CN102401907A - 多个基于σ-δadc的地震采集节点的同步采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地球物理勘探领域。提供一种既能运用于陆上地震勘探系统中，又能运用于水下地震勘探系统中的进行地震信号采集的实现简单、同步精度高的时间同步装置，本发明采取的技术方案是，一种多个基于∑-ΔADC的地震采集节点的同步采集装置，由以下几部分组成：系统控制中心、交叉站或汇总站、采集节点；每个采集节点里设置有主时钟恢复模块、时钟信号延时模块、锁相环电路、∑-ΔADC模数转换器、数据预处理模块。数据预处理模块由特殊命令延时模块、节点控制模块、地震数据组帧及发送模块组成。本发明主要应用于地球物理勘探。

Description

多个基于Σ-ΔADC的地震采集节点的同步采集装置

技术领域

本发明属于地球物理勘探领域，特别是涉及多个基于∑-ΔADC的地震采集节点的同步采集装置。

背景技术

在地震勘探系统中，美国专利公开号US20100198561A1，公开日2010年8月5日，发明创造的名称为数据采集装置及方法(DATA ACQUISITION APPARATUS AND METHOD)，正如该专利中所述，所有的采集节点必须被同步以使它们有相同的采样时刻。在陆地勘探系统中，成百上千的地震信号采集节点被分布铺设在探测区域。常用的铺设方法是，将许多条由采集节点组成的采集链互连成探测阵进行铺设。每个采集节点的采集过程就是将地震信号数字化为地震数据，然后传送到数据处理中心。在水下地震勘探系统中，由多条探测阵列组成的探测系统被拖曳在勘探船后进行信号采集。

地震信号分析过程中，要求有精确的声源定位信息，假如实际的定位信息与用于地震数据分析的定位信息有差别，则会给地震数据分析的准确性带来问题。目前主流的地震仪标明的采集地震信号的时间同步精度为微秒级，但由于实际采集和记录的数据以样点为单位，所以第一个样点的处理方法是系统同步采集精度的关键，目前国外主流地震探测拖缆的时间同步精度只能够达到一个采样周期，如System Four和ARIE；占市场主要份额的法国Sercel公司的探测系统的同步采集精度也只有0.25ms，因此这些仪器的实际采集同步精度只有毫秒级(详见文献[1]罗兰兵，贾艳芳.首个样点的处理方法对同步精度的影响[J].物探装备，2009，19(4)：219-220.[2]罗兰兵，董世学.地震数据采集系统延迟时研究与分析[J].吉林大学学报(地球科学版)，2005，35(S1)：62-65.文献[3]朱德兵，平利姣，朱自强.浅层地震勘探数据拟同步采集时差分析与实践[J].地球物理学进展.2008，23(6)：1958-1962.)。

美国专利公开号US5978313，公开日1999年11月2日，发明创造的名称为地震勘探系统的时间同步方法(TIME SYNCHRONIZATION FOR SEISMIC EXPLORATION SYSTEM)，该申请案公开了一种地震勘探系统采集地震信号的时间同步方法。但此专利是针对陆上勘探系统，它对于置于水下的勘探系统无能为力，因为GPS同步信号很难被水下的系统接收到。美国专利公开号US6002339，公开日1999年12月14日，发明创造的名称为地震同步系统(SEISMICSYNCHRONIZATION SYSTEM)，该申请案公开了一种地震勘探系统采集地震信号的时间同步方法。但此专利也是针对陆地上的勘探系统，且采用无线通信的形式，同步过程比较复杂。美国专利公开号US20100198561 A1，公开日2010年8月5日，发明创造的名称为数据采集装置及方法(DATA ACQUISITION APPARATUS AND METHOD)，该专利中设计了一种节点采集地震信号的同步方法；但该方法为了达到同步采集的目的，需要在各个节点中设置专门的存储器去存储地震数据，同步协议复杂，且同步精度不高。

