專利名稱：用于地球物理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取單元、系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于地球物理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取單元、系統(tǒng)及方法，特別是涉及這樣的數(shù)據(jù)獲取單元、系統(tǒng)及方法，其在地球物理測(cè)量中使用，被配置以測(cè)量電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)以及基于所測(cè)量的場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生測(cè)量數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
已知，存在包括多個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)獲取單元的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，每一數(shù)據(jù)獲取單元被連接到至少一個(gè)傳感器，且被配置以從傳感器收集測(cè)量數(shù)據(jù)。所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)被傳遞到中心計(jì)算設(shè)備以用于處理。也經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來(lái)執(zhí)行所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)的同步。
然而，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是所收集的測(cè)量數(shù)據(jù)常常包括大量噪聲，這些噪聲具有十分大的幅度以致于模糊與相對(duì)較深地埋藏的地下目標(biāo)相關(guān)的期望信號(hào)響應(yīng)。
在本發(fā)明的后面的權(quán)利要求書和在前的描述中，除了由于表達(dá)語(yǔ)言或必要的含義而上下文要求其它含義之外，單詞“comprise(包括)”或諸如“comprises”或“comprising”的變化用于包含的意思，即表示所陳述特征的存在，而不是排除在本發(fā)明的各種實(shí)施例中的更多特征的存在或增加。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，用于收集地球物理數(shù)據(jù)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取單元，可連接到至少一個(gè)傳感器，且在使用期間被配置以從所述至少一個(gè)傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)獲取單元包括時(shí)間參考裝置，被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)；和用于計(jì)算在與使用期間連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的相鄰傳感器相關(guān)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)以便提供具有較少噪聲的處理的地球物理數(shù)據(jù)的裝置。
最好，所述時(shí)間參考裝置包括GPS接收機(jī)?？蛇x地或者另外，所述時(shí)間參考裝置包括精密振蕩器，最好是精密溫控晶體振蕩器，以及被配置以計(jì)算由所述振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)的計(jì)數(shù)器。
在包括振蕩器的實(shí)施例中，最好所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以接收同步信號(hào)，所述同步信號(hào)可由處理裝置用于調(diào)整所述振蕩器的頻率，以及調(diào)整獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間，以便獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間與在其它數(shù)據(jù)獲取單元中獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間同步。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以接收用于處理裝置的后續(xù)運(yùn)行的程序并存儲(chǔ)該程序到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以在執(zhí)行作為地球物理測(cè)量的一部分的多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作時(shí)計(jì)算多個(gè)相應(yīng)重復(fù)采樣值的平均采樣值，以便減小干擾對(duì)所述采樣的影響以及減少數(shù)據(jù)量。所述數(shù)據(jù)獲取單元可被配置以比較重復(fù)采樣以及丟棄與大多數(shù)重復(fù)采樣相差預(yù)定量的采樣。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以計(jì)算在作為地球物理測(cè)量的部分而執(zhí)行的數(shù)據(jù)收集操作期間所獲取的多個(gè)連續(xù)采樣的平均采樣值，以便產(chǎn)生所述連續(xù)采樣的代表性采樣。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以估計(jì)在測(cè)量位置上存在的干擾量?？梢酝ㄟ^(guò)如下步驟來(lái)估計(jì)存在的干擾量使用第一極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第一數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第一響應(yīng)、使用第二極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第二數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第二響應(yīng)、以及計(jì)算第一和第二響應(yīng)之和以抵消第一和第二響應(yīng)。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以對(duì)所收集的地球物理數(shù)據(jù)濾波以便消除周期性干擾。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以利用傅立葉變換分析將所收集的地球物理數(shù)據(jù)變換到頻域。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以產(chǎn)生在估計(jì)所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量中使用的至少一個(gè)質(zhì)量控制指示符。
最好，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以計(jì)算所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以根據(jù)所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)幅度的估計(jì)來(lái)調(diào)整施加于所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的增益電平。
最好，系統(tǒng)被配置以下推所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)以便增加位于測(cè)量區(qū)域的表面之下的目標(biāo)的清晰度。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元可連接至能量源，并且所述數(shù)據(jù)獲取單元作為能量源控制單元運(yùn)行。
最好所述數(shù)據(jù)獲取單元包括至少一個(gè)接口，被配置以有助于將所處理的地球物理數(shù)據(jù)和/或程序傳送到數(shù)據(jù)獲取單元或從數(shù)據(jù)獲取單元傳送地球物理數(shù)據(jù)和/或程序。為此，其中所述接口可以包括紅外接口、串行接口和/或網(wǎng)絡(luò)接口。所述接口可以是利用諸如藍(lán)牙這樣的無(wú)線協(xié)議的類型。
在包括振蕩器的實(shí)施例中，可以提供同步接口，所述同步接口為了確保校正所述振蕩器和其他數(shù)據(jù)獲取單元的振蕩器的同步，而用于促進(jìn)傳送同步信號(hào)到數(shù)據(jù)獲取單元和/或從數(shù)據(jù)獲取單元傳送同步信號(hào)。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元包括顯示裝置，顯示裝置可以是LCD顯示器和/或LED顯示器，被配置以向操作員提供信息，所述信息關(guān)于是否數(shù)據(jù)獲取單元的操作是令人滿意的和/或是否所處理的測(cè)量數(shù)據(jù)具有用于后續(xù)分析的足夠質(zhì)量。這樣的信息可以指示是否數(shù)據(jù)獲取單元或連接至數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器存在故障，或是否存在操作活動(dòng)所必須的其它條件。
最好，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以存儲(chǔ)在使用期間連接至數(shù)據(jù)獲取單元的每一傳感器的校正系數(shù)，每一校正系數(shù)被用于校正在傳感器靈敏度中的偏差。
最好，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置是FLASH內(nèi)存。另外，可以提供硬盤驅(qū)動(dòng)器。
最好，該系統(tǒng)包括多個(gè)數(shù)據(jù)獲取單元。
在一種結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)獲取單元包括用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的裝置。
在一可選結(jié)構(gòu)中，用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的裝置獨(dú)立于數(shù)據(jù)獲取單元。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括便攜式計(jì)算設(shè)備，所述便攜式計(jì)算設(shè)備包括用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的裝置。
