Геофизическая система сбора и обработки информации

 

Использование: для сбора и обработки геофизической информации, в частности для измерения, регистрации и обработки электрических и магнитных составляющих электромагнитного поля, при изучении геодинамических процессов, протекающих в земной коре, методами электроразведки. Сущность изобретения: в устройство, содержащее генераторную установку, сеть измерительных пунктов, соединенных лучевой структурой с центром управления, сбора и обработки полученных данных, промежуточные измерительные и/или ретрансляционные пункты, введен блок обработки данных, совмещенный с блоком управления и выполненный в виде микроЭВМ, генератор тестовых сигналов и блок измерительных усилителей. Каждый промежуточный пункт состоит из измерительной станции и устройства передачи данных, а ретрансляционный пункт - устройства передачи данных. Все устройства передачи данных, кроме радиопередатчиков с антеннами, снабжены соединенными между собой дешифратором команд и модемом, связанным двунаправленной связью с микроЭВМ измерительной станции. В устройство передачи данных промежуточного и ретрансляционного пунктов введены дополнительные радиоприемник, радиопередатчик, фильтр частотных развязок и антенна. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к системам сбора и обработки геофизической информации и предназначено для измерения, регистрации и обработки электрических и магнитных составляющих естественного или искусственно создаваемого электромагнитного поля с целью изучения геодинамических процессов, протекающих в земной коре методами частотного зондирования, зондирования становлением поля, магнитотеллурического зондирования и другими электроразведочными методами, а также для выполнения работ, связанных с прогнозом землетрясений.

Известна централизованная сейсмическая система, которая может быть использована также для изучения вариаций магнитных и электрических полей Земли [1] Для увеличения объема получаемой информации и повышения оперативности ее сбора система включает группу автономных измерительных пунктов наблюдения, количество и расположение которых определяется условиями эксперимента и одного центрального пункта. Каждый измерительный пункт включает однополосный передатчик с направленной антенной, а в состав центрального пункта входит приемная антенна радиоприемника, сигнал которого записывается в блок памяти одновременно с записью меток времени и с последующей регистрацией его на многоканальном осциллографе.

Одним из недостатков известной централизованной сейсмической системы является отсутствие оперативного управления сетью сбора информации ввиду односторонней связи с центральным пунктом. Другим недостатком этой системы является невозможность ее использования для исследования искусственных электромагнитных полей, создаваемых в земной коре специальными генераторными установками. Но основным недостатком известной системы является отсутствие оперативной обработки в режиме реального времени геофизической информации, полученной электроразведочными станциями.

Наиболее близким к изобретению является цифровая радиотелеметрическая система сбора и обработки информации, разработанная для оснащения экспериментальных полигонов с магнитогидродинамическими (МГД) установками или другими специальными электроимпульсными установками по предсказанию землетрясений на территории Средней Азии [2] Названная система состоит из сети (порядка двадцати) автономных цифровых станций сбора геофизической информации, а именно, электроразведочных станций, генераторной установки и центра обработки данных, предназначенного для управления сетью базовых автономных станций и генераторной установкой, контроля их работы, обработки экспериментальных данных. Измеренная информация с автономных электроразведочных станций по радиоканалу передается в центр обработки данных, в котором с помощью ЭВМ производится прием, сортировка и накопление поступающей информации. На ЭВМ центра обработки также по радиоканалу или проводными каналами связи передается информация телеизмерительного комплекса генераторной установки для проведения совместной обработки с результатами полевой регистрации.

Основным недостатком электроразведочной системы для прогноза землетрясений, принятой в качестве прототипа, является невозможность ее использования при исследовании больших площадей в условиях горной местности, актуальность исследования которой определяется ее особенно высокой сейсмоактивностью, т. к. в известной системе используются радиолинии передачи данных, связывающие каждую электроразведочную станцию непосредственно с центром обработки данных и работающие только в условиях прямой видимости. Другим недостатком известной системы является отсутствие возможности обработки (сжатия данных) в пунктах сбора геофизической информации, которая позволила бы сократить объем передаваемой информации и время передачи ее на центральный пункт сбоpa.

Существенными недостатками известной системы являются также: недостаточная плотность размещения измерительных пунктов по площади при необходимости больших площадей исследования; большое потребление электрических мощностей, так как электроразведочные станции должны находиться все время во включенном состоянии; невозможность перестройки конфигурации системы под конкретные задачи и условия приема геофизической и сейсмической информации.