发明内容

为克服现有技术的不足，提供一种既能运用于陆上地震勘探系统中，又能运用于水下地震勘探系统中的进行地震信号采集的实现简单、同步精度高的时间同步装置，本发明采取的技术方案是，一种多个基于∑-ΔADC的地震采集节点的同步采集装置，其特征是，分为陆上勘探系统和水下勘探系统两大类，都主要由以下几部分组成：系统控制中心、交叉站或汇总站、采集节点；；

在交叉站中设置一个具有高稳定度和低相位噪声的温度补偿晶体振荡器VCTCXO产生主时钟，交叉站还设置有命令转发器用于转发来自系统控制中心的命令，主时钟一方面作为转发器转发命令的位同步时钟，另一方面也被作为所有采集节点转换地震信号的采样时钟，交叉站将带有主时钟信息的命令一方面向下一个交叉站传送，另一方面，向交叉站所在的链式勘探阵列中的所有采集节点传送，地震数据预处理及转发模块用于将地震数据转发至系统控制中心；

每个采集节点里设置有主时钟恢复模块、时钟信号延时模块、锁相环电路、∑-ΔADC模数转换器、数据预处理模块，主时钟恢复模块用于从带有主时钟信息的命令数据流中恢复出主时钟信号，恢复出的主时钟叫作恢复时钟，恢复时钟经时钟信号延时模块进行一定时间的延迟后传送到锁相环电路中，从时钟信号延时模块输出的时钟被叫作延迟时钟，锁相环电路将延迟时钟进行倍频，产生高频率时钟作为∑-ΔADC的输入时钟，供∑-ΔADC对地震信号进行过采样使用；另一方面，∑-ΔADC模数转换器对地震数据进行抽取处理后，产生一个降频信号，将此信号作为锁相环路的反馈信号输入到鉴相器中；

数据预处理模块由特殊命令延时模块、节点控制模块、地震数据组帧及发送模块组成，特殊延时模块用于对系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令进行一定时间的延迟；节点控制模块一方面用于设定时钟信号延时模块的延时时间量，另一方面用于控制自身的工作过程及工作状态。

所述锁相环电路的振荡器采用温度补偿晶体压控振荡器VCTCXO。

时钟信号延时模块对被主时钟恢复模块传出的恢复时钟进行一定时间Δt_i的延迟，且Δt_i是节点i对应的延迟量，使所有采集节点中延迟时钟的上升沿与主时钟波形的上升沿对齐。

命令延时模块对接收到的系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令进行一定时间Δt_i′的延迟，且Δt_i′是节点i对应的延迟量，使处于各个采集节点中的特殊延时模块传出系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令的时刻相同。

本发明具有如下技术效果：

(1)本发明中地震数据采集的时间同步方法不仅适用于陆地勘探系统，而且还适用于水下勘探系统。

(2)本发明设计了具有高精度高稳定度和低相位噪声的锁相环电路将延迟时钟进行倍频，然后作为∑-ΔADC芯片进行地震信号转换的时钟，这种方法能将所有的采集节点的时钟统一到同主时钟上，以使所有∑-ΔADC能够同时开始和结束对地震信号的转换过程。

(3)本发明设计了有效的时间同步误差校正方法，通过此方法能精确有效的校正采集系统的时间同步采集误差。

附图说明

图1示出本发明在陆地勘探系统中的应用框图。

图2示出本发明在水下勘探系统中的应用框图。

图3示出本发明中交叉站7的工作原理结构框图。

图4示出本发明中其它交叉站的工作原理结构框图。

图5示出本发明采集节点的工作原理结构框图。

图6示出本发明中数据预处理模块的内部结构图。

图7示出本发明中汇总站26的工作原理结构框图。

图8示出本发明中主时钟和“开始采集命令SAC”的传输延时及校正后的示意图。

图9示出本发明中∑-ΔADC芯片分频的波形示意图。

图10示出本发明中∑-ΔADC芯片分频的原理图。

图11示出本发明中锁相环稳定后的同步精度测试图。

图1中：1为陆地勘探系统的系统控制中心；2、3为采集节点；4为地震探测传感器；5、6为采集节点；7、8、9、10为交叉站；11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22为采集节点；23、24表示带有主时钟信息的命令的传播方向。