最好，所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè)參考數(shù)據(jù)獲取單元，每一參考數(shù)據(jù)獲取單元可連接到至少一個(gè)參考傳感器，并且在使用期間被配置以從所述至少一個(gè)參考傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)，以及獲取從所述傳感器收集的地球物理數(shù)據(jù)的采樣；其中所述用于計(jì)算與相鄰傳感器相關(guān)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)的裝置被配置以執(zhí)行如下操作當(dāng)傳感器被放置在第一位置時(shí)，計(jì)算在第一數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第一空間導(dǎo)數(shù)；當(dāng)傳感器被放置在第二位置時(shí)，計(jì)算在第二數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第二空間導(dǎo)數(shù)；以及計(jì)算所述第一和第二空間導(dǎo)數(shù)之間的微分空間導(dǎo)數(shù)，每一所述微分空間導(dǎo)數(shù)表示放置在第一位置的傳感器和放置在第二位置的傳感器之間的空間導(dǎo)數(shù)。
最好，所述系統(tǒng)還包括用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的積分以便產(chǎn)生具有較少噪聲的常規(guī)地球物理數(shù)據(jù)的裝置。
在一個(gè)結(jié)構(gòu)中，所述系統(tǒng)還包括能量源，所述能量源被配置以產(chǎn)生能量并將該能量引向子表面體以便引起地球物理響應(yīng)并從而導(dǎo)致地球物理信號(hào)的產(chǎn)生。
最好，所述能量源包括發(fā)射機(jī)和發(fā)射機(jī)環(huán)路。
最好，所述被配置以校正在地球物理測(cè)量期間在發(fā)射機(jī)電流的幅度上的偏差。所述系統(tǒng)可被配置以校正由提供給發(fā)射機(jī)的能量中的偏差導(dǎo)致的發(fā)射機(jī)電流的幅度中的偏差。
最好，所述系統(tǒng)還包括能量源控制單元，可連接至所述能量源且被配置以從所述能量源收集輸出數(shù)據(jù)，所述能量源控制單元包括時(shí)間參考裝置，被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取所述能量源輸出數(shù)據(jù)的收集的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)以及將所述能量源輸出數(shù)據(jù)和所述時(shí)間參考數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)所述能量源輸出數(shù)據(jù)。
最好，所述能量源控制單元是發(fā)射機(jī)控制單元，被配置以控制發(fā)射機(jī)以便根據(jù)預(yù)定的頻率接通發(fā)射機(jī)環(huán)路。
最好，所述能量源控制單元包括與所述數(shù)據(jù)獲取單元相同的元件以便所述發(fā)射機(jī)控制單元能執(zhí)行所述數(shù)據(jù)獲取單元的功能，反之亦然。
最好，所述系統(tǒng)被配置以校正地球物理測(cè)量期間在發(fā)射機(jī)電流的幅度中的偏差。所述系統(tǒng)可以被配置以校正由供給發(fā)射機(jī)的能量的減少所導(dǎo)致的發(fā)射機(jī)電流的幅度中的偏差。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種獲取地球物理數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括步驟提供至少一個(gè)數(shù)據(jù)獲取單元，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以從在使用中連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的至少一個(gè)地球物理傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)；對(duì)于每一數(shù)據(jù)獲取單元，連接至少一個(gè)地球物理傳感器到所述數(shù)據(jù)獲取單元；在數(shù)據(jù)獲取單元上產(chǎn)生可用于控制獲取所收集的地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)；和計(jì)算與在使用期間連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的相鄰傳感器相關(guān)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)以產(chǎn)生具有較少噪聲的處理的地球物理數(shù)據(jù)。
最好，所述方法還包括步驟提供至少一個(gè)參考數(shù)據(jù)獲取單元，在使用期間，所述參考數(shù)據(jù)獲取單元被配置以從所述至少一個(gè)參考傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)；將每一參考數(shù)據(jù)獲取單元連接到至少一個(gè)參考傳感器；當(dāng)所述傳感器被放置在第一位置時(shí)，計(jì)算在第一數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些連接至數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第一空間導(dǎo)數(shù)；當(dāng)所述傳感器被放置在第二位置時(shí)，計(jì)算在第二數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第二空間導(dǎo)數(shù)；以及計(jì)算所述第一和第二空間導(dǎo)數(shù)之間的微分空間導(dǎo)數(shù)，每一所述微分空間導(dǎo)數(shù)表示放置在第一位置的傳感器和放置在第二位置的傳感器之間的空間導(dǎo)數(shù)。
最好，所述方法還包括用于計(jì)算所述空間導(dǎo)數(shù)的積分以便產(chǎn)生具有較少的噪聲的常規(guī)地球物理數(shù)據(jù)的裝置。
最好，所述方法還包括可使用參考數(shù)據(jù)獲取單元和相關(guān)的參考傳感器校正能量源中的偏差的步驟。
最好，所述時(shí)間參考裝置包括GPS接收機(jī)。可選地或者另外，所述時(shí)間參考裝置包括振蕩器，最好是精密溫控晶體振蕩器，以及被配置以計(jì)算由所述振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)的計(jì)數(shù)器。
在包括振蕩器的實(shí)施例中，所述方法最好包括步驟在所述數(shù)據(jù)獲取單元上接收同步信號(hào)，所述同步信號(hào)可被所述處理裝置使用以調(diào)整所述振蕩器的頻率，并從而調(diào)整收集地球物理數(shù)據(jù)的時(shí)間，以便收集地球物理數(shù)據(jù)的時(shí)間和在其它數(shù)據(jù)獲取單元中收集地球物理數(shù)據(jù)的時(shí)間同步。
最好，所述方法還包括步驟當(dāng)執(zhí)行作為地球物理測(cè)量的部分的多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作時(shí)，計(jì)算多個(gè)相應(yīng)的重復(fù)采樣值的平均采樣值，以便減小干擾對(duì)所述采樣的影響以及減少數(shù)據(jù)量。
最好，所述方法還包括步驟比較所述重復(fù)采樣值，并丟棄與大多數(shù)重復(fù)采樣值相差預(yù)定量的采樣。
最好，所述方法還包括步驟計(jì)算在被作為地球物理測(cè)量的部分而執(zhí)行的數(shù)據(jù)收集操作期間所獲取的多個(gè)連續(xù)采樣的平均采樣值以便產(chǎn)生所述連續(xù)采樣的代表性采樣。
最好，所述方法還包括估計(jì)在測(cè)量點(diǎn)上存在的干擾量的步驟。通過(guò)使用第一極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第一數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第一響應(yīng)、通過(guò)使用第二極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第二數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第二響應(yīng)、以及通過(guò)計(jì)算第一和第二響應(yīng)之和以使得第一和第二響應(yīng)相抵來(lái)估計(jì)存在的干擾量。
最好，所述方法還包括步驟對(duì)所收集的地球物理數(shù)據(jù)濾波以便消除周期性干擾。
最好，所述方法還包括步驟利用傅立葉變換分析將所收集的地球物理數(shù)據(jù)變換到頻域。
最好，所述方法還包括步驟在地球物理測(cè)量期間校正在能量源的幅度中的偏差。校正幅度中的偏差的步驟可包括校正由提供給所述能量源的能量中的偏差導(dǎo)致的在所述能量源的幅度中的偏差的步驟。
最好，所述方法還包括步驟產(chǎn)生至少一個(gè)在評(píng)估所收集的地球物理數(shù)據(jù)的質(zhì)量中使用的質(zhì)量控制指示符。
最好，所述方法還包括步驟計(jì)算所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值。
最好，所述方法還包括步驟根據(jù)所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)幅度的估計(jì)來(lái)調(diào)整施加于所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的增益電平。
最好，所述方法還包括步驟下推所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)以便增加位于測(cè)量區(qū)域的表面之下的目標(biāo)的清晰度。
最好，所述方法還包括有助于將所處理的地球物理數(shù)據(jù)和/或程序傳送到數(shù)據(jù)獲取單元或從數(shù)據(jù)獲取單元傳送地球物理數(shù)據(jù)和/或程序的步驟。為此，所述接口包括紅外接口、串行接口和/或網(wǎng)絡(luò)接口。
在包括振蕩器的實(shí)施例中，該方法還可以包括為了確保校正所述振蕩器和其它數(shù)據(jù)獲取單元的振蕩器的同步而促進(jìn)傳送同步信號(hào)到數(shù)據(jù)獲取單元和/或從數(shù)據(jù)獲取單元傳送同步信號(hào)的步驟。
最好，所述方法還包括提供顯示裝置的步驟，所述顯示裝置用于向操作員提供信息。所述信息關(guān)于是否數(shù)據(jù)獲取單元的操作是令人滿意的和/或是否時(shí)間戳(time-stamped)處理的測(cè)量數(shù)據(jù)具有用于后續(xù)分析的足夠的質(zhì)量。所述信息可以指示是否數(shù)據(jù)獲取單元或連接至數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器存在故障，或是否存在操作活動(dòng)所必須的其它條件。


下面參照附圖通過(guò)舉例的方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的方框圖；圖2a和2b分別是X和Z分量的目標(biāo)模塊化固定環(huán)路TEM響應(yīng)的曲線；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的數(shù)據(jù)獲取單元的方框圖；圖4是在使用期間布置在測(cè)量區(qū)域中的數(shù)據(jù)獲取單元的陣列的圖形表示；圖5a和5b是圖解使用相對(duì)較少數(shù)量的數(shù)據(jù)獲取單元以在相對(duì)較大的測(cè)量區(qū)域上執(zhí)行測(cè)量的方法的圖形表示；圖6是在圖3中所示的數(shù)據(jù)獲取單元的接口單元的方框圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，其中示出了用于在地球物理測(cè)量過(guò)程中收集地球物理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)10。雖然應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明同樣可應(yīng)用于諸如基于電場(chǎng)或地震測(cè)量的、包括MT(磁聲學(xué))和IP(感應(yīng)極化)類型測(cè)量等的其它地球物理測(cè)量，但是在該示例中，系統(tǒng)10是TEM(瞬態(tài)電磁)類型系統(tǒng)，其被安排以產(chǎn)生和檢測(cè)磁場(chǎng)。