Технический результат изобретения повышение производительности геофизических измерений за счет полной автоматизации процессов измерения, сбора и обработки этой информации при увеличении площади геофизических исследований, а также варьирования конфигурации системы под конкретные задачи без перестройки всей системы.

Кроме того, в ходе разработки аппаратуры для предлагаемой системы была решена задача унификации блоков и элементов, составляющих систему, что облегчает любую их компоновку, даже в полевых условиях без дополнительных материальных и интеллектуальных затрат.

Технический результат достигается тем, что известная система сбора и обработки геофизической информации, содержащая генераторную установку и сеть измерительных пунктов, соединенных лучевой структурой с центром управления, сбора и обработки полученных данных, снабжена промежуточными измерительными и/или ретрансляционными пунктами, размещенными на ветвях, соединяющих центр управления, сбора и обработки измерительных данных и измерительные пункты с помощью двунаправленных радиолиний передачи данных. При этом, каждый промежуточный пункт включает в себя измерительную станцию и устройство передачи данных, а ретрансляционный пункт устройство передачи данных. Это обеспечивает повышение производительности и увеличение площади, охватываемой геофизическими исследованиями. В измерительную станцию, включающую генератор тестовых сигналов подключенный к выходу блока геофизических датчиков, блок усилителей, соединенный входами с блоком датчиков, а выходом с аналого-цифровым преобразователем, введен блок обработки данных, совмещенный с блоком управления и выполненный в виде микроЭВМ, к которой через внутрисистемную общую шину обмена цифровыми данными подключены упомянутые аналого-цифровой преобразователь, генератор тестовых сигналов и блок измерительных усилителей. Все устройства передачи данных, включающие антенну, радиоприемник и радиопередатчик, связанные с фильтром частотных развязок, снабжены соединенными между собой дешифратором команд и модемом, соединенным двунаправленной связью с микроЭВМ измерительной станции. При этом в устройстве передачи данных измерительного пункта модем связан выходом с радиопередатчиком, а входом с радиоприемником, причем выход радиопередатчика и вход радиоприемника подключены к фильтру частотных развязок, а дешифратор команд связан с радиопередатчиком и измерительной станцией Кроме того, в устройстве передачи данных промежуточного измерительного и ретрансляционного пунктов введены дополнительный радиоприемник выход которого подключен ко второму входу основного радиопередатчика и дополнительный радиопередатчик, вход которого подключен к выходу основного радиоприемника, а выход через дополнительно введенный фильтр частотных развязок к дополнительной антенне, причем выход дополнительного фильтра частотных развязок подключен ко входу дополнительного радиоприемника, при этом, в промежуточном измерительном пункте выход дешифратора команд соединен со входом измерительной станции.

Указанные выше отличительные признаки способствуют повышению производительности геофизических измерений, а также существенному сокращению энергетических затрат всей системы.

Значительным дополнением в предлагаемой системе сбора и обработки геофизической информации является возможность в каждый из промежуточных и/или ретрансляционных пунктов введения дополнительных ветвей, состоящих из промежуточных и/или ретрансляционных пунктов, которые в этом случае являются кустовыми, причем каждая ветвь, как основная, так и дополнительная, должна заканчиваться измерительным (а не промежуточным) пунктом, называемым конечным. Введение кустовых промежуточных измерительных и ретрансляционных пунктов увеличивает плотность размещения станций на общей площади, а также саму исследуемую измерительной системой площадь.

На фиг.1 приведена схема предлагаемой геофизической системы сбора и обработки информации; на фиг. 2 схема измерительного пункта; на фиг. 3 - схема промежуточного измерительного пункта; на фиг. 4 схема ретрансляционного пункта.

