CN102804879A - 无线阵列中的模块的同步 - Google Patents

Abstract

呈现了用于无线数据获取的系统和方法。该无线数据获取可以涉及对数据获取阵列内的模块进行同步。可以使用所同步的数据获取阵列来促进地震勘测。可以通过接收参考时间事件来促进同步，使得基于该参考时间事件来同步时钟。

Description

无线阵列中的模块的同步

相关申请

此申请要求2009年12月31日提交的、标题为“SYNCHRONIZATION OFMODULES IN A WIRELESS ARRAY”的美国专利申请序列号12/651,091的优先权，通过参考而由此合并其全部内容。

技术领域

本发明涉及无线数据获取系统，具体地涉及以下无线数据获取系统，其具有在无线模块之间的定时系统的同步，所述无线模块在无线数据传输网络中进行通信。

背景技术

自然资源开发公司和其他实体经常使用地震勘测来创建地表下地质构造的图像。除了其他应用之外，还将这些图像用以确定用于钻探石油和天然气的以及用于规划和监视增强资源恢复计划的最优场所。还可以将地震勘测使用在除了石油开发之外的各种情景中，例如，定位地下水和规划道路建设。

通常，通过典型地按照线形或按照矩形或其他几何形状的网格、将振动传感器（叫做“地震检波器（geophone）”的加速度计或速度传感器）的阵列放置于地面上，来进行地震勘测。炸药或机械装置（诸如，振动能量源或重物坠落）引发振动。可以将多种能量源用于一些勘测。另外，在许多勘测中，以规则的间隔引发振动。而且，在地震勘测期间，可以将能量源移动到振动事件之间的各个位置。来自能量源的振动传播通过大地，采取各种路径，从地表下的不连续性或“事件”折射和反射，并且被振动传感器的阵列检测到。通过单独的电子设备或者在“数字”传感器的情况下内部地，对来自传感器的信号进行放大和数字化。还可以通过记录来自自然或人为活动的大地中的振动，来被动地执行该勘测。

最终地，连同关于该勘测和能量源的相关信息一起，将来自各种各样传感器的数字数据记录在存储介质（例如，磁带或者磁盘或光盘、或其他存储装置）上。对能量源和/或有源传感器进行重新定位，并且该处理继续，直到获得了包括地震勘测的各种各样的地震记录为止。在计算机上处理来自该勘测的数据，以创建关于地表下地质构造的期望信息。由于在与不同地震检波器位置相关联的传播时间上的差异，这些处理可以涉及对在不同地震检波器处接收到的信息进行相关，使得对数据进行积分（integrate），以用于更好的事件标识。

一般地，当使用被更加紧密得放置在一起的、和/或覆盖更宽区域的更多传感器时，所得到的图像的质量将改善。已经变得常见的是，在以平方公里进行测量的区域上延展的地震勘测中使用数以千计的传感器。数百公里的线缆可能被布置在地面上，并且用于连接这些传感器。典型地，大量的工人、机动车辆和直升飞机用于部署和回收这些线缆。一般地，开发公司将偏好于利用被更加紧密得定位在一起的更多传感器来进行勘测。然而，附加的传感器需要甚至更多的线缆，并进一步，提升了勘测的成本。在勘测成本与传感器数目之间的经济权衡一般需要勘测质量上的折衷。

除了物流（logistic）成本之外，线缆还引发了可靠性问题。除了来自处置的正常磨损之外，它们还经常受到动物、交通工具、闪电、和其他问题的损坏。花费了相当大量的现场时间，以用于对线缆问题进行故障检修。额外的物流工作还增加了勘测的环境影响，除了其他方面之外，这在一些环境敏感性区域中还增加了勘测的成本或将勘测排除在外。

响应于由于有线地震阵列所呈现的挑战，已经提出了使用无线技术的方式。例如，一些无线系统采用以下方法，其中将数字化的数据临时地存储在处于传感器位置处或附近的本地存储器中。因为该数据对于勘测队员是不可见的，所以这经常被称为“盲读出（blind read out）”方法。在这些盲读出系统中，一旦已经采集到所有的地震数据，就手动地从每个模块中读出所获取的地震数据。然而，对于一些勘测应用，这种盲读出系统是不期望的，这是由于在完成勘测处理之前，任何修改或其他问题可能无法被检测到。已经提出了实质上采用实时无线读出的系统。一个这种系统描述在2006年10月4日提交的、并且转让给无线测震仪股份有限公司（Wireless Seismic,Inc.）的美国专利申请序列号11/538,744中，通过参考而由此全部地合并其内容。在此系统中，借助于一系列无线模块之间的数据串行传输，来实现阵列的无线读出。对此，可能在所述模块之间的串行传输路径上自动地检索到大量的数据。