图2中：25为水下勘探系统的系统控制中心；26为汇总站；27、28为采集节点；29为地震探测传感器；30、31、32、33、34、35为采集节点；36表示带有主时钟信息的命令的传播方向。

图3中：37为命令转发器；38为由高精度低相位噪声的温度补偿晶体振荡器VCTCXO组成的主时钟；39为信号驱动器；40、41、42为带有主时钟信息的命令的传输线；43为地震数据预处理及转发模块。在本发明中，主时钟既用作转发命令的位同步时钟，也作为采集地震信号的时钟。

图4中：44为信号驱动器；45、46、47为带有主时钟信息的命令的传输线；48为地震数据预处理及转发模块。

图5中：49为信号驱动器；50、51为信号传输线；52为主时钟恢复模块；53为信号传输线；54为时钟信号延时模块；55、56为信号传输线；57为数据预处理模块；58为锁相环电路；59为鉴相器；60为环路滤波器；61为压控振荡器；62为信号传输线；63为由∑-ΔADC产生的分频器；64为信号传输线；65为∑-ΔADC芯片；66为信号调理电路；67为地震探测传感器；68为信号驱动器；69为数据预处理模块；70为主时钟恢复模块；71为信号传输线；72为锁相环电路；73、74为信号传输线；75为∑-ΔADC芯片；76为信号调理电路；77为地震探测传感器。

图6中：78为特殊命令延时模块；79为节点控制模块；80为地震数据组帧及发送模块。

图7中：81为命令转发器；82为由高精度低相位噪声的温度补偿晶体振荡器VCTCXO组成的主时钟；83为信号驱动器；84为地震数据预处理及转发模块；85、86、87、88为信号传输线。

图8中：89为由主时钟38发出的主时钟波形；90为第1个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；91为第2个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；92为第n-1个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；93为第n个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；94为波形90被校正处理后第1个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；95为波形91被校正处理后第2个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；96为波形92被校正处理后第n-1个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；97为波形93被校正处理后第n个采集节点接收到的延迟时钟的信号波形；98为命令转发器37转发出的“开始采集命令SAC”的波形；99为第1个采集节点接收到的“开始采集命令SAC”的波形；100为第2个采集节点接收到的“开始采集命令SAC”的波形；101为第n-1个采集节点接收到的“开始采集命令SAC”的波形；102为第n个采集节点接收到的“开始采集命令SAC”的波形；103为“开始采集命令SAC”波形99被校正处理后的波形；104为“开始采集命令SAC”波形100被校正处理后的波形；105为“开始采集命令SAC”波形101被校正处理后的波形；106为“开始采集命令SAC”波形102被校正处理后的波形。

具体实施方式

为克服现有技术的前述不足，本发明主要解决的技术问题是：(1)克服现有技术中同步方法应用范围狭小的缺点，提供一种既能运用于陆上地震勘探系统中，又能运用于水下地震勘探系统中的进行地震信号采集的时间同步方法。(2)克服现有技术需要在采集节点中设置专门的存储器以及需要通过复杂的同步协议实现时间同步方法的缺点，提供一种简单的时间同步方法(3)突破现有地震勘探系统时间同步精度低的缺点，提供一种高同步精度采集地震信号的时间同步方法。

本发明是这样实现的：

第一步：本发明系统结构的详细描述。

地震勘探系统可分为陆上勘探系统和水下勘探系统两大类。陆上地震勘探系统结构如图1所示，水下地震勘探系统如图2所示。它们都主要由以下几部分组成：系统控制中心、交叉站(或汇总站)、采集节点等组成。

(1)对于陆上勘探系统而言：

本发明中，如图3所示，在交叉站7中设置一个具有高稳定度和低相位噪声的温度补偿晶体振荡器VCTCXO作为主时钟38。命令转发器37转发来自系统控制中心1的命令，主时钟38一方面作为转发器37转发命令的位同步时钟，另一方面也被作为勘探系统中所有采集节点转换地震信号的采样时钟。交叉站7将带有主时钟信息的命令一方面向下一个交叉站8传送，另一方面，向交叉站7所在的链式勘探阵列中的采集节点2和采集节点5传送。地震数据预处理及转发模块43用于将地震数据转发至系统控制中心1。