圖2a和2b示出了從放置在500m級(jí)別的深度上的傳導(dǎo)目標(biāo)的、模塊化固定環(huán)路TEM類型測(cè)量所獲得的響應(yīng)的例子，其中圖2a示出響應(yīng)的X分量的特征，而圖2b示出了響應(yīng)的Z分量的特征。以微伏/每發(fā)射機(jī)安培為單位顯示有效區(qū)域10000平方米的線圈傳感器的響應(yīng)。在大于250ms的延遲時(shí)間上，即在停止發(fā)射機(jī)電流之后250ms，目標(biāo)被識(shí)別為在接近所述目標(biāo)的位置上的、在Z分量中的極性反轉(zhuǎn)19以及X分量中的峰值21。如所看到的，直到響應(yīng)已衰減到大約10nV/A，目標(biāo)才不能被識(shí)別。因此，為了使用TEM類型檢測(cè)來(lái)檢測(cè)這樣的、在500m級(jí)別的深度上的目標(biāo)，與該系統(tǒng)相關(guān)的噪聲電平必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于10nV/A以便該響應(yīng)不被噪聲所模糊。
系統(tǒng)10包括能量源，在例子中，能量源為一對(duì)發(fā)射機(jī)環(huán)路12的形式，每一發(fā)射機(jī)環(huán)路12在電流經(jīng)過(guò)環(huán)路12時(shí)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。由發(fā)射機(jī)環(huán)路12產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)地球的子表面(sub-surface)并且在子表面中的電傳導(dǎo)成分中感應(yīng)出電流，其中所述子表面交替產(chǎn)生電磁場(chǎng)。發(fā)射機(jī)電流在預(yù)定的時(shí)間段之后被停止，這使得電磁場(chǎng)在幅度上隨時(shí)間衰減。由放置在將被測(cè)量的所期望區(qū)域17各處的多個(gè)數(shù)據(jù)獲取單元14和相關(guān)的檢測(cè)器15檢測(cè)衰減的電磁場(chǎng)，并且然后以預(yù)定的采樣率對(duì)檢測(cè)到的測(cè)量數(shù)據(jù)采樣以便產(chǎn)生電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的每一傳感器采樣，其中所述采樣隨著每一連續(xù)采樣而在幅度上減小。該數(shù)據(jù)采樣被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)獲取單元14。通過(guò)分析在數(shù)據(jù)獲取單元14接收的數(shù)據(jù)采樣，可以獲得關(guān)于所期望的子表面體(sub-surface volume)的特性的指示。在實(shí)踐上，發(fā)射機(jī)環(huán)路12一次接通一個(gè)，且分析來(lái)自兩個(gè)發(fā)射機(jī)環(huán)路的響應(yīng)數(shù)據(jù)以提供關(guān)于所期望子表面體的特性的指示。
在該例子中，傳感器15是線圈類型的傳感器，被構(gòu)造以便測(cè)量Z分量，所述Z分量一般是電磁場(chǎng)的垂直分量。每一線圈具有350平方米級(jí)別的無(wú)源線圈區(qū)域(passive coil area)?？梢詷?gòu)造這樣的線圈，該線圈在10Hz級(jí)別的頻率上具有相對(duì)較低的噪聲特征。
系統(tǒng)10也可以包括能量源控制單元和發(fā)射機(jī)18，在該例子中，能量源控制單元為發(fā)射機(jī)控制單元16，該發(fā)射機(jī)控制單元16被配置以按照預(yù)定頻率來(lái)控制發(fā)射機(jī)18以接通發(fā)射機(jī)環(huán)路12。發(fā)射機(jī)控制單元16也用于在數(shù)據(jù)獲取單元14中，在對(duì)應(yīng)于采樣速率的預(yù)定間隔上對(duì)發(fā)射機(jī)電流采樣，以及在發(fā)射機(jī)控制單元16上存儲(chǔ)發(fā)射機(jī)電流采樣。這可以以任意合適的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如通過(guò)與發(fā)射機(jī)電流串行放置分路電阻(shunt resistor)。
數(shù)據(jù)獲取單元14均被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取測(cè)量數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)。同樣地，發(fā)射機(jī)控制單元16被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取發(fā)射機(jī)電流的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)。
在該例子中，發(fā)射機(jī)控制單元16和每一數(shù)據(jù)獲取單元14包括相同的元件，結(jié)果，數(shù)據(jù)獲取單元14可以作為發(fā)射機(jī)控制單元16，反之亦然。為了便于引用，在本發(fā)明的下面描述中，數(shù)據(jù)獲取單元14和發(fā)射機(jī)控制單元16將被稱為“節(jié)點(diǎn)”。
然而，雖然在下面的實(shí)施例中數(shù)據(jù)獲取單元14和發(fā)射機(jī)控制單元16包括相同的元件，但是應(yīng)當(dāng)理解，并不是必須如此?？蛇x地，可以構(gòu)造數(shù)據(jù)獲取單元14和發(fā)射機(jī)控制單元16以便專用于它們各自的任務(wù)，結(jié)果，它們不能互換。
在圖3中示出了節(jié)點(diǎn)14、16的結(jié)構(gòu)。
每一節(jié)點(diǎn)14、16包括電路20和電源，在該例子中，電源為充電電池22的形式。作為替換，電源可以由外部電源來(lái)提供。
電路20包括處理和控制單元26，當(dāng)節(jié)點(diǎn)用做數(shù)據(jù)獲取單元14時(shí)，用于處理從在使用中連接至該節(jié)點(diǎn)的傳感器接收的測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)用做發(fā)射機(jī)控制單元16時(shí)，用于處理從發(fā)射機(jī)18接收的發(fā)射機(jī)電流波形數(shù)據(jù)，以及控制和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)14、16的運(yùn)行，電路20還包括模擬接口單元28，用于連接處理和控制單元26和傳感器15或在使用中連接至節(jié)點(diǎn)14、16發(fā)射機(jī)18和電路保護(hù)單元30，所述電路保護(hù)單元用于防止模擬接口單元28受到由來(lái)自傳感器15的瞬時(shí)大電壓引起的損壞。
應(yīng)當(dāng)理解，所使用的傳感器類型依賴于正在執(zhí)行的特定的地球物理測(cè)量操作類型。在當(dāng)前例子中，測(cè)量是TEM類型測(cè)量，而傳感器是線圈類型的傳感器。
電路20也包括輸入/輸出接口36，所述輸入/輸出接口被配置以便于節(jié)點(diǎn)14、16和單獨(dú)的計(jì)算設(shè)備之間或兩個(gè)節(jié)點(diǎn)14、16之間的信息的傳送。在該例子中，輸入/輸出接口36包括串行接口，用于為了維持采樣時(shí)間的同步而便于到節(jié)點(diǎn)的同步信號(hào)的傳送；紅外接口，用于利用紅外輻射而便于在節(jié)點(diǎn)14、16和單獨(dú)的計(jì)算設(shè)備之間的地球物理數(shù)據(jù)或發(fā)射機(jī)電流數(shù)據(jù)的傳送。在該例子中，紅外接口是IrDA接口。輸入/輸出單元可以還包括網(wǎng)絡(luò)接口(未示出)。輸入/輸出接口可以選擇性地為利用諸如藍(lán)牙這樣的無(wú)線協(xié)議的類型。
電路20還包括在節(jié)點(diǎn)作為發(fā)射機(jī)控制單元16操作時(shí)使用的發(fā)射機(jī)接口38。發(fā)射機(jī)接口38用于向發(fā)射機(jī)18傳送控制指令，并且也可用于從發(fā)射機(jī)18向處理和控制單元26傳送電流波形數(shù)據(jù)以用于采樣。
電路20也包括LCD顯示器40，用于向用戶顯示指示節(jié)點(diǎn)14、16的運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)；用戶控制板42，便于用戶直接向節(jié)點(diǎn)14、16輸入控制指令；以及LED顯示器44，用于向用戶指示節(jié)點(diǎn)14、16的狀態(tài)，即是否節(jié)點(diǎn)14、16發(fā)生故障，是否電池22中的剩余能量為低等等。
處理和控制單元26接收指示來(lái)自GPS天線32的定時(shí)和位置數(shù)據(jù)的信號(hào)，以及產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)，所述時(shí)間參考數(shù)據(jù)管理獲取測(cè)量數(shù)據(jù)或發(fā)射機(jī)電流的采樣的時(shí)間。
處理和控制單元26包括處理器46和定時(shí)單元48，所述定時(shí)單元與GPS天線32通信且被配置以使用從GPS天線32接收的信號(hào)來(lái)產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)。
在數(shù)據(jù)獲取單元14的情況中，時(shí)間參考數(shù)據(jù)被用于控制獲取所收集的從傳感器15接收的測(cè)量數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間。在發(fā)射機(jī)控制單元16的情況中，時(shí)間參考數(shù)據(jù)被用于控制獲取發(fā)射機(jī)電流的采樣的時(shí)間。通過(guò)將時(shí)間參考數(shù)據(jù)和所接收測(cè)量數(shù)據(jù)的采樣以及發(fā)射機(jī)電流的采樣相關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)10可以精確地同步發(fā)射機(jī)電流和所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)。
處理和控制單元26還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54被配置以根據(jù)節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取單元14還是發(fā)射機(jī)控制單元16，而存儲(chǔ)從連接至數(shù)據(jù)獲取單元14的傳感器15接收的測(cè)量數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)從發(fā)射機(jī)18接收的發(fā)射機(jī)電流數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54還被用于存儲(chǔ)控制節(jié)點(diǎn)14、16的操作的程序。在該示例中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54是FLASH內(nèi)存形式。