Геофизическая система сбора и обработки информации состоит из центра управления и сбора информации (ЦУСИ) 1, генераторной установки (ГУ) 2, ряда автоматических измерительных пунктов (ИП) 3, ряда автоматических промежуточных измерительных пунктов (ПИП) 4 и ряда автоматических ретрансляционных пунктов (РП) 5. Связь ЦУСИ 1 с генераторной установкой 2 осуществляется посредством двунаправленной проводной линии или радиолинии в случае большого расстояния между ними. Схема сети связи ЦУСИ 1 с генераторной установкой 2, измерительными 3, промежуточными измерительными 4 и ретрансляционными 5 пунктами имеет разветвленно-лучевую структуру. Связь ЦУСИ 1 с измерительными 3, 4 и ретрансляционными 5 пунктами осуществляется с помощью двунаправленных радиолиний, работающих в дуплексном режиме. Таким образом, ЦУСИ 1, связанный с ГУ 2 двунаправленной линией связи, имеет ряд ветвей связи 6, каждая из которых включает или только измерительный 3 и промежуточный измерительный 4 пункты, или измерительный 3, промежуточный измерительный 4 и ретрансляционный 5 пункты, или измерительный пункт 3, несколько промежуточных измерительных пунктов 4, чередующиеся в любом порядке с ретрансляционными пунктами 5. Размещение промежуточных измерительных 4 и ретрансляционных 5 пунктов на ветвях 6 произвольное и зависит от территориальных условий (рельеф местности) и условий, ставящихся геофизических задач, поэтому количество промежуточных измерительных 4 и ретрансляционных 5 пунктов на каждой ветви 6 может быть неограничено, и размещать их можно, как непосредственно по линии луча, так и разветвляя в стороны от любого промежуточного измерительного 4 и/или ретрансляционного 5 пунктов в произвольном порядке. В случае, когда из промежуточного измерительного пункта 4 исходит несколько дополнительных ветвей с ретрансляционными 5, промежуточными измерительными 4 и измерительными 3 пунктами, эти промежуточные пункты следует называть кустовыми промежуточными пунктами 7. Здесь следует отметить факт, заключающийся в том, что каждая ветвь из промежуточных измерительных 4 и ретрансляционных 5 пунктов обязательно должна заканчиваться измерительным пунктом 3. Кроме того, каждый ретрансляционный пункт 5, размещенный на ветви может быть кустовым 8, если из него исходит несколько дополнительных ветвей 6, состоящих из ретрансляционных 5, промежуточных 4 и обязательно заканчивающихся конечным измерительным пунктом 3. ЦУСИ 1 (электрическая схема на чертежах не приведена) предназначен для управления работой сети измерительных 3,4 и 7, ретрансляционных 5, 8 пунктов и генераторной установки 2, контроля их работы, сбора и хранения передаваемой по радиолиниям геофизической и, в частности, электроразведочной информации, полученной на всех измерительных пунктах. Измерительный пункт 3, так называемый конечный, представляет собой автоматическую установку, состоящую из цифровой измерительной станции (ЦИС) 9, блока геофизических датчиков 10, источника питания (на чертеже не показан) и устройства передачи данных (УПД) 11, Особенностью цифровой измерительной станции 9, состоящей из блока измерительных усилителей 12, входами связанных с блоком датчиков 10, генератора тестовых сигналов (ГТС) 13, выходом связанного с блоком датчиков) и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 14, связанного с блоком усилителей, является введение в нее программно-управляемого блока обработки, выполненного в виде одноплатной микроЭВМ 15. Причем, последняя связана с помощью двунаправленной внутрисистемной общей шины обмена 16, с блоком измерительных усилителей 12, ГТС 13 и АЦП 14, таким образом обеспечивая управление работой всех блоков, входящих в ЦИС 9 и обработку по заданному алгоритму в реальном масштабе времени сигналов, поступающих от блока геофизических датчиков 10, преобразованных с помощью АЦП 14 В цифровую форму. Программы обработки сигналов хранятся в постоянной памяти ЭВМ 15. Модем 17 устройства передачи данных 11 измерительной станции 3, связанный двунаправленной линией связи с микроЭВМ, подключен своими выходами к дешифратору команд 18 и радиопередатчику 19, тем самым обеспечивая передачу данных и команд от ЦУСИ 1 через радиоприемник 20 и обратно через радиопередатчик 19, причем выход радиопередатчика 19 и вход радиоприемника 20 подключены к фильтру частотных развязок 21, к которому также подключена антенна 22. Кроме того, дешифратор команд 18, обеспечивая расшифровку поступающих на его вход команд от модема 17, осуществляет управление работой радиопередатчика 19 и ЦИС 9 путем включения или выключения их питания. Промежуточный измерительный пункт 4 отличается от измерительного пункта 3 только наличием в устройстве передачи данных 23 дополнительных: радиоприемника 24, радиопередатчика 25, фильтра частотных развязок 26 и антенны 27. При этом электрические связи основных блоков промежуточного измерительного пункта 4 и сами блоки, такие как основной радиопередатчик 19, основной радиоприемник 20 и фильтр частотных развязок 21, модем 17, дешифратор команд 18, ЦИС 9 и блок датчиков 10 остаются аналогичными, что и для измерительного пункта 3 (поэтому нумерацию этих блоков оставляем такой же).

