkroniseringen skjer ved hjelp av tidskoden levert av tidskodegeneratoren eller direkte over det globale posisjoneringssystem (GPS).

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at tidspunktet for det forhåndsbestemte event leveres til en programmerbar eventgenerator i det angjeldende undersystem.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert ved at den programmerbare eventgenerator i undersystemet tilføres tidskoden for den absolutte tidsstandard.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved at eventet utløses av den programmerbare eventgenerator på basis av det forhåndsbestemte tidspunkt og synkront med det virkelige tidspunkt som gitt av den løpende tilførte tidskode.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert ved at både den programmerbare eventgenerator og tidskodegeneratoren er anordnet i eller forbundet med et navigasjonssystem, idet navigasjonssystemet fortrinnsvis er basert på et satellittnavigasjonssystem som for eksempel det globale posisjoneringssystem (GPS).

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved at parameteren som er gitt for å forhåndsestimere tidspunktet for eventet genereres på basis av løpende posisjonsbestemmelser i navigasjonssystemet.

11. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1-10 til beregning og synkronisering av skuddtidspunktet i et seismisk signalgenereringssystem.

12. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1-10 til beregning og synkronisering av skuddregistreringstidspunktet i et seismisk dataregistreringssystem.

13. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1-10 til synkronisering av samplingstidspunkter i et seismisk dataregistreringssystem.

14. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1-10 til bestemmelse av det nøyaktige tidspunkt i absolutt tid for et virkelig forekommende event i et system for seismiske under-søkelser .