发明内容

本发明提供了用于同步无线模块的系统和方法。无线模块的定时系统对于在采用多于一个无线模块的系统中的无线模块的操作是至关紧要的。在模块的精确定时和同步所针对的挑战之中，包括用于使得用于数据传输的可用带宽最大化并且改善从各个模块采集的数据的相关性的能力。

模块之间的精确同步允许在模块之间可用带宽的增加利用。模块之间的串行数据传输涉及在阵列中的两个或更多模块之间传送和接收的时段。如果模块在错误的时间处通话（例如，传送）或监听（例如，接收），则串话和干扰可能干扰该串行数据传输。相应地，可以提供传送与接收时隙之间的消隐间隔，以防止潜在的串话问题。然而，在这些消隐间隔期间，无法传输数据。继而，因为在消隐间隔期间没有发生数据传送，所以减少了数据传输可用的带宽。已经认识到，利用改善的同步，通话和监听的时段对于不同模块可以更加紧密得相关，因而导致了用于提供更短消隐间隔、或潜在地废除消隐间隔的能力。继而，这允许通过模块的同步来增加带宽的利用。

在一个具体实施例中，无线系统的增加的带宽可用性可以促使进行有效的地震勘测。如上所述，由于地震数据获取的特征，所以可以重复地并且相对迅速相继地创建振动事件。地震数据获取涉及必须与每个振动事件一起传递的大量数据。继而，借助于用于阵列中模块的传送和接收时段的同步的、更高的带宽使用允许更快的数据传递。照这样，不需要减慢或者延迟在地震勘测期间发生的振动事件。

另外，与采用盲读出的系统不同地，本发明提供了一种允许在获取期间传递的总体和完整数据的观测和监视的系统。在盲读出系统中，只有在检索到总体和完整数据之后，才可以观测或监视该数据。因而，可能存在至少两种不期望的结果。如果对于模块或该系统存在问题，则遭遇一种不期望的结果。在此情况下，该问题可能无法被检测到，直到整体地或者部分地检索到该数据为止。照这样，盲读出系统可能导致与重复勘测相关联的额外成本和时间。当直接由于在盲读出系统中固有的延迟（例如，与数据的手动传递相关联的延迟）而导致的延迟使得利益相关者（stake-holder）丧失按照及时的方式使用该数据的机会时，遭遇另一个不期望的结果。相反地，本系统允许实时地或者接近实时地传递模块所获取的数据。另外，按照及时的方式传递数据允许利益相关者利用市场行情。照这样，可以在勘测终结以前，解决在勘测中早期观测到的问题。而且，本发明提供了一种比盲读出系统更加有利的系统，这是因为它不需要用于在勘测终结时从每个模块检索数据所需的人员。相反地，可以将数据传送到中央处理站，这避免了用于从盲读出系统手动检索数据的需要。

另外，当对在勘测期间采集的所得到的地震数据进行分析时，用于对数据进行相关的能力是重要的。利用模块的更加精确的同步，所采集的数据可以具有与它相关联的更加准确的时间信息，使得用于对数据进行解释的处理可以更加紧密得对来自各个模块的数据进行相关。这导致所得到的图像的更高分辨率和保真度（fidelity）。

照这样，有利的是，准确地同步无线模块，以便向用于实时地或者接近实时地促进高速数据读出的无线模块提供高数据同步，以改善阵列中各个模块所采集的数据之间的相关性。

而且，尽管不断GPS时间规定（discipline）允许模块的同步，但是它是用于连续地同步阵列中的模块的一种不太期望的手段，在该阵列中模块具有有限的功率源。阵列中的每个模块可以装备有GPS接收机。每个模块接收到的GPS信号中的一部分可以包括：与GPS卫星所使用的时间有关的数据。照这样，每个GPS接收机能够解释该信号，提取时间数据，并且将时钟规定到GPS时间。然而，这种系统需要GPS接收机被不断通电。无线模块的特征经常需要电池来对模块进行通电。对此，将GPS接收机不断地或频繁周期性地用于规定模块时钟可以导致过多的功耗，这具有限制模块的操作寿命的不期望效果，因而减少了该系统的总体操作生产率。

