CC BY
45
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.3.07
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ СИНХРОННОГО ПУСКА СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНОГО КОМПЛЕКСА
Г. П. ТАРИКОВ, Е. А. ХРАБРОВ, В. Н. ГАРБУЗ,
В. И. ШУЛИКОВ, Е. Н. ГЕРАСИМЕНКО
Учреждение образования» Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,
Республика Беларусь
Введение
В сейсмической разведке полезных ископаемых для получения качественного результата вибраторы собирают в группы, а сейсмические воздействия неоднократно повторяют - накапливают. При этом возникает необходимость одновременного срабатывания всех вибраторов в группе и синхронного с этими срабатываниями начала записи отраженных сигналов на регистрирующем оборудовании, - сейсмостанции.
Некоторые современные системы синхронного пуска в сейсморазведке базируются на системе глобального позиционирования (Global Positioning System - GPS). Так, в системе Интромарин-С используются сигналы точного времени, передаваемые спутниками глобальной системы навигации GPS, а по каналу радиосвязи передаются только численные значения времени начала процессов [1]. Полная зависимость системы синхронного пуска Интромарин-С от системы GPS может привести к снижению надежности синхронных пусков.
В материалах [2] описаны случаи отказов работы системы GPS при работающих в данном районе бытовых СВЧ-печах без экранирования их электромагнитного поля. Частота излучения СВЧ нагревателя печи близка к частоте, используемой в системе GPS, мощность нагревателя составляет 800-1000 ватт, а мощность принимаемого рабочего сигнала системы GPS порядка нескольких микроватт, поэтому даже небольшие нарушения экранирования электромагнитного поля излучателя СВЧ-печи может привести к отказам работы системы GPS.
В статье [3] описана экспериментальная проверка надежности системы GPS при воздействии на эту систему простого сигнала и сделан следующий вывод. «Из-за сильной зависимости от простейших организованных помех в виде расстроенной несущей использование GPS в ряде случаев окажется невозможным. Причем, в обоих (гражданском и военном) каналах. При этом для глушения ни гражданского, ни военного канала знать коды ФМ-сигналов не требуется».
Чаще всего для синхронизации сейсмостанции с отрядом вибраторов используют командные радиолинии связи с шумоподобными сигналами пуска с большой избыточностью [4], [5]. Основной недостаток таких систем синхронизации заключается в их плохой защищенности от ложного приема сигнала пуска. Так, комплекс аппаратуры, состоящей из блока управления сейсмического вибратора БУСВ и генератора синхронизирующего ГС имеет вероятность pL ложного приема сигнала пуска примерно 10 -9. Это значит, что при 8-часовом рабочем дне и при длительности символа принимаемой псевдослучайной последовательности Тс =1 мс, ложный прием сигнала пуска одним источником сейсмических сигналов может происходить в среднем через 1118 дней.
Постановка задачи
Надежность систем синхронного пуска вибрационных источников сейсмических сигналов в основном зависит, как показано в [6], от двух параметров: вероятности
неприема сигнала пуска и вероятности рь ложного приема сигнала пуска в момент, когда никакого сигнала пуска нет в радиоканале. Если один из группы, например, из 5 вибраторов, не примет пусковой сигнал (неприем), то величина формируемого сейсмического сигнала уменьшится на 20 % и больших потерь не будет. А при ложном срабатывании одного из группы вибраторов его сейсмический сигнал создаст на сейсмическом разрезе ложные отражающие горизонты, которые могут привести к дезинформации геофизиков и даже к бурению непродуктивных скважин.
Задачей работы является снижение вероятности ложного срабатывания систем синхронизации, что позволит повысить надёжность сейсмических вибраторов, сделать их более эффективными и безопасными в работе.
Решение задачи
Для повышения надежности системы синхронного пуска предлагается ввести в сейсморазведочный комплекс таймеры, которые обеспечивают уменьшение вероятности ложного пуска каждого вибратора, а также использовать комбинированные декодеры [7], обладающие повышенной надежностью.