Дополнительно введенные блоки включены в электрическую схему следующим образом. Выход дополнительно введенного радиоприемника 24 подключен ко второму входу основного радиопередатчика 19, вход дополнительного радиопередатчика 25 подключен к выходу основного радиоприемника 20, вход дополнительного радиоприемника 24 и выход дополнительного радиопередатчика 25 через дополнительный фильтр частотных развязок 26 подключены к дополнительной антенне 27, направленной в сторону последующих измерительных пунктов 4 и 3, находящихся на ветви 6. Кроме того, входы дополнительных радиоприемника 24 и радиопередатчика 25 связаны с выходом дешифратора 18. Таким образом, дешифратор команд 18 обеспечивает расшифровку команд управления, идущих к ЦИС 9, основному радиопередатчику 19 и к дополнительному радиоприемнику 24, и радиопередатчику 25, тем самым обеспечивая их включение или выключение. Такое построение электрической схемы промежуточного измерительного пункта 4 обеспечивает передачу информации, полученной на конечном измерительном пункте 3 и последующих промежуточных измерительных пунктах 4, находящихся на данной ветви 6, а такие информации, полученной на данном промежуточном пункте 4 в ЦУСИ 1. Кроме того, это обеспечивает передачу команд, поступающих в обратном направлении от ЦУСИ 1 на данный и последующие измерительные промежуточные 4, ретрансляционные 5 и конечный измерительный пункт 3. Введение в ветку связи 6 между ЦУСИ 1 и измерительным пунктом 3 промежуточного измерительного пункта 4, а тем более кустового промежуточного пункта 7 позволяет не только увеличить общую площадь исследования, но и увеличить плотность размещения измерительных пунктов внутри исследуемой площади. Существенное значение для увеличения протяженности ветвей 6 системы имеет введение в нее ретрансляционных пунктов 5. Ретрансляционный пункт 5 устанавливают на местности в случае отсутствия условий для прямого прохождения радиоволн между измерительным пунктом 3 или промежуточным измерительным пунктом 4 и ЦУСИ 1 или между двумя промежуточными измерительными пунктами, а также при отсутствии возможности в данном месте (например, вершина горы) расположить измерительные датчики, в частности датчики электрического поля, имеющие большие размеры. Так, длина электрических датчиков (диполи) может достигать 1000 м. Каждый из ретрансляторов 5 представляет собой устройство передачи данных 23, электрическая схема которого один к одному повторяет электрическую схему устройства передачи данных 23 промежуточного измерительного пункта 4. В связи с отсутствием здесь ЦИС 9, функции модема 17 и дешифратора 18 сведены к преобразованию цифровых сигналов, поступающих от ЦУСИ 1 с последующей расшифровкой их дешифраторов команд 18 для включения дополнительных радиоприемника 24 и радиопередатчика 25, основного радиопередатчика 19 и передачи необходимой информации на измерительные 3 или 4 пункты, находящиеся на этой ветви 6, а также полученной информации на пунктах 3 и 4 в ЦУСИ 1. Если через ретрансляционный пункт 5 передается геофизическая информация с измерительных пунктов 3, 4, расположенных на разных ветвях, то такой ретрансляционный пункт является кустовым 8.

Система сбора и обработки геофизической информации работает в следующих режимах: создание структуры измерительной сети и задание параметров и режимов работы всех измерительных пунктов, участвующих в эксперименте; синхронный пуск и проведение измерения и обработки геофизических сигналов на измерительных пунктах; сбор информации, полученной на измерительных пунктах, ее последующая обработка, систематизация и хранение.

