蘇油號氣槍船與428XL儀器聯機探討

創新者：周仕宏 代偉明 晉為真

蘇油號氣槍船與428XL儀器聯機探討

創新者：周仕宏 代偉明 晉為真

文章簡要闡述了Bigshot氣槍控制器的工作原理，并詳細分析了428XL儀器與氣槍控制器同步連接時參數設置的特點和聯機技術，通過野外使用，檢驗了導航系統、槍控系統與428XL儀器系統的聯機方法的合理性和參數調試的正確性。實踐證明，采用本方法可以有效發揮三大系統功能，高效完成采集作業。

“蘇油號”氣槍船是中石化地球物理公司江蘇分公司購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）和空壓機等配套設施均為目前世界上最新、最為先進的設備。在野外施工中，筆者通過現場試驗，順利實現了蘇油號氣槍船與428XL儀器的聯機和符合行業標準的同步調試，并完成了導航系統自主觸發槍控，實現儀器系統同步采集的高效生產方式。下面給出了詳細的方法，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Real Time Systems公司生產的96槍控制器單元，包括Bigshot控制器（Controller）、電源箱體（Power Supply）、無線電遠程同步箱體（GCSLink2000）。 “蘇油號”氣槍船安裝有28支BOLT氣槍， 4個電源箱體，每個電源箱體控制7支BOLT氣槍。這樣，每個電源箱體還有一個備用控制通道。Bigshot控制器通過設置系統參數可以自動控制每支槍的起爆時間以保證各槍同步誤差在±1ms之間。兩臺無線電遠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，另一臺為從單元，主、從單元之間采用無線通訊，兩者組成一個完整的無線電同步控制系統。見圖1所示。

圖中主單元與儀器系統放置在一起，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電臺實現無線電通信。儀器系統可以通過主單元觸發槍控系統實現槍陣激發，該方式為儀器主動激發；也可以通過導航系統觸發從單元，從單元啟動點火序列實現儀器系統自動采集，該方式為儀器被動激發，適合大面積水域施工。采用被動激發模式時，Hydropro導航系統適時激活Fix Box，發出Fix Out閉合信號，激發從單元啟動放炮序列，無需操作員點擊GO指令即可完成連續地震采集作業。

Bigshot氣槍控制器與428XL儀器的連接

槍控系統與428XL儀器的連接主要是指GCSLink2000主單元與LCI-428的連接。槍控系統有三種方式啟動觸發，完成槍陣的激發：

1.從導航來的外部觸發（注意：外部觸發脈沖寬度必須大于5毫秒）；

2.內部循環模式啟動；

3.在鍵盤上按ALT-F鍵。

外部觸發信號類型可以由GCSLink2000主板上的JP11跳線選擇：

1. Closure閉合信號（5腳與6腳短接，7腳與8腳短接；這是出廠默認設置）；

2. TTL 負脈沖（跳線設置同上）；

3. 光電隔離的TTL正脈沖信號（1腳與2腳短接，3腳與4腳短接）。

上述三種觸發信號均能實現激發。而導航、槍控及儀器三大系統之間最好采用統一觸發信號類型，以便于系統同步和數字信號的處理。由于所采用的Hydropro導航定位系統中的信號轉換器（Fix Box）輸出為閉合信號，因此，蘇油號氣槍船的槍控系統和428XL儀器主機之間選用閉合信號來實現觸發。

GCSLink2000主單元與428XL儀器的連接圖如圖2所示。

圖1　蘇油號氣槍船與428XL儀器系統配置示意圖

圖中，K，L為CTB信號，與GCSLink2000的F，E連接，用于觸發儀器系統采集數據。其中，F，E為可編程TTL輸出信號，可作為同步信號。M，N為儀器GO指令，是一個閉合信號，用于觸發槍控啟動槍陣激發序列，該信號連接到GCSLink2000控制端口的A，B引腳，為槍控的閉合輸入觸發信號。H，J為外部GO命令，用于儀器被動激發，它與GCSLink2000的G，N相連，其中G腳與H腳之間串聯一個500～1kΩ的限流電阻，當來自導航的外部閉合信號或人工/內部循環使得P、N之間短路，則+12V信號加載到LCI-428的H，J兩端，產生外部GO指令，觸發儀器系統開始預采集，當預定的延遲時間到達，主單元通過F，E發出CTB指令，儀器開始采集，同時從單元激發槍陣完成放炮作業。GCSLink2000的R，S和C，D分別為CTB和FTB信號，這兩組信號通過電阻衰減網絡連接到儀器的兩個輔助道（FDU-428）。該衰減網絡為兩個1K和一個150Ω的金屬膜電阻，當完成激發時，+5V信號加載到衰減網絡，此時FDU-428輸入端的瞬時電壓為5*150/（2000+150）=348.8mV，滿足FDU-428采用G2前放增益時最大允許輸入400mV的限制。