處理器46被配置以根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中的程序來(lái)控制和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)14、16中的所有操作。應(yīng)當(dāng)理解的是，可在現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)點(diǎn)之前預(yù)先在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54上存儲(chǔ)程序，或通過(guò)使用輸入/輸出接口36連接計(jì)算設(shè)備和節(jié)點(diǎn)14、16并且將程序傳送到節(jié)點(diǎn)14、16以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54上，可以將所述程序傳送到節(jié)點(diǎn)作為安裝過(guò)程的部分。這樣的程序可另外或選擇性地位于單獨(dú)的計(jì)算設(shè)備上，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)被傳送到所述計(jì)算設(shè)備以用于分析。
所傳送的程序被配置以使得通過(guò)使用從GPS天線32接收的信號(hào)來(lái)產(chǎn)生適合的時(shí)間參考數(shù)據(jù)，以及根據(jù)節(jié)點(diǎn)是作為數(shù)據(jù)獲取單元14還是作為發(fā)射機(jī)控制單元16運(yùn)行而將該時(shí)間參考數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)采樣或發(fā)射極電流數(shù)據(jù)采樣相關(guān)聯(lián)。
在數(shù)據(jù)獲取單元14的情況下，所存儲(chǔ)的程序被配置以使得處理器46處理從傳感器15接收的測(cè)量數(shù)據(jù)以便產(chǎn)生相對(duì)于所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)具有減少的量以及減少的噪聲以及處于較有用的格式的所處理的測(cè)量數(shù)據(jù)。所處理的測(cè)量數(shù)據(jù)和所關(guān)聯(lián)的時(shí)間參考數(shù)據(jù)一起被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54上。處理功能可以在數(shù)據(jù)獲取期間和/或數(shù)據(jù)獲取之后執(zhí)行。
所存儲(chǔ)的程序可以包括被配置以檢測(cè)諸如大氣層放電(閃電)或在能量傳輸線上的波動(dòng)這樣的瞬時(shí)干擾事件的存在的程序，軟件使得能夠做出關(guān)于數(shù)據(jù)已經(jīng)受到該瞬時(shí)干擾的影響的判斷，并且對(duì)于已經(jīng)受到影響的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生在相關(guān)采樣時(shí)期的真實(shí)數(shù)據(jù)的最佳推測(cè)以便替換受影響的數(shù)據(jù)。這是通過(guò)執(zhí)行在測(cè)量中的多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中每一數(shù)據(jù)收集操作涉及發(fā)射機(jī)電流的啟動(dòng)以及與發(fā)射機(jī)電流的停止相關(guān)的數(shù)據(jù)采樣的收集，并且比較每一特定數(shù)據(jù)收集操作的采樣和隨后或先前數(shù)據(jù)收集操作的相應(yīng)采樣，或比較每一特定數(shù)據(jù)收集操作的采樣和在多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作期間所獲取的多個(gè)相應(yīng)采樣的相應(yīng)平均采樣值。由于預(yù)期相應(yīng)的采樣相互之間應(yīng)當(dāng)僅僅稍微不同，所以如果一些采樣值與先前的、隨后的、或平均采樣值顯著不同，則軟件可用于忽略測(cè)量數(shù)據(jù)的受影響部分或忽略在存在受影響的測(cè)量數(shù)據(jù)的特定數(shù)據(jù)收集操作期間收集的所有數(shù)據(jù)。
所存儲(chǔ)的程序可以包括累積程序(stacking program)，用于通過(guò)執(zhí)行選擇錐形累積(selective tapered stacking)來(lái)增加信噪比，其中所述選擇錐形累積為將長(zhǎng)序列的原始數(shù)據(jù)平均成較小的序列，以便減少干擾的影響以及減少數(shù)據(jù)量的方法。通過(guò)在多個(gè)重復(fù)采樣，即在多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作上對(duì)采樣進(jìn)行平均來(lái)實(shí)現(xiàn)累積。在以非重復(fù)數(shù)據(jù)為代價(jià)的情況下，重復(fù)數(shù)據(jù)被大大增強(qiáng)。累積程序可以被配置以便原始數(shù)據(jù)的每一成分對(duì)所累積的數(shù)據(jù)的影響根據(jù)由關(guān)于成分質(zhì)量的程序中的算法所作的評(píng)估而變化。例如，如果一個(gè)或多個(gè)采樣受到瞬時(shí)干擾事件的影響，則被識(shí)別的采樣可能被累積程序所忽略。
所存儲(chǔ)的程序還可以包括窗口程序(windowing program)，被配置以通過(guò)在數(shù)據(jù)收集操作期間對(duì)從每一傳感器獲取的多個(gè)連續(xù)采樣求平均來(lái)增加信噪比以產(chǎn)生該連續(xù)采樣的單個(gè)代表性采樣值。
應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)執(zhí)行選擇錐形累積和/或通過(guò)平均多個(gè)連續(xù)采樣，可以減小與所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)的噪聲至1nV/A或更小級(jí)別的電平。
所存儲(chǔ)的程序還可以包括被配置以產(chǎn)生以及連續(xù)更新來(lái)自諸如能量傳輸線、BLF發(fā)射機(jī)、大氣層源等這樣的所有的源的引入干擾(incoming interference)的估計(jì)的程序。如果在已發(fā)生累積之后仍然可檢測(cè)到諧波干擾，則可以使用數(shù)字濾波器來(lái)消除干擾以消除頻譜的受影響部分以及使用插入無(wú)差錯(cuò)頻譜(interpolated error-free spectra)來(lái)替代受影響的頻譜。
可以以各種方式來(lái)檢測(cè)引入干擾的程度。例如，可以使用相反極性的發(fā)射機(jī)電流以及被加在一起的響應(yīng)來(lái)執(zhí)行兩個(gè)數(shù)據(jù)收集操作以便僅產(chǎn)生噪聲的表達(dá)。
當(dāng)諧波干擾的頻率一般位于與用于發(fā)射機(jī)18的頻率不同的頻率上時(shí)，存在于測(cè)量數(shù)據(jù)中的任何諧波干擾在大多數(shù)情況下相對(duì)較容易被檢測(cè)。例如，由電力線引起的諧波干擾一般處于50Hz，并且因而可以由適當(dāng)?shù)臑V波技術(shù)，如數(shù)字濾波從測(cè)量數(shù)據(jù)中消除。
所存儲(chǔ)的程序還可以包括漂移檢測(cè)器程序，被配置以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和在現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)點(diǎn)時(shí)所獲得的先前測(cè)量的互相關(guān)來(lái)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和發(fā)射機(jī)之間的相對(duì)定時(shí)中的漂移。使用該檢測(cè)，可以校正定時(shí)漂移。
所存儲(chǔ)的程序還可以包括被配置以使得處理器46利用傅立葉變換分析將對(duì)應(yīng)于接收測(cè)量數(shù)據(jù)的波形變換到頻域，以及將數(shù)據(jù)變換成有意義的單元的程序。
所存儲(chǔ)的程序還可以包括被配置以執(zhí)行去卷積以便消除在測(cè)量期間可能出現(xiàn)的各種現(xiàn)象的影響，諸如電池22所提供的能量的逐漸減小而導(dǎo)致的在傳感器特性和發(fā)射機(jī)波形中的偏差等。
所存儲(chǔ)的程序還可以包括被配置以計(jì)算在估計(jì)所接收測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量中使用的質(zhì)量控制指示符的程序。例如，該程序可被配置以通過(guò)使用例如從存在的噪聲的上述估計(jì)所得到的噪聲指示符來(lái)計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，以做出關(guān)于是否需要噪聲抑制處理和/或需要哪一種噪聲抑制處理的判決。
所存儲(chǔ)的程序還可以使得處理器46能夠在分離與測(cè)量數(shù)據(jù)獲取和處理相關(guān)的參數(shù)中做出判決。例如，該程序可以使得處理器46能夠通過(guò)分析測(cè)量數(shù)據(jù)采樣的幅度和調(diào)整施加于采樣的增益電平來(lái)做出與施加于所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)的增益電平相關(guān)的判決以防止放大器60在使用期間飽和。
每一節(jié)點(diǎn)包括多任務(wù)操作系統(tǒng)，如Linux，它使得節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)執(zhí)行幾個(gè)功能。當(dāng)獲取數(shù)據(jù)時(shí)，為了操作員執(zhí)行節(jié)點(diǎn)性能的質(zhì)量控制，例如可以使用手持計(jì)算設(shè)備詢問(wèn)節(jié)點(diǎn)?？梢詧?zhí)行節(jié)點(diǎn)的詢問(wèn)而不中斷由節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的數(shù)據(jù)的獲取和處理。操作員可以從節(jié)點(diǎn)下載任意存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中的數(shù)據(jù)，包括指示在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中存儲(chǔ)的任何數(shù)據(jù)的質(zhì)量的信息。在該例子中，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)上提供的紅外接口和在手持計(jì)算設(shè)備上提供的相應(yīng)紅外接口來(lái)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)和手持計(jì)算設(shè)備之間的數(shù)據(jù)的傳送，雖然應(yīng)當(dāng)理解，可以以任何其它合適方式來(lái)進(jìn)行傳送，例如，經(jīng)由串行接口或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口。
