苏油号气枪船与428XL仪器联机探讨

创新者：周仕宏 代伟明 晋为真

苏油号气枪船与428XL仪器联机探讨

创新者：周仕宏 代伟明 晋为真

文章简要阐述了Bigshot气枪控制器的工作原理，并详细分析了428XL仪器与气枪控制器同步连接时参数设置的特点和联机技术，通过野外使用，检验了导航系统、枪控系统与428XL仪器系统的联机方法的合理性和参数调试的正确性。实践证明，采用本方法可以有效发挥三大系统功能，高效完成采集作业。

“苏油号”气枪船是中石化地球物理公司江苏分公司购置和建造的新一代浅海气枪震源船。该配置的气枪（BOLT）、气枪控制器（Bigshot）和空压机等配套设施均为目前世界上最新、最为先进的设备。在野外施工中，笔者通过现场试验，顺利实现了苏油号气枪船与428XL仪器的联机和符合行业标准的同步调试，并完成了导航系统自主触发枪控，实现仪器系统同步采集的高效生产方式。下面给出了详细的方法，供同行参考。

Bigshot气枪控制器工作原理与配置方式

气枪控制器是美国Real Time Systems公司生产的96枪控制器单元，包括Bigshot控制器（Controller）、电源箱体（Power Supply）、无线电远程同步箱体（GCSLink2000）。 “苏油号”气枪船安装有28支BOLT气枪， 4个电源箱体，每个电源箱体控制7支BOLT气枪。这样，每个电源箱体还有一个备用控制通道。Bigshot控制器通过设置系统参数可以自动控制每支枪的起爆时间以保证各枪同步误差在±1ms之间。两台无线电远程同步箱体分别安装在气枪船和仪器车上，其中放置于仪器车的同步箱体为主单元，另一台为从单元，主、从单元之间采用无线通讯，两者组成一个完整的无线电同步控制系统。见图1所示。

图中主单元与仪器系统放置在一起，位于仪器车或仪器船上，其它部分位于气枪船上，它们之间通过摩托罗拉GM338电台实现无线电通信。仪器系统可以通过主单元触发枪控系统实现枪阵激发，该方式为仪器主动激发；也可以通过导航系统触发从单元，从单元启动点火序列实现仪器系统自动采集，该方式为仪器被动激发，适合大面积水域施工。采用被动激发模式时，Hydropro导航系统适时激活Fix Box，发出Fix Out闭合信号，激发从单元启动放炮序列，无需操作员点击GO指令即可完成连续地震采集作业。

Bigshot气枪控制器与428XL仪器的连接

枪控系统与428XL仪器的连接主要是指GCSLink2000主单元与LCI-428的连接。枪控系统有三种方式启动触发，完成枪阵的激发：

1.从导航来的外部触发（注意：外部触发脉冲宽度必须大于5毫秒）；

2.内部循环模式启动；

3.在键盘上按ALT-F键。

外部触发信号类型可以由GCSLink2000主板上的JP11跳线选择：

1. Closure闭合信号（5脚与6脚短接，7脚与8脚短接；这是出厂默认设置）；

2. TTL 负脉冲（跳线设置同上）；

3. 光电隔离的TTL正脉冲信号（1脚与2脚短接，3脚与4脚短接）。

上述三种触发信号均能实现激发。而导航、枪控及仪器三大系统之间最好采用统一触发信号类型，以便于系统同步和数字信号的处理。由于所采用的Hydropro导航定位系统中的信号转换器（Fix Box）输出为闭合信号，因此，苏油号气枪船的枪控系统和428XL仪器主机之间选用闭合信号来实现触发。

GCSLink2000主单元与428XL仪器的连接图如图2所示。

图1　苏油号气枪船与428XL仪器系统配置示意图

图中，K，L为CTB信号，与GCSLink2000的F，E连接，用于触发仪器系统采集数据。其中，F，E为可编程TTL输出信号，可作为同步信号。M，N为仪器GO指令，是一个闭合信号，用于触发枪控启动枪阵激发序列，该信号连接到GCSLink2000控制端口的A，B引脚，为枪控的闭合输入触发信号。H，J为外部GO命令，用于仪器被动激发，它与GCSLink2000的G，N相连，其中G脚与H脚之间串联一个500～1kΩ的限流电阻，当来自导航的外部闭合信号或人工/内部循环使得P、N之间短路，则+12V信号加载到LCI-428的H，J两端，产生外部GO指令，触发仪器系统开始预采集，当预定的延迟时间到达，主单元通过F，E发出CTB指令，仪器开始采集，同时从单元激发枪阵完成放炮作业。GCSLink2000的R，S和C，D分别为CTB和FTB信号，这两组信号通过电阻衰减网络连接到仪器的两个辅助道（FDU-428）。该衰减网络为两个1K和一个150Ω的金属膜电阻，当完成激发时，+5V信号加载到衰减网络，此时FDU-428输入端的瞬时电压为5*150/（2000+150）=348.8mV，满足FDU-428采用G2前放增益时最大允许输入400mV的限制。