相应地，本发明的一个目的在于使能一种无线系统，其采用高精确度、分布式同步，并且通过协调传送和接收时隙、以最小化导致其中没有出现数据传输的停滞时间的消隐间隔，而包括模块之间的高带宽利用。当前发明的又一目的在于使得无线模块之间的同步，以便促进高数据相关性。对此，可以更加准确地分析和处理贯穿于阵列而从不同模块收集到的数据，以便实现更加鲁棒的勘测和更高分辨率的数据输出。当前发明还使能一种用于采用同步的无线系统，而无需耗费资源的同步方法（resource taxing synchronizationmethod），该同步方法采用时间信息的不断接收。

相应地，本发明的第一方面涉及一种用于在无线系统中同步地震数据获取模块的方法。该方法涉及在该地震数据获取模块处接收时间参考事件。该方法还包括：记录或计算延迟值。然后，将该延迟值用于调整时钟，以将该时钟与该时间参考事件进行同步。该方法还可以涉及基于该延迟值的即时和时间管理的时钟调整。

本发明的第二方面包括一种要使用在地震勘测中的无线数据获取模块。根据此第二方面的无线数据获取模块包括时钟，用于产生定时信号。该定时信号具有相位和频率。该无线数据获取模块包括收发机，操作为接收时间参考事件。另外，该第二方面包括控制器，操作为解释该时间参考事件，以计算补偿值。提供了时钟调整模块，该时钟调整模块操作为解释该补偿值，并且将该定时信号修改为与该时间参考事件同步。

本发明的又一方面涉及一种用于同步无线模块的方法，所述无线模块用于地震数据获取系统中的数据传递。根据本发明的此第三方面的方法包括提供阵列，该阵列包括用于定义数据传输路径的多个地震数据获取模块。该方法包括在一个模块处从所述多个地震数据获取模块中的至少一个其他模块接收同步信息。根据本发明的该第三方面的方法包括使用该同步信息来同步该一个模块的时钟。然后，可以将该延迟值添加到该时间参考事件，并且将它与要同步的时钟进行比较。基于实际时钟读取与该时间参考事件的结果之间的差异，可以调整该时钟，使得该时钟与该时间参考事件同步。该第三方面的方法包括建立基于所同步的时钟所实现的定时传递协议。

本发明的第四方面涉及一种用于在地震数据获取系统中对无线模块所获得的图像信息进行相关的方法。根据此方面的方法包括提供第一无线模块和第二无线模块。此外，该方法包括将该第二无线模块同步到该第一无线模块。该方法还包括在第一时间处操作该第一无线模块，以获得第一图像信息，并且在第二时间处操作该第二无线模块，以获得第二图像信息。该方法包括将第一图像信息相关到第二图像信息。

变化和改进可以存在于在这里所呈现的任何方面之中。可以在任何组合中做出这些变化和改进。例如，该时间参考事件可以但不必须起源于另一无线数据模块。而且，该时间参考事件可以起源于基站或该阵列中的其他模块。对此，该时间参考事件可以基于已知的时间值，或者在采用不断规定的模块处生成。此外，第一方面的延迟值可以包括几个组件。借助于示例，可以存在与该时间参考事件相关联的处理延迟和传送延迟。

另外，该模块可以将定时信号用于各个模块组件和处理。例如，该定时信号可以协调模块收发机的传送和接收时段。而且，该定时信号可以提供时间信息，使得对该模块所采集的数据添加时间戳，或者另外地，对它附着时间信息，或者是相对的或者是暂时的。