Структурная схема сейсморазведочного комплекса представлена в виде, показанном на рис. 1. На сейсмостанции имеется формирователь кодированного сигнала пуска вибраторов - кодер 1с, который по команде таймера 10с сейсмостанции в нужный момент запускает на сейсмостанции внутренний генератор 3с копии вибрационного сигнала.
Рис. 1. Сейсморазведочный комплекс, в котором: 1с - кодер; 3с, 3в - генераторы копии вибрационного сигнала; 4с, 4в - радиостанции; 5с - записывающая аппаратура;
6с - сейсмоприемники; 7в - декодер; 8в - электрогидравлический возбудитель вибрации; 9в - опорная плита вибратора; 10с, 10в - таймеры
Эта копия вибрационного сигнала записывается на магнитную ленту в регистраторе 5с вместе с главной информацией сейсморазведочного комплекса - с принятыми сейсмоприемниками 6с отраженными сейсмическими сигналами. Кодированный сигнал пуска по радиоканалу через передатчик 4с, установленный на сейсмостанции и приемники 4в, стоящие на вибраторах, поступает для распознавания в декодеры 7в.
Структурная схема предложенного в [7] декодирующего устройства, реализующего комбинированный принцип приема, приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема комбинированного декодера
Как и в захватном принципе приема, описанном в [6], здесь, если все г разрядов регистра сдвига будут заполнены «правильными» символами сигнала d(t) синхронного запуска, то с выхода обратной связи регистра сдвига, с последнего его сумматора по модулю 2, в соответствии со свойствами М-последовательностей, будут формироваться такие же символы, т. е. совпадающие с символами основной реализации входного сигнала d1(t) синхронного запуска.
Совпадение символов с выхода обратной связи регистра сдвига с символами основной реализации входного сигнала d1(t) синхронного запуска проверяется компаратором СОМР1. Если в декодируемой основной реализации входного сигнала d1(t) синхронного запуска нет искаженных символов, то с неинвертирующего выхода компаратора СОМР1 подается разрешение на схему &1; которая пропускает через себя тактовые импульсы основной частоты на С вход счетчика совпадений Ст2.
Если же в декодируемой основной реализации входного сигнала d1(t) синхронного запуска появится хоть один искаженный символ, то компаратор СОМР1 не только не дает разрешение на схему &1; но и, разрешая своим инвертирующим выходом работу схемы &2, обеспечивает прохождение тактовых импульсов основной частоты на R вход сброса счетчика совпадений Ст2. После этого счет подряд идущих совпадений начинается сначала.
В случае набора в Ст2 порогового числа ^ подряд совпадающих символов, на выходе этого счетчика Ст2 вырабатывается сигнал, поступающий на £ вход управляющего ДО-триггера Тг3, и на R входы сброса счетчиков совпадений Ст4, Ст5, и Счетчика символов Стз.
После этого триггер Тг3 перебрасывается в противоположное состояние, и тогда на схему &1 подается запрет, а на схемы &3...&7 - разрешение. При этом через мультиплексор МиХ3 (схему 2И - 2ИЛИ3, 2& - 213 ) замыкается обратная связь регистра сдвига с сумматорами по модулю 2.
В результате этого регистр сдвига начинает сам генерировать М-последовательность, являющуюся продолжением только что принятого ее фрагмента, что позволяет производить проверку оставшейся части принимаемого входного сигнала d(t) синхронного запуска, т. е. входной М-последовательности.
Тактовые импульсы, соответствующие принимаемым символам, проходя через открытую схему &5, поступают на вход С счетчика символов Ст3. Когда число тактовых импульсов, попавших в Ст3, достигнет определенного числа п, с его выхода на вход
решающего устройства РУ подается сигнал на проверку достижения Ст4 и Ст5 заданного порога k2.