Во всех режимах работы системы ЦУСИ 1 выполняет роль ведущего, а все остальные пункты и генераторная установка 2 роль ведомых, при этом взаимодействие ЦУСИ 1 со всеми измерительными 3, 4 и 7 и ретрансляционными 5, 8 пунктами осуществляется посредством двунаправленных радиолиний связи, работающих по принципу полной дуплексной радиосвязи с информационной обратной связью между ЦУСИ 1 и всеми измерительными 3, 4, 7 и ретрансляционными 5, 8 пунктами и генераторной установкой 2. Линия связи ЦУСИ 1 с генераторной установкой 2 может быть выполнена в виде проводной линии, при условии достаточно близкого расположения генераторной установки 2 и ЦУСИ 1 или посредством радиосвязи при большом удалении их друг от друга. Прямой канал связи от ЦУСИ 1 к измерительным 3, 4 и 7 и ретрансляционным 5 и 8 пунктам, используется для передачи команд управления этими пунктами и подтверждения правильности принятой от них информации, а обратный для подтверждения правильности принятых команд от ЦУСИ 1 и для передачи цифровой информации (результатов измерения и обработки) от измерительных пунктов 3, 4 и 7 в ЦУСИ 1. Во всех режимах работы системы в каждый отдельный момент времени ЦУСИ 1 может обращаться только с одним из измерительных пунктов непосредственно, через ретрансляторы 5, 8 или промежуточные измерительные пункты 4, 7 за исключением режима, когда на выбранные измерительные пункты 3, 4 и поступает команда "ПУСК", обеспечивающая запуск процесса измерения и обработки геофизических сигналов на цифровых измерительных станциях на этих пунктах синхронно с запуском генераторной установки 2, при этом выполняется специальный алгоритм синхронного запуска. Работа системы сбора и обработки геофизической информации осуществляется посредством специально разработанного программного обеспечения, работающего в диалоговом режиме, что позволяет задавать и корректировать структуру измерительной сети, заданной в виде топологической схемы, и ее характеристики.

Система сбора и обработки геофизической информации работает следующим образом. Вначале задается протокол экспериментов на текущие сутки, состоящий из списка станций, участвующих в экспериментах и времени их включения. В соответствии с вышеуказанным протоколом определяется время проведения ближайшего эксперимента и формируется измерительная сеть пунктов 3, 4 участвующих в эксперименте, при этом в эту сеть включаются необходимые для эксперимента промежуточные 4, 7 и ретрансляционные 5, 8 пункты. Далее ЦУСИ 1 переходит в режим ожидания времени эксперимента, которое контролируется с помощью встроенных компьютерных часов (на чертежах не показано). При совпадении заданного времени с текущим запускается программа задания параметров и режимов работы генераторной установки 2 и всех измерительных 3, 4 пунктов, участвующих в эксперименте.

При этом ЭВМ ЦУСИ 1 (не показана), связанная с аппаратурой передачи данных (не показана), также входящая в состав ЦУСИ 1 начинает формировать запрос одного из ближайших к ЦУСИ 1 промежуточных 4, ретрансляционных 5 или измерительных 3 пунктов, находящихся на одной из ветвей 6 измерительной сети. Запрос, содержащий адрес запрашиваемого измерительного пункта и команды управления пунктом в виде сигналов поступают в модем аппаратуры передачи данных ЦУСИ 1, где эти сигналы модулируются и поступают на вход радиопередатчика, который обеспечивает передачу этих сигналов в эфир. На всех измерительных пунктах 3, 4, 7 и ретрансляционных 5, 8, находящихся на линиях прямой связи с ЦУСИ 1, радиоприемники 20 обеспечивают прием этих радиосигналов, а модемы 17 их демодуляцию и преобразование в цифровую двоичную последовательность сигналов, поступающих на вход дешифратора команд 18. Дешифратор команд 18 обеспечивает дешифрацию запроса (адрес и команды управления) и если адрес запроса совпадает с адресом данного пункта, то дешифратор команд 18 дешифрует посланные в запросе команды, в частности, команды на включение цифровой измерительной станции 9 и включение дополнительных радиоприемника 24 и радиопередатчика 25, после чего дешифратор 18 обеспечивает декодирование команд на включение основного радиопередатчика 19 на время, необходимое для передачи в ЦУСИ 1 ответа о принятии посланного запроса. Ответ содержит принятый адрес и полученные команды. Дешифратор 18 команд начинает расшифровывать ответ в виде последовательности цифровых сигналов, которые, пройдя через модем 17, где они подвергаются модуляции и далее, поступая на вход основного радиопередатчика 19, передаются в эфир. На ЦУСИ 1 ответ принимается и сравнивается с переданным запросом. Если запрос не совпадает с ответом, цикл передачи повторяется, и так несколько раз. Если имеет место совпадение запроса с ответом, ЦУСИ 1 переходит на передачу команды на включение основного радиопередатчика 19, настраиваемого на эксперимент пункта, при этом повторяется вышеописанный алгоритм по передачи команд управления этим измерительным пунктом. После чего ЦУСИ 1 запрашивает последующий пункт, находящийся на выбранной ветви 6, имеющий другой адрес и обеспечивается передача команд управления (включение цифровой измерительной станции) 9, дополнительных радиоприемника 24, радиопередатчика 25 и основного радиопередатчика 19), при этом выполняется вышеописанный алгоритм, а запрос, поступающий на данный пункт от ЦУСИ 1 и ответ посылаемый им в ЦУСИ 1 в виде сигналов, проходят через радиоприемные 20, 24 и радиопередающие 19, 25 устройства предыдущего промежуточного 4 или ретрансляционного 5 пунктов транзитом.