同样，该阵列中的模块中的任何一个可以从任何其他模块接收同步信息。而且，模块可以从基站或能够传送同步信息的其他模块接收同步信息。

附图说明

图1是示出了无线数据获取阵列的一个实施例的示意图。

图2A-2D是表现了两个模块的各种操作状态的图表。

图3是系统时钟控制的一个实施例的框图。

图4是示出了相对于在时间上绘制的参考时间的、模块时钟中的频率上的差异的一个示例的曲线图。

图5是示出了相对于在时间上绘制的参考时间的、模块时钟中的频率上的差异的另一示例的曲线图。

图6是描绘了根据本发明的同步处理的一个实施例的流程图。

图7是描绘了用于设计和实现无线地震数据获取系统的处理的实施例的流程图。

具体实施方式

尽管本发明容许各种修改和替换形式，但是借助于附图中的示例已经示出了本发明的特定实施例，并且在这里详细地描述所述特定实施例。然而，应该理解，不意欲将本发明限于所公开的具体形式，而是相反地，本发明要覆盖落入如由权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等效物、和替换方案。

在以下描述中，首先参考图1来描述本发明所使能的无线系统的概览。接下来，进一步参考图2，呈现出各种时间多路复用策略的讨论和描述。其后，结合图4和5，描述模块之间的频率在时间上的改变的描绘。接下来，参考图6和7来讨论包括本发明所使能的地震勘测的设计和实现的各种处理。最终，在图3中呈现和示出了包括用于实现同步的硬件的模块的实施例。

图1图示了可以采用时间同步的无线系统的一个实施例。在图1中描绘的系统可以是采用节点或模块之间的无线通信的任何系统。可以将这些系统设计用于各种目的。一些示例包括但不限于：无线特设（ad hoc）网络、网状网络、无线数据获取网络、或其他无线技术。

在一个实施例中，图1中的系统可以是无线数据获取系统，诸如为了进行地震勘测所采用的无线数据获取系统。该系统可以包括模块和基站的阵列。可以按照在矩形或其他形状的几何阵列中安排模块（R11-R31）的这种方式，来安排基站（BS1,BS2）和模块（R11-R31）。在任何方面，基站一BS1和基站二BS2可以借助于多个无线模块（R11-R31）而处于无线通信中。每个无线模块（R11-R31）可以具有内部时钟。可使用此时钟以向数据附着时间戳，向数据提供日志信息，或协调模块的组件。图1的无线模块可以是但不限于：远程传感器、无线接入点、转发器、行程管理装置、或无线系统中的其他节点。在一个实施例中，无线模块（R11-R31）可以是用于进行地震勘测的该种的地震检波器传感器。除了其他装置之外，这些地震检波器还可以装备有数字化电路、微控制器单元、和收发机。

无线模块（R11-R31）可以在模块之间无线地传送数据，使得将数据传送或中继到基站（BS1,BS2）。可以将该数据从基站（BS1,BS2）进一步中继到中央控制和记录系统（未示出）。图1的无线数据获取系统可以要求每个无线模块既传送又接收数据，以便在所述模块之中建立串行数据传输路径。

借助于示例，在第一实例中，模块R16可以向模块R18传送数据。在另一实例中，模块R16可以从模块R14接收数据。对此，可以按照串行方式从模块向模块传送数据，以便向基站（BS1,BS2）之一传送数据。一旦已经建立了通信路径，就可以使用串行数据路径来传输（或传递）已经在每个模块处收集到的地震数据。可以将此数据传递协议用于从每个模块向基站传达数据，并然后将它继续传达到中央处理站。

可以通过各种技术来实现在图1中的系统或阵列内各模块之间的通信。然而，将领会的是，在缺少模块操作的同步的情况下，诸如在图1中描绘的阵列之类的阵列可能易于经历各个模块之间的干扰。另外地，为了促进在短时间段中传输大量的数据，可能有利的是，采用多路复用技术用于各模块之间的通信。可以采用各种时间和频率多路复用技术，以便促进在无线模块处数据的传送和接收。这些多路复用技术包括但不限于：时分复用、频分复用、码分复用、或在本领域中已知的其他技术。

在图2A中示出了时分复用方案（其可以与其他复用方案结合地工作）的一个实施例。图2描绘了用于第一模块100和第二模块200的传送（Tx）或接收（Rx）的各个时隙。沿着轴250来表现时间。在轴250上是用于第一模块100的传送（Tx）和接收（Rx）的离散时隙的图形表示。相似地，在轴250下是用于第二模块200的传送（Tx）和接收（Rx）的离散时隙的图形表示。