Если из п символов в каком-либо из Ст4 или Ст5 (или в обоих) наберется число совпадений равное порогу k2, то РУ подает разрешение на прохождение через схему &4 импульса с выхода г - входовой схемы & генератора опорного синхросигнала.
Если же из п символов ни в одном из Ст4 или Ст5 не наберется числа совпадений, достигающего порогового значения k2, то РУ вырабатывает сигнал, который как и импульс ПУСК, пройдя через трехвходовую схему 3ИЛИ (31), поступает на R вход Тг3 и переводит его в исходное состояние, при котором декодер сможет вновь попытаться принять данный сигнал синхронного запуска, как это описано выше.
Вероятность рь ложного срабатывания здесь будет определяться двумя величинами: вероятностью рЬ2 ложного «захвата» генератором опорного синхросигнала и вероятностью рьс неправильной контрольной проверки с помощью РУ в отсутствие сигнала синхронного запуска на входе декодера (ложный контроль):
Вероятность рьг ложного «захвата» генератора опорного синхросигнала определяется также, как и при захватном принципе приема:
где ^ - порог срабатывания счетчика совпадений схемы захвата комбинированного декодера; п2 - число символов, используемых для его контрольной проверки.
Вероятность рьс неправильной контрольной проверки с помощью решающего устройства (РУ) можно найти с помощью формулы:
где k4 - порог срабатывания счетчика совпадений схемы контрольной проверки комбинированного декодера.
Как показано выше, для уменьшения вероятности ложного приема предлагается в блоки управления сейсмическими вибраторами и в генератор синхронизирующий, устанавливаемый на сейсмостанции, ввести цифровые программируемые таймеры, причем таймеры, устанавливаемые на вибраторах, должны формировать временные окна на интервалы времени, в течение которых должны приходить от сейсмостанции шумоподобные сигналы пуска. Высокой стабильности частоты тактовых генераторов в данном случае не требуется, поскольку синхронность срабатывания всех сейсмических источников в отряде и сейсмостанции будет определяться, как и в [4], [5] только несинхронностью приема шумоподобного сигнала пуска.
Оценим эффективность предлагаемого метода. Если сигнал синхронизации передаётся в каждый выделенный для этого промежуток, то ложных срабатываний происходить не будет. Рассмотрим наиболее худший случай, когда сигнал синхронизации с сейсмостанции не передаётся, а сейсмические источники находятся в режиме приёма. При этом вероятность ложного срабатывания можно оценить по формуле (1). С учетом того, что приём осуществляется только в специально выделенные временные интервалы, вероятность Рьт ложного приема с использованием таймеров будет определяться следующим образом:
Рь = PLZ • Рьс .
(1)
рЬ2 = 0,5"+3(2Г - г - kз - п2),
(2)
(3)
р =
1 LT
Рь '(Г
+ 2Т
SIGNAL RESERV,
где Рь - вероятность ложного приема при захватном декодировании сигнала пуска; Т^Ш1, - дополнительный, резервный отрезок времени, формируемый перед началом и после окончания сигнала пуска; Тс1сь - продолжительность цикла повторения сейсмических воздействий; Т^шь - продолжительность шумоподобного сигнала пуска.
Как видим, использование таймеров в декодерах даёт значительное снижение вероятности их ложного срабатывания. Так, для случая, рассмотренного выше, вероятность ложного срабатывания даже в наихудшем случае эксплуатации вибраторов согласно формуле (5) в 25 раз меньше, чем при эксплуатации вибраторов без предложенных доработок.
После приема каждого шумоподобного сигнала пуска дополнительно предлагается подстраивать все таймеры на вибраторах для того, чтобы устранить набежавшую в них временную ошибку. Тогда относительную нестабильность всех таймеров, в том числе и установленного на сейсмостанции, можно допустить еще большей, а именно для нашего примера она может быть 3,4 • 10-3'
Эксперимент
Поскольку физическое моделирование процесса, в котором анализируемое событие ложного захвата происходит в среднем раз в несколько лет, сделать невозможно, то была разработана специализированная программа RANDEC [8], обеспечивающая генерацию шумоподобного сигнала и программную модель функционирования узлов обработки пусковой псевдослучайной последовательности, и проведено компьютерное
моделирование с использованием этой программы. Это позволило примерно в 105 раз ускорить анализ и получить данные, приведенные на рис. 2.