計(jì)算設(shè)備可以包括所存儲(chǔ)的程序，其中數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)傳送到所述計(jì)算設(shè)備，所述程序被配置以對(duì)從節(jié)點(diǎn)接收的測(cè)量數(shù)據(jù)執(zhí)行處理操作。因?yàn)楣潭ōh(huán)路EM數(shù)據(jù)可以由勢(shì)場(chǎng)方程式(potential field equation)來(lái)表達(dá)，所以該數(shù)據(jù)可以被作為地磁或重力數(shù)據(jù)對(duì)待，從而可以推斷數(shù)據(jù)以便提供在該測(cè)量區(qū)域的表面上方或下方的磁場(chǎng)的估計(jì)。例如，可以推斷磁場(chǎng)以便增強(qiáng)位于測(cè)量區(qū)域下的目標(biāo)元件的清晰度。推斷過(guò)程使用放置在測(cè)量區(qū)域的表面上的傳感器之間的所得到的空間導(dǎo)數(shù)以得到在垂直方向上的空間導(dǎo)數(shù)。
所存儲(chǔ)的程序還被配置以處理來(lái)自傳感器的所接收的處理數(shù)據(jù)采樣以減少由大氣放電和大地電流所引起的類型的噪聲。這樣的噪聲在期望的測(cè)量區(qū)域上一般相對(duì)恒定。
為了從測(cè)量數(shù)據(jù)分離這樣的噪聲，所存儲(chǔ)的程序被配置以計(jì)算來(lái)自相鄰傳感器的同時(shí)的采樣之間的差以及將每一差值除以相關(guān)傳感器之間的距離。這相當(dāng)于對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)上求空間導(dǎo)數(shù)。
圖4中示出了分布在測(cè)量區(qū)域上的數(shù)據(jù)獲取單元14的陣列的表達(dá)。
應(yīng)當(dāng)理解，空間導(dǎo)數(shù)的計(jì)算可以在沿著第一方向上的一條線分布的傳感器15之間進(jìn)行。例如，相應(yīng)地第一傳感器15a和第二傳感器15b之間；沿與第一線正交的第二線放置的傳感器15之間，相應(yīng)地諸如第一傳感器15a和第三傳感器15c之間；和/或通常以相互為對(duì)角關(guān)系放置的傳感器之間，相應(yīng)地諸如第一傳感器15a和第四傳感器15d之間。重要的特征是對(duì)于每一傳感器15，可以在傳感器15和任意數(shù)量的相鄰傳感器15之間計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)。
應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)以這種方式計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)，可以得到實(shí)際上沒(méi)有由大氣層放電、大地電流等引起的噪聲的處理測(cè)量數(shù)據(jù)。
在某些情況中，實(shí)際上不可能同時(shí)計(jì)算在整個(gè)測(cè)量區(qū)域上的導(dǎo)數(shù)，這是因?yàn)閷⑿枰罅康膫鞲衅?5和相關(guān)的數(shù)據(jù)獲取單元14，而可用的數(shù)據(jù)獲取單元14和傳感器15的數(shù)量不足。對(duì)于這樣的情形，要求操作員移動(dòng)數(shù)據(jù)獲取單元和傳感器的可用陣列數(shù)次以便覆蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)域。然而，由于在傳感器15的測(cè)量區(qū)域中的所有建議的位置不是同時(shí)被傳感器15所占據(jù)，所以不可能立即直接為每一傳感器位置計(jì)算所有可能的空間導(dǎo)數(shù)。
為了獲得所有傳感器位置的空間導(dǎo)數(shù)，可以使用參考數(shù)據(jù)獲取單元和相關(guān)參考傳感器15r，如圖5a和5b所示。在當(dāng)前例子中，參考傳感器15r一般被放置在所建議的測(cè)量區(qū)域的中心，雖然不必一定如此。
如圖5a中所指示的，為了覆蓋整個(gè)測(cè)量區(qū)域，數(shù)據(jù)獲取單元14的第一線55和相關(guān)傳感器15首先被放置在該測(cè)量區(qū)域中。然后同時(shí)計(jì)算在第一線55中的相鄰節(jié)點(diǎn)之間的即時(shí)空間導(dǎo)數(shù)，相應(yīng)地，諸如第一傳感器15a和第二傳感器15b之間；相應(yīng)地諸如第一傳感器15a和第三傳感器15c之間；以及在第一線55中的每一傳感器和參考傳感器15r之間。然后移動(dòng)第一線55中的傳感器15以放置在第二線57中，計(jì)算在第二線57中的相鄰傳感器15之間以及在第二線57中的每一傳感器15和參考傳感器15r之間的即時(shí)空間導(dǎo)數(shù)。為了計(jì)算當(dāng)置于第一線55中的傳感器15和當(dāng)置于第二線57中的相鄰傳感器15之間的即時(shí)空間導(dǎo)數(shù)，從當(dāng)傳感器處于第一線55中時(shí)相對(duì)于參考傳感器14r計(jì)算的空間導(dǎo)數(shù)減去當(dāng)傳感器處于第二線57中時(shí)相對(duì)于參考傳感器14r計(jì)算的空間導(dǎo)數(shù)。這提供了對(duì)應(yīng)于在置于第一線55中的傳感器和置于第二線57中的相鄰傳感器之間計(jì)算的即時(shí)空間導(dǎo)數(shù)的空間導(dǎo)數(shù)。
由于整個(gè)測(cè)量區(qū)域的所有空間導(dǎo)數(shù)實(shí)際上不是由同時(shí)收集的測(cè)量數(shù)據(jù)得到，所以可能需要對(duì)于任何偏差的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，所述偏差可能作為發(fā)射機(jī)電流中的偏差的結(jié)果而出現(xiàn)，所述發(fā)射機(jī)電流中的偏差可能發(fā)生在不同的傳感器位置之間。參考數(shù)據(jù)獲取單元14可被用于通過(guò)連續(xù)測(cè)量在整個(gè)測(cè)量期間由參考節(jié)點(diǎn)所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)幫助校正測(cè)量數(shù)據(jù)中的偏差。
應(yīng)當(dāng)理解，為了在執(zhí)行測(cè)量之前校正傳感器15和數(shù)據(jù)獲取單元14的靈敏性中的小偏差，傳感器15和數(shù)據(jù)獲取單元14應(yīng)當(dāng)被校準(zhǔn)以便校正由傳感器的定位中以及傳感器和數(shù)據(jù)獲取單元的靈敏度中的差所引起的偏差。
在該示例中，這通過(guò)響應(yīng)于遠(yuǎn)處的信號(hào)源收集測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中所述信號(hào)源只是在測(cè)量區(qū)域上緩慢地空間變化或根本不變化。例如，由遠(yuǎn)處的大氣放電引起的噪聲可以用做信號(hào)源和在沒(méi)有發(fā)射機(jī)電流時(shí)所收集的測(cè)量數(shù)據(jù)。假定在測(cè)量區(qū)域中的傳感器的空間間距相對(duì)較小，可以預(yù)期，在每一傳感器上的響應(yīng)將在所有傳感器之間是非常相關(guān)的。對(duì)于給定的測(cè)量區(qū)域，校正系數(shù)可以與每一傳感器相關(guān)聯(lián)，或在多個(gè)分量傳感器的情況下，向量或張量(tensor)可與每一傳感器相關(guān)。
所存儲(chǔ)的程序還可被配置以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)積分以獲得潛在的更清楚的常規(guī)數(shù)據(jù)(potentially cleaner conventional data)?？梢约由贤ㄟ^(guò)使用參考數(shù)據(jù)獲取單元和相關(guān)的參考傳感器得到的積分常數(shù)。
如在圖6中詳細(xì)示出的模擬接口單元28包括用于四個(gè)不同信號(hào)通道的電路，每一通道包括放大器60，用于根據(jù)節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取單元14還是發(fā)射機(jī)控制單元16而從傳感器15或發(fā)射機(jī)18接收測(cè)量數(shù)據(jù)。所濾波的數(shù)據(jù)然后被傳遞到低通濾波器62和A/D轉(zhuǎn)換器64，在該例子中，A/D轉(zhuǎn)換器是24位轉(zhuǎn)換器。
放大器60、濾波器62和A/D轉(zhuǎn)換器64的控制包括A/D轉(zhuǎn)換器64的定時(shí)以及由處理和控制單元26執(zhí)行的所接收測(cè)量數(shù)據(jù)或發(fā)射機(jī)電流的采樣。
保護(hù)單元30包括用于每一通道的單獨(dú)的保護(hù)電路，每一保護(hù)電路用于防止模擬接口單元28的電路受到由大瞬時(shí)電壓造成的損害，所述瞬時(shí)電壓可能存在于輸入保護(hù)單元30的信號(hào)上。
可以為節(jié)點(diǎn)14、16提供精密振蕩器，在該例子中為溫控晶體振蕩器(OCXO)，其可由定時(shí)單元48使用以在GPS信號(hào)不可用時(shí)產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)。晶體振蕩器產(chǎn)生由定時(shí)單元48使用以產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)的精確頻率信號(hào)。在該例子中，時(shí)間參考數(shù)據(jù)是計(jì)數(shù)器的輸出，所述計(jì)數(shù)器用于對(duì)由晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)的周期數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。然而，使用這種結(jié)構(gòu)，由于每一節(jié)點(diǎn)14、16包括單獨(dú)的晶體振蕩器，所以如果GPS信號(hào)不可用，則在測(cè)量期間需要周期地將晶體振蕩器相互同步。在實(shí)踐中，這通過(guò)為發(fā)射機(jī)控制單元16提供高精度晶體振蕩器，通過(guò)為每一數(shù)據(jù)獲取單元14提供精密晶體振蕩器，以及通過(guò)周期地經(jīng)過(guò)輸入/輸出單元36來(lái)將每一數(shù)據(jù)獲取單元14和發(fā)射機(jī)控制單元16連接以比較高精度晶體振蕩器的頻率和精密振蕩器的頻率和比較數(shù)據(jù)獲取單元中的計(jì)數(shù)器的相位和發(fā)射機(jī)控制單元16中的計(jì)數(shù)器的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)整精密晶體振蕩器的頻率和通過(guò)調(diào)整與精密晶體振蕩器相關(guān)的計(jì)數(shù)器的相位來(lái)消除頻率和計(jì)數(shù)器之間的任何差異。
當(dāng)GPS信號(hào)不可用達(dá)幾個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)的級(jí)別的時(shí)間段時(shí)，可能由振蕩器得到的時(shí)間參考數(shù)據(jù)將漂移。在利用激活源的測(cè)量期間，相對(duì)于主場(chǎng)波形的源的節(jié)點(diǎn)的時(shí)間參考數(shù)據(jù)的漂移可以由節(jié)點(diǎn)監(jiān)視，同時(shí)，它位于特定位置上。通過(guò)對(duì)在特定時(shí)間上的測(cè)量和在將節(jié)點(diǎn)安裝在該位置上時(shí)所進(jìn)行的測(cè)量進(jìn)行互相關(guān)來(lái)計(jì)算漂移。由于可以假定漂移是由在節(jié)點(diǎn)上的同步的緩慢丟失而導(dǎo)致的，所以可以通過(guò)根據(jù)所檢測(cè)到的漂移來(lái)改變振蕩器的頻率和與振蕩器相關(guān)的計(jì)數(shù)器的相位來(lái)校正漂移。