进一步，本发明中，如图4所示，交叉站7、8、9、10等具有如下主要功能：向下一个相邻的交叉站转发来自系统控制中心1发送来的命令；向同一个探测链中的采集节点转发来自系统控制中心1发送来的命令。

进一步，本发明中，如图4所示，交叉站8接收来自交叉站7传来的带有主时钟信息的命令。交叉站8将此带有主时钟信息的命令一方面向下一个交叉站9传送；另一方面，向交叉站8所在的链式勘探阵列中的采集节点12和采集节点13传送。依此类推，其它交叉站与采集节点中主时钟的传送过程与上述过程相同。

进一步，本发明中，如图1所示，交叉站7、8、9、10等一方面接收来自其它相邻交叉站传来的地震数据，另一方面，接收来自所在链式勘探阵列中的采集节点传送来的地震数据。

进一步，本发明在每个采集节点里(如节点2)设置有一个主时钟恢复模块52(图5)，用于从带有主时钟信息的命令中恢复出主时钟信号，本发明中将恢复出的主时钟叫作恢复时钟。并将此恢复时钟经时钟信号延时模块54进行一定时间的延迟后传送到锁相环电路58中，本发明将被延时模块54延迟后恢复时钟叫作延迟时钟。

进一步，本发明在每个采集节点里设置有一个锁相环电路。一方面，此锁相环电路将延迟时钟进行倍频，产生高频率时钟作为∑-ΔADC的输入时钟，供∑-ΔADC对地震信号进行过采样使用；另一方面，∑-ΔADC对地震数据进行抽取处理后，产生一个降频信号，将此信号作为锁相环路的反馈信号输入到鉴相器中。

进一步，本发明中每个采集节点里，锁相环电路的振荡器采用温度补偿晶体压控振荡器VCTCXO，因为VCTCXO具有频率稳定性高，相位噪声小的优点，能有效保证∑-ΔADC时钟的稳定性。

进一步，本发明在每个采集节点里(如节点2)设计有一个数据预处理模块57(图6)，它主要由特殊命令延时模块78、节点控制模块79、地震数据组帧及发送模块80等组成。特殊延时模块78用于对“开始采集命令SAC(系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令)”进行一定时间的延迟；节点控制模块79一方面用于设定时钟信号延时模块54的延时时间量，另一方面用于控制所在节点的工作过程及工作状态；地震数据组帧及发送模块80用于对地震数据按照数据格式进行组帧处理和有序发送。

(2)对于水下的勘探系统而言：

本发明中，如图7所示，用于产生主时钟82的高稳定度低相位噪声的温度补偿晶体振荡器VCTCXO被设置在图2中的汇总站26中。命令转发器81在主时钟82的同步下通过信号驱动器83将带有主时钟信息的命令发送到各个采集节点。

进一步，汇总站26具有如下功能：一方面在主时钟82的同步下，将来自系统控制中心25的命令发送到采集节点27、30、32、34等中；另一方面接收来自所有采集节点传回的地震数据，然后再将这些地震数据上传至系统控制中心25。

进一步，主时钟信号在采集节点中的处理过程与在陆地勘探系统中采集节点中的处理过程相同，这里不再赘述。

第二步：时间同步方法的详细描述。

本发明首先对主时钟的传输延时进行详细分析，并指明主时钟的传输延时是使地震勘探系统产生时间同步误差的因素之一。

进一步，本发明设计了一种时间同步误差校正方法A，通过此方法可校正由主时钟的传输延时产生的时间同步误差。此方法的主要过程是：在每个采集节点(如节点2)中设置一个时钟信号延时模块54，它对被主时钟恢复模块52传出的恢复时钟进行一定时间Δt₂(注：节点i对应的延迟为Δt_i，所以对于节点2，延迟为Δt₂)的延迟，使所有采集节点中延迟时钟的上升沿与由主时钟模块38发出的主时钟波形89的上升沿对齐。

