论可控震源电台通讯距离的因素在石油勘探中的作用

张鹏天 查晨

摘要：所采集到的地震效率和可控震源电台提供的通讯质量有直接的关系。尤其是野外施工时，经常由于外部干扰、和电台系统不一致等因素，造成可控震源和地震仪器的通讯不流通。本文结合基本原理分析无线电通讯，根据电台工作原理，对可控震源电台的常见因素以及通讯距离进行了研究，利用Tach纽带纠错码技术得到冗余编码，以此改善电台纠错能力，即使在信息编码接收不齐全的状态下依然能正常通讯，改善地震采集效率和震源电台的激发距离。

关键词：可控震源数传电台通讯距离冗余编码

对于震源控制过程，地震仪器离不开数传电台。在电磁信号、障碍物以及复杂地形等因素的影响下，解调之后的电台接收机所输出的信息很容易出现乱码和编码缺失等问题，最终仪器震源通讯宣告失败。针对电台通讯，由于施工人员对其缺少了解，一旦遇到问题，将难以应对。本文基于工作原理分析电台，探索影响电台通讯的具体原因，最后再给出提高通讯质量的有效方式。

1.可控震源数传电台工作原理

从数传电台的构成来看：它主要由功放、电源、控制、基带、激励器以及接收单元六个部分组成。在此期间，激励单元的工作任务是处理好音频信号、调制射频信号，也就是将需要调制的数据以及语音传输到VCO，同时放大电压，让其促使功放电路正常工作。而功放的工作任务则是将激励器提供的射频信号利用功放模块进行放大，当放大成44dBm时，再借助低通滤波器对高次谐波進行过滤，最后再传递给双工器，借助天线进行发射。在此期间，若天线存在短路或者开路，功率就会反射，检波进入到检测电路之后就会放大，同时将信号传递给MCU，借助MCU对电路开关功放进行控制，从而保护功放模块。借助接收单元调解射频信号，一旦射频信号通过天线进入到双工器，在第一级带通滤波器的作用之下，通过限幅流入到高放电路当中。之后再逐步进入到第二级带通滤波器中，利用双平衡混频器进行混频，把滤波之后的信号传递给基带信号处理器当中。在控制单元的作用之下，可以快速完成控制工作频段、发信机数据频合、数传控制与语音通信的控制。基带单元通过DSP调解和调制数字信号，以达到震源电控箱和电台终端的数据更替效果。

2.影响电台激发距离的因素

一旦数传电台全面获得信息编码以后，就会控制并且启动震源箱体;如果得到的信息编码存在缺憾，将不会被激发。从对可控电台激发距离构成影响的因素来看，具体包含发射功率、天线选型、载波信号频率以及传播损耗等。

2.1载波信号被干扰

调制是将原始的低频信号通过高频载波信号进行发送;解调则是利用高频载波信号转变成原始的低频信号。从这里可以看出：调制的载波信号质量与载波解调纠错率关系着通讯是否能够成功。经常采纳的调制方式是线性调幅，也就是把载波信号（调幅信号）中的幅值，根据调制信号当中的X线性进行变化。下面是调幅信号的表达式：

称与为已调波和调制波的频谱函数。可见从频域看，调幅是将原信号的频谱由原点平移至载波频率处，为保证频移后的频谱不失真，载波频率要大于或等于两倍调制信号的最好频率，通常取数倍至数十倍的。

信号不管是解调还是调制都会受电台内部电路影响，最后干预接受信号。而基带单元的DSP，在解调和调制数字信号的过程中，纠错率直接影响信息传递率和准确率，在影响载波信号频率区间的同时，影响电台传输距离。

2.2电台发射功率与频率

假设天线灵敏度不变，理想传输环境下，电台发射功率P与接收半径R之间的关系为：P∞R2～R5。电台发射功率是限制了电台理论最大传输距离。震源施工数传电台频段为VHF甚高频或UHF超高频。VHF甚高频波段绕射和穿透力较强，衰减小、馈线的损耗低，但易受到电焊、电机、电视信号等干扰，在远离城市地区传输效果较好。UHF超高频对非金属物体衰减大，线缆损耗大，但抗干扰能力强，适用于环境复杂的城区施工。不同频带有不同的特性，无线电波频率越低，信号衰减越小抗干扰能力越弱。

2.3天线选型

电台与天线、馈线系统在不匹配的情况下，馈线上会同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅形成波腹，而在入射波和反射波相位相反的地方，电压振幅相减为最小电压振幅形成波节，其他各点振幅则介于波腹和波节之间，这种合成波称为驻波。天线与馈线系统驻波较大时，很大一部分功率会被天线反射回来，变为热能消耗掉，天线辐射的能量就会越少。

3.提升震源激发距离的方法

3.1强化电台纠错能力

地震仪器与可控震源的通讯中，震源电台必须接收到完整的信息编码才能够正常进行数据交流。如果受到外界干扰信噪比降低引起的通讯能力变差会导致震源电台接收到的信息编码不完整，信息编码不完整度超过电台容差值时虽然震源电台会回复指令已经收到了传过来的载波信号，但无法将数据指令还原出来，此时在Sercel仪器上会提示98或99错误。经过系统研究仪器电台与震源电台之间的通讯是一组定向的通讯关系，从载波信号中解调出信息是规则性很强，在震源电台接收机基元处理模块中加入数码纠错程序针对特定的通讯对象实现部分缺损信息的自动补码，增强电台通讯成功率。

通过分析RAVEON电台信息编码传输协议，在电台基带信号处理器中加入Tach纽带纠错码改进信道编码技术有效通讯距离延长到常规距离的1.5倍。利用DSP移位指令，通过循环的左右移位来进行编码。把信息码循环左移或右移得到的冗余码添加到信息码后面进行编码。

3.2合理匹配通讯设备

通常在障碍物或地形复杂架设电台中继站，是延长通讯距离消除信号覆盖盲区的有效手段。合理地选用电台功率及天线增益可解决边远地区噪声问题，从而提高通讯系统的覆盖范围。在边缘地区噪声问题可能会很严重，如果所需信号与噪声相比太弱，最终会被噪声淹没。从发射机发出一定功率的信号，发送信号最终到达接收机前，信号要经历一系列的增益和损失，增加功率有助于信号传输的更远，同时天线增益每增加3dB等效于电台功率增加一倍。在野外一线生产中可以通过驻波比测试电台发射功率、反射功率、驻波比，避免天线馈线与电台不匹配引起的反射功率大及驻波比高问题。

3.3减少外界各种射频干扰

仪器端主电台射频干扰源：仪器车内，里面一般装有两部通话电台以及一部VTS通讯电台。增加这些电台的天线与数传电台天线的距离有利于减少射频干扰。在施工区将中继电台的两根电台天线进行合理布置，有利于减少其相互间的射频干扰。在可控震源上流动的电台安装，其天线应与震源的通话电台天线尽量分离，有利于减少射频干扰。

结语

可控震源数传电台通讯质量受到电台功率与频率、天线选型、地形、电磁噪声等因素影响。除合理选择电台设备型号及天线，配置适当的频率，合理布置天线等传统措施之外，通过对信息编码传输协议分析改进信道编码技术，利用冗余编码提高电台纠错能力也是一种提升震源与仪器间的通讯效率的有效方法，值得我们更加深入地研究。

参考文献

[1]张京玲，凌玉华，廖立清，一种基于DSP的新型纠错码的设计与实现[J].计算机工程（网络与通讯版）.2007

[2]江晓林，杨明极，通讯原理[M].哈尔滨.哈尔滨工业大学出版社出版. 2010