現(xiàn)在將描述使用上述數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的地球物理瞬時(shí)電磁場(chǎng)(TEM)測(cè)量的例子。
操作員首先將一個(gè)和多個(gè)發(fā)射機(jī)環(huán)路12安裝在合適的位置以用于給所期望的測(cè)量區(qū)域80通電，并將發(fā)射機(jī)18連接到發(fā)射機(jī)環(huán)路12。發(fā)射機(jī)控制單元16被連接至發(fā)射機(jī)18以便控制發(fā)射機(jī)18和對(duì)流過(guò)發(fā)射機(jī)環(huán)路12的電流采樣。
然后操作員將數(shù)據(jù)獲取單元14分布在所期望的測(cè)量區(qū)域各處并通過(guò)將傳感器15連接至保護(hù)單元30的輸入來(lái)將每一數(shù)據(jù)獲取單元14連接到一個(gè)或多個(gè)傳感器15，在該例子中，傳感器是線圈類型的傳感器。
當(dāng)安裝時(shí)，數(shù)據(jù)獲取單元14和發(fā)射機(jī)控制單元16被接通，駐留在數(shù)據(jù)獲取單元14的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中的程序使得數(shù)據(jù)獲取單元14開始從傳感器15檢索信號(hào)，提取信號(hào)的采樣，處理所采樣的信號(hào)，以及記錄所處理的信號(hào)。類似地，駐留在發(fā)射機(jī)控制單元16的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中的程序使得發(fā)射機(jī)控制單元16控制發(fā)射機(jī)18，開始從發(fā)射機(jī)檢索信號(hào)，提取所檢索的發(fā)射機(jī)信號(hào)的采樣，處理所采樣的信號(hào)，以及記錄所處理的信號(hào)。如果需要，操作員向數(shù)據(jù)獲取單元14和發(fā)射機(jī)控制單元16提供信息以更新單元14、16的結(jié)構(gòu)以用于特定測(cè)量和將被執(zhí)行的特定任務(wù)。在實(shí)踐中，測(cè)量中的所有單元的大部分設(shè)置將是相同的。用于更新單元14、16的結(jié)構(gòu)的指令包括發(fā)射機(jī)頻率的設(shè)置、所處理測(cè)量數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54的速率、和其他與測(cè)量數(shù)據(jù)的處理相關(guān)的設(shè)置。通過(guò)使用便攜式計(jì)算設(shè)備、經(jīng)由輸入/輸出接口36發(fā)送由操作員傳送到單元14、16的指令。
使用相同便攜式計(jì)算設(shè)備和數(shù)據(jù)獲取單元14的輸入/輸出接口36，操作員可以查看來(lái)自數(shù)據(jù)獲取單元的測(cè)量數(shù)據(jù)以確認(rèn)其操作。而且，通過(guò)LCD顯示器40和LED顯示器44提供給操作員的信息使得操作員可以做出對(duì)數(shù)據(jù)獲取單元14的功能的快速估計(jì)。
在該例子中，測(cè)量是TEM類型測(cè)量并且由發(fā)射機(jī)控制單元16控制發(fā)射機(jī)18和相關(guān)發(fā)射機(jī)環(huán)路12以便產(chǎn)生隨時(shí)間衰減的磁場(chǎng)。結(jié)果，由傳感器15記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)的采樣隨著每一連續(xù)采樣而在幅度上減小。
當(dāng)發(fā)射機(jī)環(huán)路12處于運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生穿過(guò)測(cè)量區(qū)域的(包括穿過(guò)預(yù)期的子表面體的)、隨時(shí)間上衰減的主磁場(chǎng)。子表面體的導(dǎo)電性成分通過(guò)傳導(dǎo)電流而響應(yīng)該主磁場(chǎng)。在子表面自己中流動(dòng)的這些電流產(chǎn)生副電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)可以是子表面體的地質(zhì)學(xué)特征。放置在子表面體的附近的線圈傳感器檢測(cè)主場(chǎng)和副場(chǎng)并且產(chǎn)生電壓形式的測(cè)量數(shù)據(jù)，所述電壓隨時(shí)間在幅度上減小，該電壓經(jīng)由數(shù)據(jù)獲取單元14的保護(hù)單元30被反饋回模擬接口單元28。在模擬接口單元28上，電壓被放大、濾波和變換成數(shù)字信號(hào)，以及利用時(shí)間參考數(shù)據(jù)來(lái)采樣。然后處理器46根據(jù)上述的處理步驟來(lái)處理所采樣的測(cè)量數(shù)據(jù)以增加信噪比和減少數(shù)據(jù)量。
在由在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中存儲(chǔ)的程序和設(shè)置管理的預(yù)定的間隔上，所處理的測(cè)量數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在每一數(shù)據(jù)獲取單元14的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中。除了測(cè)量數(shù)據(jù)本身之外，表示采樣的定時(shí)的時(shí)間參考數(shù)據(jù)、指示傳感器位置的信息和任何其他處理測(cè)量數(shù)據(jù)所需的信息被記錄在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備54中。
在測(cè)量期間，操作員為了確認(rèn)單元14、16的校正操作而訪問(wèn)每一數(shù)據(jù)獲取單元14。此時(shí)，可以經(jīng)由輸入/輸出接口36將處理數(shù)據(jù)或其他形式的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)獲取單元下載到操作員所攜帶的便攜式計(jì)算設(shè)備，以便分析數(shù)據(jù)質(zhì)量和核對(duì)來(lái)自測(cè)量的數(shù)據(jù)。
測(cè)量可以包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作，即一個(gè)或多個(gè)涉及發(fā)射機(jī)的啟動(dòng)、發(fā)射機(jī)的停用以及所需數(shù)據(jù)采樣的收集的操作。
當(dāng)已完成測(cè)量，所有表示傳感器響應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)和流過(guò)發(fā)射機(jī)環(huán)路12的電流被從單元14、16傳送到便攜式計(jì)算設(shè)備。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，由于處理器46處理所接收的測(cè)量數(shù)據(jù)以減少測(cè)量數(shù)據(jù)的量，所以在每一數(shù)據(jù)獲取單元14中，僅僅需要相對(duì)小和不昂貴的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，并且需要相對(duì)短的時(shí)間來(lái)收集和核對(duì)來(lái)自所有數(shù)據(jù)獲取單元的數(shù)據(jù)。然后便攜式計(jì)算設(shè)備處理測(cè)量數(shù)據(jù)以便產(chǎn)生空間導(dǎo)數(shù)和執(zhí)行任何其他期望的處理活動(dòng)。
也應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，由于所接收測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)14、16以用于在測(cè)量完成之后的后續(xù)下載和分析，并且由于節(jié)點(diǎn)14、16通過(guò)GPS或通過(guò)本地晶體振蕩器來(lái)產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)，所以所述節(jié)點(diǎn)是非常獨(dú)立的，并且不需要節(jié)點(diǎn)14以及中心計(jì)算設(shè)備和/或定時(shí)設(shè)備之間的笨重且昂貴的電纜。
圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)70。
選擇性系統(tǒng)70適合用在不能使用GPS的區(qū)域。相同特征由相同的附圖標(biāo)記表示。
選擇性系統(tǒng)70包括漫游節(jié)點(diǎn)74，該漫游節(jié)點(diǎn)74用于維持所接收測(cè)量數(shù)據(jù)和發(fā)射機(jī)18之間的同步。
發(fā)射機(jī)控制單元16和漫游節(jié)點(diǎn)74包括高精度溫控(oven-controlled)晶體振蕩器，并且每一數(shù)據(jù)獲取單元14包括不昂貴的精密溫控(oven-controlled)晶體振蕩器。
在運(yùn)行中，操作員周期性地經(jīng)由輸入/輸出接口36將漫游節(jié)點(diǎn)74連接到每一數(shù)據(jù)獲取單元14，以便將數(shù)據(jù)獲取單元14中的精密晶體振蕩器和漫游節(jié)點(diǎn)74中的高精度晶體振蕩器同步。
對(duì)于該實(shí)施例，當(dāng)漫游節(jié)點(diǎn)74連接至數(shù)據(jù)獲取單元14時(shí)，數(shù)據(jù)獲取單元14可以從漫游節(jié)點(diǎn)74接收指令，而不是數(shù)據(jù)獲取單元14從便攜式計(jì)算設(shè)備接收指令。
對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域人員來(lái)說(shuō)比較明顯的修改和變化被認(rèn)為是落在本發(fā)明的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，用于收集地球物理數(shù)據(jù)，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取單元，可連接到至少一個(gè)傳感器，且在使用期間被配置以從所述至少一個(gè)傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)獲取單元包括時(shí)間參考裝置，被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)；和用于計(jì)算在與使用期間連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的相鄰傳感器相關(guān)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述時(shí)間參考裝置包括GPS接收機(jī)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述時(shí)間參考裝置包括精密振蕩器。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述精密振蕩器包括精密溫控晶體振蕩器，以及所述時(shí)間參考裝置還包括被配置以計(jì)數(shù)由所述振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)的計(jì)數(shù)器。