Следует отметить, что если какой-либо промежуточный измерительный пункт 4 используется в качестве ретрансляционного в данном эксперименте, то команда включения ЦИС 9 на данный пункт не посылается. Процесс включения измерительных 3, 4 и ретрансляционных 5 пунктов далее распространяется по всем пунктам, находящимся на выбранной ветви 6 в соответствии со схемой измерительной сети эксперимента вплоть до последнего измерительного 3 пункта, находящегося на данной ветви 6.

После этого ЦУСИ 1 передает паспортные данные (параметры и режим работы) эксперимента для этого последнего, находящегося на данной ветви 6, измерительного пункта 3. При этом микроЭВМ 15, находящаяся в ЦИС 9 этого пункта, получив через модем 17 параметры и режим работы, начинает выполнять программу настройки и подготовки ЦИС 9 к измерениям, выполнение которых обеспечивает тестирование всех блоков и узлов ЦИС 9. В частности, при тестировании блока датчиков 10 и блока измерительных усилителей 12 под управлением микроЭВМ 15, ГТС 13 формирует последовательность тестовых сигналов, например, двуполярных прямоугольных импульсов напряжения заданной амплитуды, которые поступая на контрольные входы блока датчиков 10 и, пройдя через эти датчики на входы блока измерительных усилителей 12, далее поступают на вход АЦП 14, преобразуются в цифровую форму и передаются в микроЭВМ 15. Тем самым обеспечивается измерение отклика измерительного тракта ЦИС 9 на калиброванное воздействие, поступающее на вход датчиков 10, по которому можно определить параметры измерительного тракта (коэффициент усиления, переходные характеристики, частотные и фазовые характеристики). Необходимые параметры вычисляются с помощью микроЭВМ 15 и заносятся в ее оперативную память, куда заносятся также результаты тестирования других блоков и узлов ЦИС 9. Далее ЦУСИ 1 передает паспортные данные эксперимента на ближайший от измерительного пункта 3 промежуточный измерительный 4 пункт, находящийся на этой ветви 6 в сторону ЦУСИ 1. После передачи паспортных данных на этот пункт передается команда на отключение дополнительных радиоприемника 24 и радиопередатчика 25 и основного радиопередатчика 19 этого пункта. Процесс передачи паспортных данных распространяется по ветви 6 все ближе и ближе к ЦУСИ 1. Если из промежуточного измерительного пункта исходят несколько ветвей 6 (т.е. этот пункт является кустовым), то передача паспортных данных на этот пункт осуществляется только после того, как осуществляется подключение всех других измерительных пунктов, находящихся на ветвях 6, исходящих из данного пункта и передача на них паспортных данных. Причем процесс передачи паспортных данных каждый раз начинается с последнего измерительного пункта, находящегося на ветви 6 в направлении от ЦУСИ 1 и по мере продвижения его в сторону ЦУСИ 1 происходит последовательное отключение радиоприемников 24 и радиопередатчиков 19, 25 устройств передачи данных 11 и 23, участвующих в эксперименте и находящихся на данной ветви, кроме одного основного радиоприемного устройства 20, являющегося дежурным на данном измерительном пункте. Далее, аналогичным образом происходит процесс включения и передачи паспортных данных на измерительные пункты, находящиеся на других ветвях 6 измерительной сети. ЦУСИ 1 также включает и передает паспортные данные на генераторную установку 2, на которой также, как и на измерительных пунктах 3, 4, 7 осуществляется тестирование узлов аппаратуры, ее запуск и измерение сигналов, вырабатываемых ГУ 2.