相应地，在图2A中，在第一时隙201处，第一模块100可以正在进行传送，而在时隙202处，第二模块200可以同时正在进行接收。在第二时隙处，第一模块100正在时隙203处进行接收，而第二模块200正在时隙204处进行传送。重复接收和传送的这个循环，使得在无线模块（100,200）之间建立通信路径。应该领会，在图2A中，第一模块100和第二模块200没有经历其中全部两个模块都正在进行传送的时间、或者其中全部两个模块都正在进行接收的时间。照这样，即使相对于正在考虑的单元不采用多路复用安排（例如，频分或码分复用），也可以减少在传送或接收期间第一模块与第二模块之间的干扰。

对此，图2A表现了其中对第一模块100和第二模块200进行同步的实施例。即，将第一模块100的内部时钟与模块200的内部时钟进行同步。照这样，两个模块都可以使用内部时钟，来定义什么时候在传送状态和接收状态之间进行切换。在其中对时钟进行同步的情况下，对于两个模块，此切换可以在相同的时间处发生。对此，对于图2A中的第一模块100和第二模块200之间的带宽进行了最大化，这是由于在这两个模块之间存在不断的通信。

在图2A所示的时隙上的轻微变化可能导致其中两个模块同时进行传送或接收的情形。在传送或接收时隙上的这种重叠可能导致干扰和其他潜在的串话问题。另外，传送或接收时隙上的重叠可能减少模块之间的带宽，这是因为在重叠时段期间，在两个模块之间没有发生数据传输。

为了适应第一模块100和第二模块200的时钟之间的潜在变化，并且为了避免串话问题，可以采用如在图2B中描绘的第二实施例。可以在每个模块的相继传送时隙和接收时隙之间提供消隐间隔207。在消隐间隔207期间，该模块既不在传送也不在接收。换言之，消隐间隔207是其中没有传送或接收发生的安静时间。消隐间隔207可以允许第一模块100和第二模块200彼此轻微的异相，并仍然不经历串话。即，在第一模块100启动其传送时隙205以前，第二模块200可以开始其接收时隙206。相似地，在第二模块200已经终止其接收时隙206之后，模块一100可以继续进行传送205。

在消隐间隔207期间，没有出现数据传输，这是由于在传送和接收模块之间不存在配对。对此，消隐间隔207可以减少串话，但是显著地减低了可用的带宽，这是因为可得到其中可以传送和接收数据的更少时间。此外，可以领会的是，当第一模块100和第二模块200之间的相位差增加时，可以提供更大的消隐间隔207，以便防止同时的接收或传送。然而，再一次，要注意的是，消隐间隔207越大，则两个模块之间的带宽减少得越多。带宽越低，则数据传递将越慢。照这样，模块时钟的同步允许减少的消隐间隔207，使得第一模块100与第二模块200之间的数据传输接近图2A中的安排，其中使得带宽最大化。

除了经历第一模块100和第二模块200的时钟的相位差异之外，模块的时钟还可能经历频率差异。特别地参考图2C，示出了以下情形，其中第一模块100的时钟频率与第二模块200的时钟频率是不同的。在其中第一模块正在进行传送209并且第二模块正在进行接收215的第一时间段中，所述时隙对应，并且接收时隙215和传送时隙209的长度相等。对此，两个模块的时钟至少初始地处于同步中。在传送和接收的许多次循环中，这可以继续。然而，在209/215以后的时隙处，第一模块100正在进行接收209，而在第一模块100已经停止接收209之后，第二模块继续进行传送217。这可能导致由于这两个时钟之间的频率偏移而引起的传送和接收时隙之间的偏移。照这样，模块可能在随后的时隙处（例如，209/217,210/218等）失去同步。再一次，可以提供消隐间隔208，以防止串话和干扰，但是同样导致如上所述的不期望的带宽限制。