5.如權(quán)利要求3或4所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以接收可用于調(diào)整所述振蕩器的頻率的同步信號(hào)，從而調(diào)整獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間，以便獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間與在其它數(shù)據(jù)獲取單元中獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間同步。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以接收和存儲(chǔ)用于后續(xù)運(yùn)行的程序。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以在執(zhí)行作為地球物理測(cè)量的部分的多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作時(shí)計(jì)算多個(gè)相應(yīng)重復(fù)采樣值的平均采樣值，以便減小干擾對(duì)所述采樣的影響以及減少數(shù)據(jù)量。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以比較重復(fù)采樣以及丟棄與大多數(shù)重復(fù)采樣相差預(yù)定量的采樣。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以計(jì)算在作為地球物理測(cè)量的部分而執(zhí)行的數(shù)據(jù)收集操作期間所獲取的多個(gè)連續(xù)采樣的平均采樣值，以便產(chǎn)生所述連續(xù)采樣的代表性采樣。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以估計(jì)在測(cè)量位置上存在的干擾量。
11.如權(quán)利要求10所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，通過(guò)使用第一極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第一數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第一響應(yīng)、通過(guò)使用第二極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第二數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第二響應(yīng)、以及通過(guò)計(jì)算第一和第二響應(yīng)之和以使得第一和第二響應(yīng)相抵來(lái)估計(jì)存在的干擾量。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以對(duì)所收集的地球物理數(shù)據(jù)濾波以便消除周期性干擾。
13.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以利用傅立葉變換分析將所收集的地球物理數(shù)據(jù)變換到頻域。
14.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以產(chǎn)生用在估計(jì)所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量中的至少一個(gè)質(zhì)量控制指示符。
15.如權(quán)利要求14所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以計(jì)算所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
16.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以根據(jù)所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的幅度的估計(jì)來(lái)調(diào)整施加于所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的增益電平。
17.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以下推所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)以便增加位于測(cè)量區(qū)域的表面之下的目標(biāo)的清晰度。
18.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元可連接至能量源，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以從所述能量源收集能量源輸出數(shù)據(jù)，并且所述時(shí)間參考裝置被配置以對(duì)所收集的能量源輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。
19.如權(quán)利要求18所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置以校正在地球物理測(cè)量期間在所述能量源輸出的幅度中的偏差。
20.如權(quán)利要求14所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置以校正由提供給能量源的能量中的偏差所引起的、在所收集的地球物理數(shù)據(jù)的幅度中的偏差。
21.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)接口，被配置以有助于將地球物理數(shù)據(jù)和/或程序傳送到數(shù)據(jù)獲取單元或從數(shù)據(jù)獲取單元傳送地球物理數(shù)據(jù)和/或程序。
22.如權(quán)利要求21所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)獲取單元包括多任務(wù)操作系統(tǒng)。
23.如權(quán)利要求22所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)獲取單元被配置以有助于在地球物理測(cè)量期間從數(shù)據(jù)獲取單元傳送地球物理數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求21到23中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述接口包括紅外接口、串行接口和/或網(wǎng)絡(luò)接口。
25.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元被配置以存儲(chǔ)在使用期間連接至數(shù)據(jù)獲取單元的每一傳感器的校正系數(shù)，每一校正系數(shù)被用于校正在傳感器靈敏度中的偏差。
26.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括顯示裝置，被配置以向操作員提供指示數(shù)據(jù)獲取單元的操作的信息。
27.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)獲取單元包括用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的裝置。
28.如權(quán)利要求1到26中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的裝置獨(dú)立于數(shù)據(jù)獲取單元。
29.如權(quán)利要求28所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括便攜式計(jì)算設(shè)備，所述便攜式計(jì)算設(shè)備包括用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的裝置。
30.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括多個(gè)如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取單元。
31.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)參考數(shù)據(jù)獲取單元，每一參考數(shù)據(jù)獲取單元可連接到至少一個(gè)參考傳感器，并且在使用期間被配置以從所述至少一個(gè)參考傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)，以及獲取從所述傳感器收集的地球物理數(shù)據(jù)的采樣，其中所述用于計(jì)算與相鄰傳感器相關(guān)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)的裝置被配置以當(dāng)傳感器被放置在第一位置時(shí)，計(jì)算在第一數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第一空間導(dǎo)數(shù)；當(dāng)傳感器被放置在第二位置時(shí)，計(jì)算在第二數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第二空間導(dǎo)數(shù)；以及計(jì)算所述第一和第二空間導(dǎo)數(shù)之間的微分空間導(dǎo)數(shù)，每一所述微分空間導(dǎo)數(shù)表示放置在第一位置的傳感器和放置在第二位置的傳感器之間的空間導(dǎo)數(shù)。
32.如權(quán)利要求30或31所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括用于計(jì)算空間導(dǎo)數(shù)的積分的裝置。
33.如權(quán)利要求30到32中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括能量源，被配置以產(chǎn)生能量并將該能量引向子表面體以便引起地球物理響應(yīng)并從而導(dǎo)致地球物理信號(hào)的產(chǎn)生。
34.如權(quán)利要求33所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述能量源包括發(fā)射機(jī)和發(fā)射機(jī)環(huán)路。
35.如權(quán)利要求30到34中的任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括能量源控制單元，可連接至所述能量源且被配置以從所述能量源收集輸出數(shù)據(jù)，所述能量源控制單元包括時(shí)間參考單元，被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取所述能量源輸出數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)以及將所述能量源輸出數(shù)據(jù)和所述時(shí)間參考數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。
36.如權(quán)利要求35所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中所述能量源控制單元是發(fā)射機(jī)控制單元，被配置以控制發(fā)射機(jī)以便根據(jù)預(yù)定的頻率接通發(fā)射機(jī)環(huán)路。