Таким образом, процесс включения измерительных пунктов 3, 4, 7 и ГУ 2, и передачи паспортных данных на них заканчивается. На все измерительных пунктах выполняется подготовка ЦИС 9 и тестирование их блоков и узлов. Результаты тестирования записываются в оперативной памяти микроЭВМ 15 и хранятся в ней до момента передачи результатов наблюдений и обработки геофизических сигналов в ЦУСИ 1. При этом результаты тестирования передаются в ЦУСИ 1 вместе с данными измерения и обработки геофизических сигналов. Процесс тестирования и подготовки ЦИС 9 к измерениям занимает вполне определенное время, поэтому после передачи паспортных данных на последующий измерительный пункт 3 на ЦУСИ 1 осуществляется выдержка времени, необходимого для тестирования и подготовки всех измерительных пунктов, после чего осуществляется процесс синхронного пуска всех измерительных пунктов. При этом последовательно включается путем передачи от ЦУСИ 1 команд все дополнительные радиопередатчики 25 на всех промежуточных 4, 7 и ретрансляционных 5, 8 пунктах.

Далее в эфир передается команда "ПУСК" в виде специальной цифровой кодовой последовательности. Эта команда в виде радиосигнала принимается основным радиоприемником 20 одного промежуточного 4, 7 или ретрансляционного 5, 8 пунктов и транзитом поступает в дополнительный радиопередатчик 25 для передачи в эфир дальше на следующий пункт этой ветви, и по всем ветвям 6 данная команда доходит до всех цифровых измерительных станций 9. МикроЭВМ 15 всех ЦИС 9 расшифровывают эту команду и выполняют специальный алгоритм, обеспечивающий синхронный запуск всех ЦИС 9 в режим измерения. При этом на ГУ 2 также принимается эта команда и синхронно, с началом измерений на всех ЦИС 9 начинается генерация специальных зондирующих сигналов. На всех ЦИС 9 начинается процесс измерения и обработки геофизических сигналов, поступающих от блока датчиков 10. Эти сигналы усиливаются измерительными усилителями 12 и поступают на вход АЦП 14, где преобразуются в цифровую форму и далее, поступая в микроЭВМ 15, обрабатываются по специальному алгоритму в реальном масштабе времени. Процесс измерения и обработки длится определенное время, которое ранее задавалось в паспортных данных эксперимента, переданных на все измерительные пункты 3, 4 и 7. Результаты обработки накапливаются в оперативной памяти микроЭВМ 15 каждого измерительного пункта 3, 4 и 7. По окончании процесса измерения и обработки геофизических сигналов ЦУСИ 1 осуществляет последовательный прием этих данных с каждой измерительной станции и данных эксперимента, полученных на ГУ 2, где также проводился процесс измерения и обработки сигналов, формируемых на ГУ 2. При этом ЦУСИ 1 путем передачи соответствующих команд настраивает измерительную сеть на прием информации от измерительных пунктов. Считывание информации осуществляется, начиная с последнего, так называемого конечного измерительного пункта 3 на каждой ветви 6, и далее, по мере приближения к ЦУСИ 1. Считывание осуществляется по специальной команде "Запрос на считывание". При этом осуществляется подтверждение правильности переданной информации в ЦУСИ 1 путем обратной ее передачи на измерительный пункт 3 или 4, или 7, где она сравнивается с переданной, что повышает вероятность правильной передачи информации. После окончания процесса считывания на каждом измерительном пункте 3 или 4, или 7 по команде от ЦУСИ 1 выключаются все радиопередатчики 19 и 25 и дополнительный радиоприемник 24 данного пункта. Здесь следует отметить, что во всех устройствах передачи данных 11 и 23 основной радиоприемник 20 остается постоянно включенным и находится в режиме ожидания. Таким образом, по завершению процесса передачи данных эксперимента в ЦУСИ 1 измерительная сеть переходит в режим ожидания последующего эксперимента. Полученная в данном эксперименте информация дополнительно обрабатывается на ЦУСИ 1, сортируется и хранится до ее востребования.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы о следующих преимуществах предлагаемой системы сбора и обработки геофизической информации по сравнению с прототипом.

1. Данная система позволяет полностью автоматизировать процесс измерения, сбора и обработки геофизической информации (автоматический мониторинг) на значительных площадях и в горной местности. Измерительные и ретрансляционные пункты системы не требуют участия человека-оператора в своей работе. Работа ЦУСИ может также быть максимально автоматизирована, если имеется жесткий графику проведения сеансов измерения и связи.