Рь<№
20
25
30
35
k 40
Рис. 2. Графики зависимостей вероятности ложного пуска сейсмовибраторов:
________- при отсутствии таймеров Рь(к);_- при наличии таймеров Рьт (к);
• • • - точки, полученные экспериментально при компьютерном моделировании
Сравнение результатов эксперимента с расчетными значениями показывает, что их различие не превысило 3 дБ, что можно считать допустимым.
Выводы
Ложное срабатывание сейсмического вибратора, вызванное совпадением отсчётов принимаемого шумового сигнала и эталонной псевдослучайной последовательности, может привести к значительным материальным затратам и быть опасным для здоровья и даже жизни людей. Введение таймеров в широко распространенные системы синхронного пуска позволяет существенно уменьшить вероятность ложного срабатывания этих систем и тем самым повышает надежность работы сейсморазведочного комплекса, практически устраняя аварийные ситуации, возникающие при ложных пусках сейсмических вибраторов. Введение же в конструкцию приёмника контура подстройки таймеров после
приёма сигнала синхронного пуска позволяет существенно упростить требования к точности и при этом повысить надёжность работы системы.
Так, например, при типовых условиях, описанных выше, ложное срабатывание в среднем может происходить приблизительно раз в 3 года, а в системе синхронизации с применением таймеров ложное срабатывание при наихудших, с точки зрения рассматриваемого метода, условиях эксплуатации сейсморазведочного комплекса может произойти раз в 76,5 года. Таким образом, даже при неблагоприятных условиях эксплуатации сейсморазведочного комплекса с использованием рассмотренного в статье метода ложные срабатывания в течение типового срока службы 5 лет практически исключаются.
Литература
1. Система синхронизации Интромарин-С. http://www.intromarin.ru/, 22.09.2006.
2. Американское высокотехнологичное оружие направлено на Россию В. В. Кашинов. RuWeb_Info - Белый Мир.
3. Экспериментальная проверка помехозащищенности американской спутниковой навигационной системы GPS. М. П. Иванов, В. В. Кашинов. mailto:info@laboratory.ru
4. Пат. 3891963 США, МКИ G 01 v 1/14. Кодовое устройство взрывания по радио. /Herbert C. B. (США); Exxon Production Research Co. - № 407531; заявл. 23.10.73; опубл. 24.06.75, НКИ 340/15,5. - 4 c.
5. А. с. 913298 СССР, МКИ3 G 01 v 1/04. Устройство синхронизации источников
сейсмических сигналов / В. А. Пантелеев, Е. А. Храбров, А. Г. Слободов, А. С. Быков и Н. М. Кобин (СССР). - № 2949867/18-25 02; опубл. 15.03.82,
Бюл. № 10 // Открытия. Изобретения. - 1982. - № 10. - С. 106.
6. Тепляков, И. М. Радиолинии космических систем передачи информации /И. М. Тепляков. - Москва : Советское радио, 1975.
7. А. с. 949577 СССР. МКИ3 G 01 v 1/04. Устройство управления источником сейсмических волн / А. С. Шагинян, А. Г. Асан-Джалалов, В. А. Пантелеев, Е. А. Храбров, Н. И. Давиденко, В. Н. Кабишев (СССР).- № 2669035/18-25; заявл. 28.09.78; опубл. 07.08.82, Бюл. № 29 // Открытия. Изобретения. - 1982. - № 29. - С. 92.
8. Программа RANDEC. В. Н. Гарбуз. http://sciencesignalproblem.tut.by, 22.09.2006.
Получено 04.12.2006 г.