37.如權(quán)利要求35或36所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其中，所述能量源控制單元包括與所述數(shù)據(jù)獲取單元相同的元件以便所述發(fā)射機(jī)控制單元能執(zhí)行所述數(shù)據(jù)獲取單元的功能，反之亦然。
38.一種獲取地球物理數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括步驟提供至少一個(gè)數(shù)據(jù)獲取單元，所述數(shù)據(jù)獲取單元被配置以從在使用中連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的至少一個(gè)地球物理傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)；對(duì)于每一數(shù)據(jù)獲取單元，連接至少一個(gè)地球物理傳感器到所述數(shù)據(jù)獲取單元；在數(shù)據(jù)獲取單元上產(chǎn)生可用于控制獲取所收集的地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)；和計(jì)算與在使用期間連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的相鄰傳感器相關(guān)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)。
39.如權(quán)利要求38所述的收集地球物理數(shù)據(jù)的方法，還包括步驟提供至少一個(gè)參考數(shù)據(jù)獲取單元，在使用期間，所述參考數(shù)據(jù)獲取單元被配置以從所述至少一個(gè)參考傳感器收集地球物理數(shù)據(jù)；將每一參考數(shù)據(jù)獲取單元連接到至少一個(gè)參考傳感器；當(dāng)所述傳感器被放置在第一位置時(shí)，計(jì)算在第一數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第一空間導(dǎo)數(shù)；當(dāng)所述傳感器被放置在第二位置時(shí)，計(jì)算在第二數(shù)據(jù)收集操作期間的至少一些連接至所述數(shù)據(jù)獲取單元的傳感器和連接至所述參考數(shù)據(jù)獲取單元的參考傳感器之間的第二空間導(dǎo)數(shù)；以及計(jì)算所述第一和第二空間導(dǎo)數(shù)之間的微分空間導(dǎo)數(shù)，每一所述微分空間導(dǎo)數(shù)表示放置在第一位置的傳感器和放置在第二位置的傳感器之間的空間導(dǎo)數(shù)。
40.如權(quán)利要求38或39所述的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，還包括用于計(jì)算所述空間導(dǎo)數(shù)的積分的裝置。
41.如權(quán)利要求38到40的任一項(xiàng)所述的方法，其中產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)的步驟包括提供GPS接收機(jī)的步驟。
42.如權(quán)利要求38或41的任一項(xiàng)所述的方法，其中，產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)的步驟包括提供振蕩器的步驟。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述振蕩器包括精密溫控晶體振蕩器，以及產(chǎn)生時(shí)間參考數(shù)據(jù)的步驟還包括提供計(jì)數(shù)器的步驟，所述計(jì)數(shù)器被配置以對(duì)由所述振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)計(jì)數(shù)。
44.如權(quán)利要求42或43所述的方法，還包括步驟便于在所述數(shù)據(jù)獲取單元上接收同步信號(hào)，所述同步信號(hào)可被所述處理裝置使用以調(diào)整所述振蕩器的頻率，并從而調(diào)整獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間，以便獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間和在其它數(shù)據(jù)獲取單元中獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間同步。
45.如權(quán)利要求38到44中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括接收用于所述處理裝置的后續(xù)運(yùn)行的程序以及在數(shù)據(jù)獲取單元上存儲(chǔ)該程序的步驟。
46.如權(quán)利要求38到45中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟當(dāng)執(zhí)行作為地球物理測(cè)量的部分的多個(gè)數(shù)據(jù)收集操作時(shí)，計(jì)算多個(gè)相應(yīng)的重復(fù)采樣值的平均采樣值，以便減小干擾對(duì)所述采樣的影響以及減少數(shù)據(jù)量。
47.如權(quán)利要求38到46中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟比較所述重復(fù)采樣值，并丟棄與大多數(shù)重復(fù)采樣值相差預(yù)定量的采樣。
48.如權(quán)利要求38到47中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟計(jì)算在被作為地球物理測(cè)量的部分而執(zhí)行的數(shù)據(jù)收集操作期間所獲取的多個(gè)連續(xù)采樣的平均采樣值以產(chǎn)生所述連續(xù)采樣的代表性采樣。
49.如權(quán)利要求38到48中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟估計(jì)在測(cè)量點(diǎn)上存在的干擾量。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，通過(guò)使用第一極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第一數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第一響應(yīng)、通過(guò)使用第二極性的入射磁場(chǎng)來(lái)執(zhí)行第二數(shù)據(jù)收集操作以產(chǎn)生第二響應(yīng)、以及通過(guò)計(jì)算第一和第二響應(yīng)之和以使得第一和第二響應(yīng)相抵來(lái)估計(jì)存在的干擾量。
51.如權(quán)利要求38到50中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟對(duì)所收集的地球物理數(shù)據(jù)濾波以便消除周期性干擾。
52.如權(quán)利要求38到51中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟利用傅立葉變換分析將所收集的地球物理數(shù)據(jù)變換到頻域。
53.如權(quán)利要求38到52中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟在地球物理測(cè)量期間校正在能量源的幅度中的偏差。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其中校正幅度中的偏差的步驟包括校正由提供給所述能量源的能量中的偏差導(dǎo)致的在所述能量源的幅度中的偏差的步驟。
55.如權(quán)利要求38到54中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟產(chǎn)生至少一個(gè)在評(píng)估所收集的地球物理數(shù)據(jù)的質(zhì)量時(shí)使用的質(zhì)量控制指示符。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，還包括步驟計(jì)算所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值。
57.如權(quán)利要求38到56中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟根據(jù)所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的幅度的估計(jì)來(lái)調(diào)整施加于所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的增益電平。
58.如權(quán)利要求38到57中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟下推所收集的地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)以便增加位于測(cè)量區(qū)域的表面之下的目標(biāo)的清晰度。
59.如權(quán)利要求38到58中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括步驟便于傳送所處理的地球物理數(shù)據(jù)和/或程序到數(shù)據(jù)獲取單元或從數(shù)據(jù)獲取單元傳送所處理的地球物理數(shù)據(jù)和/或程序。
60.如權(quán)利要求38到59中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟向每一數(shù)據(jù)獲取單元提供顯示裝置，所述顯示裝置用于向操作員提供指示數(shù)據(jù)獲取單元的操作的信息。
61.如權(quán)利要求1到37中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被配置以利用所述參考數(shù)據(jù)獲取單元和相關(guān)的參考傳感器來(lái)校正所述能量源中的偏差。
62.如權(quán)利要求38到60中的任一項(xiàng)所述的方法，還包括步驟使用參考數(shù)據(jù)獲取單元和相關(guān)的參考傳感器來(lái)校正所述能量源中的偏差。
全文摘要
公開了一種用于收集地球物理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、相應(yīng)的方法以及和該系統(tǒng)和方法一起使用的數(shù)據(jù)獲取單元。系統(tǒng)(10)包括多個(gè)數(shù)據(jù)獲取單元(14)，用于收集地球物理數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)獲取單元(14)可連接到至少一個(gè)傳感器(15)，并且在使用期間，被配置以從至少一個(gè)傳感器(15)收集地球物理數(shù)據(jù)。每一數(shù)據(jù)獲取單元(14)包括時(shí)間參考裝置(48)，被配置以產(chǎn)生可用于控制獲取地球物理數(shù)據(jù)的采樣的時(shí)間的時(shí)間參考數(shù)據(jù)。系統(tǒng)(10)還包括用于計(jì)算與相鄰傳感器(15)相關(guān)聯(lián)的采樣之間的空間導(dǎo)數(shù)，其中所述相鄰傳感器在使用期間被連接至數(shù)據(jù)獲取單元(14)。
文檔編號(hào)G01V3/38GK1662828SQ03814374
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者安德魯·C·鄧肯, 霍華德·戈?duì)柕? 約翰·D·特里西德 申請(qǐng)人:Wmc資源有限公司