2. Особенно большим преимуществом является унификация всех ее элементов и блоков. А именно: при довольно объемной схеме, как в территориальном, так и в приборном плане здесь задействован один тип измерительных станций и два типа устройств передачи данных, также унифицированных между собой по количественному признаку их элементов, что позволяет наладить промышленное производство только измерительных станций с блоком датчиков и один тип передающего устройства с дополнительным блоком и, компануя их в любом порядке и последовательности, исследовать любые площади от нескольких квадратных километров до нескольких сот квадратных километров. Существенным здесь является и то, что для получения геофизической информации с огромных площадей, энергетические затраты минимальны, т.к. включение и отключение источников питания всех измерительных пунктов и ретрансляторов осуществляется ЦУСИ и только тех измерительных пунктов, с которыми он работает в данный момент. Исключение составляет только один основной радиоприемник, который постоянно включен и находится в дежурном режиме.

Наличие микроЭВМ с достаточно большим объемом оперативной памяти (≥ 512 кбайт) помещенных непосредственно в измерительные станции периферийных пунктов, позволяет производить обработку измерительных сигналов непосредственно в пункте регистрации и в реальном масштабе времени, что резко сокращает объемы передаваемой по радиоканалу в ЦУСИ информации, и время ее передачи, что повышает энергоресурс периферийных пунктов и оперативность в работе системы. Периферийные пункты можно выполнить в виде небольших необслуживаемых бункеров.

3. Гибкая структура измерительной сети и наличие ретрансляторов позволяет использовать данную систему в различных географических условиях, например, в условиях горной местности и на больших площадях исследования, а в зависимости от условий эксперимента, возможно построение сокращенной или полной измерительной сети. Структура сети может определяться и задаваться на ЦУСИ перед каждым экспериментом.

4. Универсальность структуры используемых на периферийных пунктах измерительных станций (ЦИС) позволяет использовать систему сбора и обработки геофизической информации как для исследования искусственных электромагнитных полей, создаваемых специальными генераторными установками, так и для исследования естественных электромагнитных полей.

Формула изобретения

1. Геофизическая система сбора и обработки информации, содержащая генераторную установку и сеть измерительных пунктов, соединенных лучевой структурой с центром управления, сбора и обработки полученных данных, причем каждый измерительный пункт включает устройство передачи данных, содержащее антенну, радиоприемник и радиопередатчик, соединенные с фильтром частотных развязок, блок датчиков, своими выходами связанный с блоком усилителей измерительной станции, в свою очередь состоящей из генератора тестовых сигналов, выходами подключенного к блоку датчиков, аналого-цифрового преобразователя, подключенного к блоку усилителей, и блока управления, отличающаяся тем, что в каждый промежуток между центром управления и сбора информации и измерительным пунктом введена ветвь из двунаправленных радиолиний связи, состоящая из промежуточных и/или ретрансляционных пунктов, при этом каждый промежуточный пункт включает блок датчиков, измерительную станцию и устройство передачи данных, а ретрансляционный пункт только устройство передачи данных, причем в измерительную станцию введен блок обработки данных, совмещенный с блоком управления и выполненный в виде микро-ЭВМ, к которой через внутрисистемную общую шину обмена данными подключены аналого-цифровой преобразователь, генератор тестовых сигналов и блок измерительных усилителей, а устройства передачи данных снабжены соединенными между собой дешифратором команд и модемом, соединенным двунаправленной связью с микроЭВМ измерительной станции, при этом в устройстве передачи данных измерительного пункта модем связан выходом с радиопередатчиком, а входом с радиоприемником, причем выход радиопередатчика и вход радиоприемника подключены к фильтру частотных развязок, а дешифратор команд связан с радиопередатчиком и измерительной станцией, в устройство передачи промежуточного измерительного и ретрансляционного пунктов введены дополнительный радиоприемник, выход которого подключен к второму входу основного радиопередатчика, и дополнительный радиопередатчик, вход которого подключен к выходу основного радиоприемника, а выход через дополнительно введенный фильтр частотных развязок к дополнительной антенне, причем выход дополнительного фильтра частотных развязок подключен к входу дополнительного радиоприемника, а дешифратор команд своими выходами связан с дополнительными радиоприемником и радиопередатчиком, при этом в промежуточном измерительном пункте выход дешифратора команд соединен с входом измерительной станции.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в каждой из промежуточных измерительных и/или ретрансляционных пунктов введены дополнительные ветви, состоящие из промежуточных и/или ретрансляционных пунктов, которые в этом случае являются кустовыми, причем каждая ветвь заканчивается измерительным пунктом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4