进一步，本发明对“开始采集命令SAC”的传输延时进行详细分析，并指明“开始采集命令SAC”的传输延时是使地震勘探系统产生时间同步误差另一重要因素。

进一步，本发明设计了一种时间同步误差校正方法B，通过此方法可校正由“开始采集命令SAC”的传输延时产生的时间同步误差。此方法的主要过程是：在每个采集节点(如节点2)中设置一个特殊命令延时模块78，它对接收到的“开始采集命令SAC”进行一定时间Δt₂′(注：节点i对应的延迟为Δt_i′，所以对于节点2，延迟为Δt₂′)的延迟，使所有采集节点中从特殊命令延时模块78传出“开始采集命令SAC”时刻相同。

进一步，通过时间同步误差校正方法A与B的结合，对所有节点采集地震信号的同步误差进行完全的校正，达到所有的采集节点被同步并有相同的采样时刻的目标。

系统的供电进行说明：系统中所有需要供电的模块都采用相应的电源模块进行供电，以使其能获得工作时所需要的能量。

本发明的特点：(1)本发明中地震数据采集的时间同步方法不仅适用于陆地勘探系统，而且还适用于水下勘探系统。(2)本发明设计了具有高精度高稳定度和低相位噪声的锁相环电路将延迟时钟进行倍频，然后作为∑-ΔADC芯片进行地震信号转换的时钟，这种方法能将所有的采集节点的时钟统一到同主时钟上，以使所有∑-ΔADC能够同时开始和结束对地震信号的转换过程。(3)本发明设计了有效的时间同步误差校正方法，通过此方法能精确有效的校正采集系统的时间同步采集误差。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

第一步：系统结构描述：

本发明的技术方案是，在交叉站7中设置有一个主时钟38，它一方面作为整个地震勘探系统进行地震信号同步采集的基准时钟，另一方面作为命令转发器37转发命令的位同步时钟。带有主时钟信息的命令经过信号驱动器39，一方面被通过信号线40传向采集节点2，另一方面被通过信号线41传向采集节点5，再一方面被通过信号线42传向交叉站8。

进一步，交叉站8通过信号线42接收来自交叉站7传来的带有主时钟信息的命令，然后带有主时钟信息的命令被信号驱动器44滤波放大后，一方面被通过信号线45传向采集节点13，另一方面被通过信号线46传向采集节点12，再一方面被通过信号线47传向交叉站9。其它交叉站中带有主时钟信息的命令的传送过程与以上所述过程相同，这里不一一列举出。

进一步，从交叉站7传出的带有主时钟信息的命令通过信号线40被传至采集节点2，再经过信号驱动器49放大滤波后，一方面被传送到数据预处理模块57，另一方面被传送到主时钟恢复模块52，再一方面被转发到下一个相邻的采集节点。

进一步，∑-ΔADC芯片(如ADS1278芯片)每次将地震信号转换完成后，将会输出一个表示地震信号已被转换完成的标志信号(假设此信号为SO)用于告知外部设备：信号已被转换完成，可以读取数据了。

进一步，带有主时钟信息的命令从时钟恢复模块52传出后经时钟信号延时模块54进行Δt_i的延迟，然后再被传至锁相环电路58。锁相环电路58由鉴相器59、环路滤波器60、压控振荡器61和∑-ΔADC芯片65组成。假设主时钟的时钟频率为f_M(周期为T_M)，则从信号线64反馈到鉴相器59的信号频率为f_M。因信号线64上的信号频率是经∑-ΔADC芯片65经过N分频后输出的，所以信号线62上的信号频率(∑-ΔADC芯片的时钟频率)f_O＝Nf_M，即压控振荡器61输出信号的频率为f_O＝Nf_M，如图9所示。将鉴相器59的相位差设计为0度，使信号线64上的反馈信号与延迟时钟信号S_i的频率和相位都相同。其中，∑-ΔADC芯片的1/N分频原理如图10所示，从信号线64脚输出降频的表示数据已被转换完成的标志信号S_O。通过本发明中的这种将∑-ΔADC芯片引入到锁相环电路中的设计，采集节点2中的标志信号S_O始终被锁定到与延迟时钟S_i同频同相的状态。实验结果表明，锁相环电路58达到锁定状态后，标志信号S_O与延迟时钟S_i的相位误差小于5ns，实测结果如图11所示。