两种激发方式下的相关参数设置

为了保持枪控系统和仪器系统的稳定同步，必须在GCSLink2000中正确设置合理的相关参数。这些参数设置在主、从控制器中要保持一致。这些参数是通过Bigshot气枪控制器运行枪控软件来调整的。两个主要的系统参数设置如图3、图4所示。

图3　质量监控参数

图4　气枪同步时间参数

图5　无线电系统同步参数菜单

图6　GCSLink2000与428XL仪器系统同步时序图

紧接着要设置枪阵的预点火时间：

通过F4 键来进入气枪设置，先将所有枪的时间统一设置为15 ms，通过自动校枪来保证各枪点火同步误差在±1ms之间。

完成以上参数的设置后进入系统同步菜单，包括以下参数。

1.设置好系统点火、触发仪器、闭合信号时间。

2.选择好放炮方式。

3.气枪控制器的主从关系是唯一的，否则同步无法建立。无线电系统同步参数菜单如图5。

注意，当选用从单元激发时（仪器被动激发），图5中的Trigger Location设置为SLAVE，而当选用主单元激发时（仪器主动激发），Trigger Location设置为MASTER，其他参数不变。

两种激发方式下的系统同步过程

由于本枪控系统与导航系统、仪器系统间主要采用闭合信号实现同步，因此，无论是采用仪器主动激发，还是被动激发，两者的同步过程基本一致，区别在于，当采用仪器主动激发时，由仪器操作员点火，完成点火及采集序列；当采用仪器被动激发时，由Hydropro导航或者由枪控作业人员触发，仪器操作员无需点火，即可完成点火及采集序列。其系统同步时序图如图6所示。

采用仪器主动激发时，仪器操作员鼠标点击GO指令，发出闭合触发指令（Closure Trigger In），GCSLink2000主单元接收到该指令后，在50µs内完成与从单元的同步，处于预采集状态。在预设的仪器启动延迟（Record Start Out）时间（1400ms）后，主单元向428XL仪器发送CTB信号来启动数据采集；同时从单元在该时刻（Radio Aiming Point，同为1400ms）激发枪阵，确保仪器采集的0时刻，枪阵同步激发。

当采用仪器被动激发时，由Hydropro导航系统自动触发，或者由枪控作业人员人为触发，此时，从单元接收到该触发信号，在50µs内完成与主单元的同步。主单元在预设的Record Closure Out信号延迟时间（900ms）后，发出闭合信号，产生外部GO信号，激活428XL仪器系统进入预采集，在预设的仪器启动延迟（Record Start Out）时间（1400ms）后，主单元向428XL仪器发送CTB信号来启动数据采集；同时从单元在该时刻（Radio Aiming Point，同为1400ms）激发枪阵，确保仪器采集的0时刻，枪阵同步激发。

图7　428XL仪器TB时窗设置

图8　428XL仪器Seismic Setup参数设置

在导航自动激发模式下，如果需要从单元触发导航系统实时采集气枪激发点的定位数据，则要用到从单元钟TB信号（Slaver CTB Out），该信号与主单元的钟TB信号同时刻输出，可以确保记录的炮点数据就是气枪震源激发点的准确数据。缺省情况下，主、从单元闭合输出信号（Master/Slave Closure Out ）与钟TB信号之间有50ms倒计时时间，这里设置为1350ms，这样，经过50ms延迟后，也就是在无线电瞄准点（1400ms）时刻从单元同步激发枪阵，同时触发采集激发点的定位数据。

428XL仪器主机本身的设置则较为简单，主要是要调整其TB Window时间，一般将其设置成最大，428XL仪器支持最大6400ms。见图7所示。当428XL仪器进入预采集状态后，只要6400ms内能接收到主单元的CTB信号，即可正常采集并记录地震数据。超过6400ms则会产生ITB内触发信号，表明仪器在此时间内没有收到CTB信号。本枪控系统设置为1400ms，正常情况下，枪控能稳定触发仪器系统。

如果428XL仪器系统工作于被动方式下，且枪控处于自动连续激发时，则需要设置428XL仪器主机工作于连续模式（Continuous），见图8所示。

结束语

苏油号气枪船通过与428XL仪器系统的联机调试和野外试生产，各种设备工作正常，系统同步精度达到行业技术标准，表明苏油号气枪船设备整体达到技术要求，可以投入野外正常生产。在2013年重庆FL地区的施工中，枪控系统工作正常，采用428XL仪器系统控制井炮和枪控混合施工，施工效率令人满意，在长江主航道水域，最高日放气枪炮460炮，顺利填补了资料天窗，得到了甲方与施工单位的一致认可。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.032