在图2D所描绘的又一实施例中，第一模块100和第二模块200可以在第一时隙221/228处同步地进行传送和接收。然而，在随后的时隙222/229处，第一模块100和第二模块200变得不同步。这可能是由于模块时钟的频率上的差异或所述时钟的相位偏移。与偏移的原因无关地，在图2D中，在第三时隙223/230处，参考时间事件可能发生。照这样，可以调整第二单元200的时钟，如下面将进一步讨论的。相应地，可以在参考时间事件223/230之后，对第一模块100和第二模块200进行同步。另外，可以多次地生成参考时间事件，以周期性地将第二模块200时钟规定为第一模块100时钟。对此，可以周期性地同步第一模块100和第二模块时钟200的相位和频率，以消除用于按照消隐间隔207的形式在接收和传送时隙之间提供大的消隐间隔220的需要。照这样，可以在第一模块100与第二模块200之间增加数据吞吐量，这是由于可以提供更短的消隐间隔220。因而，在无线地震数据获取系统的情景中，可以更加快速地实现数据传递。

进一步参考图2A-D，还可以对用于第一模块100和第二模块200的相继传送和接收时隙进行频率多路复用。例如，在图2A中，可以在第一频率处传送在第一传送时段201中传送的数据，其然后由第二模块200在时隙202期间接收。第二模块200可以操作为仅仅在此时隙期间在第一频率处接收传送。随后，接收时隙203和传送时隙204可以处于第二频率处，使得第一模块和第二模块借助于在第二频率处进行传送和接收来传达数据。在各个时隙之间，此方案可以继续“跳变”频率。还将领会的是，参考时间事件223/230还可以使用频率多路复用的这个频率跳变方法。即，可以在与先前的传送和接收时隙222/229和随后的传送和接收时隙224/231不同的传送频率处，发送和接收在时间参考事件传送和接收223/230期间传送的数据。这样，可以采用多个频率来对在两个模块之间传送和接收的信号进行多路复用。

转到图4，呈现了其中模块时钟经历频率漂移401的情形的描绘。在图4中，在水平轴上表现时间，而在垂直轴上表现模块时钟与参考时钟之间的频率差异。即，在时间0处，频率偏移可以是0。对此，没有经过时间，并且模块时钟处于与参考时钟相同的频率处。然而，随着时间经过，模块时钟与参考时钟之间的频率差异可能增加，如频率漂移401所描绘的。尽管在图4中将频率漂移401的数量示出为是线性的，但是要理解，这可能不总是成立的。例如，漂移的数量可能是但不限于：正弦的、指数的、随机的、或不连续的频率漂移。

无论频率漂移401是线性的、非线性的、还是不连续的，时间参考事件405都可以对该频率漂移401进行周期性地校正。对此，可以将模块时钟的频率规定为参考时钟的频率，使得频率漂移401在时间参考事件405处转为零。然而，情况可能是，在每个时间参考事件405之后，频率漂移401可能继续。对此，可能出现多个时间参考事件405，以便周期性地规定该模块时钟。另外，进一步参考图4，可以领会的是，时间上的任何频率漂移401将导致相位偏移404，其可以被表现为频率随时间的改变的积分。即，在图4中，在频率漂移401的曲线之下的区域对应于相位偏移404。相位偏移404是由于模块时钟在某一时间段中处于与参考时钟不同的频率处。换句话说，频率漂移401连续地导致相位偏移404。

在一个实施例中，当对时钟进行同步时，可以补偿此相位偏移404。这可以通过以下操作来实现，即经由作为频率随时间的改变的函数而计算或近似相位偏移404，来确定总的相位偏移404。可以通过频率漂移401的曲线在时间上的积分，来表现相位偏移404。然后，将此值用于操纵模块的时钟的相位。在一个实施例中，此操纵可以在模块控制器中发生，以调整模块时钟的相位。

在图5中，将系统的替换实施例表现为曲线图，其中将时间参考事件用于校正模块的频率偏移501。在图5中，时间参考事件505可以对相位偏移501进行补偿，使得不是对模块时钟和参考时钟的频率进行同步，而是对模块时钟的频率进行设置，使得在时间参考事件505之后的一些时间处，频率漂移501将继续，从而模块时钟和参考时钟将处于同步中。对此，相位偏移504可以部分地或者完全去除，使得在参考时间事件505之后的一些时间处，该补偿将相位偏移返回到0。这源自于相位的正偏移被相位的负偏移抵消掉。照这样，可以使用更少的参考时间事件505，而模块没有经历相对于参考时钟的模块时钟的相位的持续偏移。另外，在图5的实施例中，可以在每个时间参考事件505处校正时钟的相位。再一次，这可以通过作为频率随时间的改变的函数而确定相位偏移504并且响应于所确定的相位偏移504而修改模块时钟的相位来实现。