进一步，数据预处理模块57主要由特殊命令延时模块78、节点控制模块79、地震数据组帧及发送模块80等组成。特殊延时模块78用于对“开始采集命令SAC”进行一定时间Δt_i′的延迟，并让其它命令无条件的通过；节点控制模块79一方面用于设定时钟信号延时模块54的延时时间量，另一方面用于控制所在节点的工作过程及工作状态；地震数据组帧及发送模块80用于对地震数据按照数据格式进行组帧处理和有序发送。

进一步，其它所有采集节点结构及工作原理与以上所述采集节点相同。

进一步，水下勘探系统中的汇总站26与陆地勘探系统中的交叉站7不同的是：汇总站26将带有主时钟信息的命令通过信号线85、86、87、88等传送到采集节点中，如图12所示。

第二步：时间同步方法描述：

本发明假设由∑-ΔADC芯片转换地震信号产生的群延时为t_g，在实际中，t_g可通过查阅芯片资料获得。则如上所述，在每个采集节点中，在延迟时钟S_i的上升沿时刻，地震信号被转换完成并被准备好。

如图8所示，波形89由主时钟38发出；由于交叉站、信号传输线以及采集节点中的信号驱动器都会对主时钟的传输产生延迟，所以第1个采集节点接收到的恢复时钟的波形90是波形89经过延迟得到的；同理，第2个采集节点(注：本发明中所述的第2个采集节点与采集节点2是不同的)接收到的恢复时钟的波形91是波形89经过延迟得到的，第n个采集节点接收到的恢复时钟的波形93是波形89经过延迟得到的。由于传输延时的存在，在各个采集节点中，从信号延时模块传出的延迟时钟S_i的上升沿时刻不是同一时刻，从而导致地震信号被转换的时刻也不是同一时刻，即产生了时间同步误差；如第i-1(i＝1，2，…，n，…)个采集节点与第i个采集节点之间采集地震信号的时间同步误差为t_i-t_(i-1)(i＝1，2，…，n，…)；第n-1个采集节点与第n个采集节点之间采集地震信号的时间同步误差为t_n-t_(n-1)。

假设“开始采集命令SAC”在主时钟的某个上升沿t_c0时刻从命令转发器37中被转发出，如图8中的波形98；由于交叉站、信号传输线以及采集节点中的信号驱动器都会对命令的传输产生延迟，所以第1个采集节点接收到的“开始采集命令SAC”的波形99是波形98经过延迟得到的；同理，第2个采集节点接收到的恢复时钟的波形100是波形98经过延迟得到的，第n个采集节点接收到的恢复时钟的波形102是波形98经过延迟得到的。由于传输延时的存在，各个采集节点在接收到“开始采集命令SAC”后，传送地震数据的时刻不是同一时刻，即产生了时间同步误差；如第i-1(i＝1，2，…，n，…)个采集节点与第i个采集节点之间传送地震信号的时间同步误差为t_ci-t_c(i-1)(i＝1，2，…，n，…)；第n-1个采集节点与第n个采集节点之间传送地震信号的时间同步误差为t_cn-t_c(n-1)。

由于“开始采集命令SAC”和主时钟的信号频率和传输链路相同，显然有t_i-t_(i-1)＝t_ci-t_c(i-1)，即同一个传输链路对主时钟和“开始采集命令SAC”的传输延时是相等的。