兩種激發方式下的相關參數設置

為了保持槍控系統和儀器系統的穩定同步，必須在GCSLink2000中正確設置合理的相關參數。這些參數設置在主、從控制器中要保持一致。這些參數是通過Bigshot氣槍控制器運行槍控軟件來調整的。兩個主要的系統參數設置如圖3、圖4所示。

圖3　質量監控參數

圖4　氣槍同步時間參數

圖5　無線電系統同步參數菜單

圖6　GCSLink2000與428XL儀器系統同步時序圖

緊接著要設置槍陣的預點火時間：

通過F4 鍵來進入氣槍設置，先將所有槍的時間統一設置為15 ms，通過自動校槍來保證各槍點火同步誤差在±1ms之間。

完成以上參數的設置后進入系統同步菜單，包括以下參數。

1.設置好系統點火、觸發儀器、閉合信號時間。

2.選擇好放炮方式。

3.氣槍控制器的主從關系是唯一的，否則同步無法建立。無線電系統同步參數菜單如圖5。

注意，當選用從單元激發時（儀器被動激發），圖5中的Trigger Location設置為SLAVE，而當選用主單元激發時（儀器主動激發），Trigger Location設置為MASTER，其他參數不變。

兩種激發方式下的系統同步過程

由于本槍控系統與導航系統、儀器系統間主要采用閉合信號實現同步，因此，無論是采用儀器主動激發，還是被動激發，兩者的同步過程基本一致，區別在于，當采用儀器主動激發時，由儀器操作員點火，完成點火及采集序列；當采用儀器被動激發時，由Hydropro導航或者由槍控作業人員觸發，儀器操作員無需點火，即可完成點火及采集序列。其系統同步時序圖如圖6所示。

采用儀器主動激發時，儀器操作員鼠標點擊GO指令，發出閉合觸發指令（Closure Trigger In），GCSLink2000主單元接收到該指令后，在50μs內完成與從單元的同步，處于預采集狀態。在預設的儀器啟動延遲（Record Start Out）時間（1400ms）后，主單元向428XL儀器發送CTB信號來啟動數據采集；同時從單元在該時刻（Radio Aiming Point，同為1400ms）激發槍陣，確保儀器采集的0時刻，槍陣同步激發。

當采用儀器被動激發時，由Hydropro導航系統自動觸發，或者由槍控作業人員人為觸發，此時，從單元接收到該觸發信號，在50μs內完成與主單元的同步。主單元在預設的Record Closure Out信號延遲時間（900ms）后，發出閉合信號，產生外部GO信號，激活428XL儀器系統進入預采集，在預設的儀器啟動延遲（Record Start Out）時間（1400ms）后，主單元向428XL儀器發送CTB信號來啟動數據采集；同時從單元在該時刻（Radio Aiming Point，同為1400ms）激發槍陣，確保儀器采集的0時刻，槍陣同步激發。

圖7　428XL儀器TB時窗設置

圖8　428XL儀器Seismic Setup參數設置

在導航自動激發模式下，如果需要從單元觸發導航系統實時采集氣槍激發點的定位數據，則要用到從單元鐘TB信號（Slaver CTB Out），該信號與主單元的鐘TB信號同時刻輸出，可以確保記錄的炮點數據就是氣槍震源激發點的準確數據。缺省情況下，主、從單元閉合輸出信號（Master/Slave Closure Out ）與鐘TB信號之間有50ms倒計時時間，這里設置為1350ms，這樣，經過50ms延遲后，也就是在無線電瞄準點（1400ms）時刻從單元同步激發槍陣，同時觸發采集激發點的定位數據。

428XL儀器主機本身的設置則較為簡單，主要是要調整其TB Window時間，一般將其設置成最大，428XL儀器支持最大6400ms。見圖7所示。當428XL儀器進入預采集狀態后，只要6400ms內能接收到主單元的CTB信號，即可正常采集并記錄地震數據。超過6400ms則會產生ITB內觸發信號，表明儀器在此時間內沒有收到CTB信號。本槍控系統設置為1400ms，正常情況下，槍控能穩定觸發儀器系統。

如果428XL儀器系統工作于被動方式下，且槍控處于自動連續激發時，則需要設置428XL儀器主機工作于連續模式（Continuous），見圖8所示。

結束語

蘇油號氣槍船通過與428XL儀器系統的聯機調試和野外試生產，各種設備工作正常，系統同步精度達到行業技術標準，表明蘇油號氣槍船設備整體達到技術要求，可以投入野外正常生產。在2013年重慶FL地區的施工中，槍控系統工作正常，采用428XL儀器系統控制井炮和槍控混合施工，施工效率令人滿意，在長江主航道水域，最高日放氣槍炮460炮，順利填補了資料天窗，得到了甲方與施工單位的一致認可。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.032