为了同步所有采集节点以便它们有相同的采样时刻，本发明通过以下两个步骤对同步误差进行校正，以实现所有节点的时间同步。

步骤1：采集节点i中的节点控制模块向时钟信号延时模块发送延迟参数，使时钟信号延时模块产生Δt_i＝t_i-mod(t_i/T_M)(mod(t_i/T_M)为求余运算)的延时。t_i在探测系统工作之前可通过测量获得。

步骤2：采集节点i中的特殊命令延时模块对接收到的“开始采集命令SAC”产生Δt_i′＝t_p-t_i的延迟。其中，t_p＝[t_cn/T_M]+T_M×3/2，即为t_cn所在主时钟周期的下一个主时钟周期内的下降沿时刻。

经过步骤1的校正处理后，所有采集节点里从时钟信号延时模块传出的延迟时钟的上升沿都被对齐到主时钟，如图8中的形波94、95、96和97的上升沿从t_q时刻开始被对齐；此时所有采集节点能在t_q时刻之后在同一时刻将地震信号转换成地震数据。

经过步骤2的校正处理后，所有采集节点中的节点控制模块在t_p时刻同时接收到“开始采集命令SAC”，并在t_s时刻同时发送出在t_k时刻被转换完成的数据。

经过上述方法处理后，陆上和水下勘探系统中所有采集节点里的节点控制模块能同时接收到“开始采集命令SAC”，并能将在同步一时刻被转换完成的数据发送到系统控制中心，即实现地震信号采集的高精度时间同步。

Claims (4)

1.一种多个基于∑-ΔADC的地震采集节点的同步采集装置，其特征是，分为陆上勘探系统和水下勘探系统两大类，都主要由以下几部分组成：系统控制中心、交叉站或汇总站、采集节点；

在交叉站中设置一个具有高稳定度和低相位噪声的温度补偿晶体振荡器VCTCXO产生主时钟，交叉站还设置有命令转发器用于转发来自系统控制中心的命令，主时钟一方面作为转发器转发命令的位同步时钟，另一方面也被作为所有采集节点转换地震信号的采样时钟，交叉站将带有主时钟信息的命令一方面向下一个交叉站传送，另一方面，向交叉站所在的链式勘探阵列中的所有采集节点传送，地震数据预处理及转发模块用于将地震数据转发至系统控制中心；

每个采集节点里设置有主时钟恢复模块、时钟信号延时模块、锁相环电路、∑-ΔADC模数转换器、数据预处理模块，主时钟恢复模块用于从带有主时钟信息的命令数据流中恢复出主时钟信号，恢复出的主时钟叫作恢复时钟，恢复时钟经时钟信号延时模块进行一定时间的延迟后传送到锁相环电路中，从时钟信号延时模块输出的时钟被叫作延迟时钟，锁相环电路将延迟时钟进行倍频，产生高频率时钟作为∑-ΔADC的输入时钟，供∑-ΔADC对地震信号进行过采样使用；另一方面，∑-ΔADC模数转换器对地震数据进行抽取处理后，产生一个降频信号，将此信号作为锁相环路的反馈信号输入到鉴相器中；

数据预处理模块由特殊命令延时模块、节点控制模块、地震数据组帧及发送模块组成，特殊延时模块用于对系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令进行一定时间的延迟；节点控制模块一方面用于设定时钟信号延时模块的延时时间量，另一方面用于控制自身的工作过程及工作状态。

2.如权利要求1所述装置，其特征是，所述锁相环电路的振荡器采用温度补偿晶体压控振荡器VCTCXO。

3.如权利要求1所述装置，其特征是，时钟信号延时模块对被主时钟恢复模块传出的恢复时钟进行一定时间Δt_i的延迟，且Δt_i是节点i对应的延迟量，使所有采集节点中延迟时钟的上升沿与主时钟波形的上升沿对齐。

4.如权利要求1所述装置，其特征是，命令延时模块对接收到的系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令进行一定时间Δt_i′的延迟，且Δt_i′是节点i对应的延迟量，使处于各个采集节点中的特殊延时模块传出系统控制中心启动所有采集节点开始进行地震信号转换的命令的时刻相同。

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