可以领会的是，尽管本发明在许多无线系统中都具有潜在的可应用性，但是本发明的一个具体应用可以使得能够进行无线数据获取系统的同步。如上面所讨论的，在地震勘测中无线数据获取模块的同步具有潜在的益处，其包括但不限于：在模块之间增加的带宽、改善的数据相关性、和用于设计具有更加密集覆盖范围或覆盖更广区域的地震勘测的能力。图7图示了涉及无线地震数据获取系统的设计和实现的处理的一个实施例。

图7的处理可以在701中开始，在该701中，可以获得与地震勘测的需求有关的设计参数。例如，可以选择用于无线传输协议的各种参数，以实现期望的性能（例如，传送功率、天线灵敏度、要使用的信道数目、数据传输速率等）。而且，可以考虑其他参数（诸如，要勘测的特定地理区域、数据获取模块的期望间距、以及数据获取模块的数目），以便提供所得到的地震数据的期望分辨率。可以选择所需要的传送功率和无线频率的数目。此外，除了其他方面之外，还可以基于振动源装置的操作特性、以及模块的传送占空比、和串行数据传送线路的链接，来选定有效的数据传输速率。将领会的是，所提供的示例包括在设计用于地震数据获取的无线勘测系统时可以考虑的多个各种参数中的仅仅几个。在任何方面，在702中，对在701中收集到的参数进行分析，并且将其用于根据如在701中达到的需求来设计地震勘测。

该处理可以前进到703，使得贯穿于地震勘测区域来部署无线模块，以根据在702中创建的设计来定义阵列。如上面所注意到的，设计的需求可以导致对阵列进行配置，使得在矩形或其他形状阵列中部署模块。在704中，在无线模块之间建立通信，使得在模块之间建立串行数据路径。在705中，对所述模块进行同步。借助于示例，该同步可以借助于事件的参考时间的传送和接收、以及对于系统时钟的对应修改，以便对模块时钟彼此进行规定。在706中，至少部分地基于在705中同步的模块时钟来建立数据传递协议。对此，通过模块时钟来至少部分地对包括数据传递协议的传送和接收时隙进行控制，使得所同步的模块时钟产生具有最小化消隐间隔的数据传递协议，从而使得模块之间的带宽最大化。

在707中，在勘测区域中引发振动。这可以包括借助于上面描述的任何部件或在本领域中已知的其他部件而产生振动事件。在708中，传递所述模块响应于708的事件的振动而获取的地震数据，使得可以借助于串行通信路径来向处理站传送这些数据。可以借助于在706中建立的数据传递协议来实现708的数据传递。对此，可以按照利用经由精确同步所实现的增加带宽的加速（expedited）方式，来实现数据传递708。照这样，707的振动事件可以快速地发生，其中数据传递708不会妨碍707的振动事件的相继发生。

另外，在709中，可以对借助于708中的传递所获取的地震数据进行编译和相关，使得可以对在各个模块处获取的各种数据进行积分。再一次，借助于705的同步，该相关可以更加准确，这是因为与数据的定时相关联的元数据可以基于所同步的系统而具有准确的假设。对此，在709中所编译和相关的数据可以导致具有更高分辨率和更高保真度的、710中的图像或其他输出。借助于使得能够进行709中的准确相关的、705中的同步，来实现高分辨率或保真度。对此，采用同步的无线数据获取系统可以在设计地震勘测时允许更多的自由度。此外，同步可以允许模块之间的更高带宽，使得该阵列具有更大的能力以实现数据传递。数据的准确定时允许数据的准确编译和相关，这导致源自于所接收到的地震数据的改善的图像或读出。

如上面所解释的，参考时间事件的使用可以用于对各个模块的时钟进行同步。在图6中描绘了同步的一个处理。此处理可以在601中开始，并且前进到602，其中可以启动模块时钟。模块时钟的初始化可以包含开始在模块处运行的时钟。该时钟可以是物理的，或者是在软件中表现的。而且，可以使用物理和软件元件的组合。在一个实施例中，物理组件可以生成频率信号，并且软件组件使用此频率信号来递增在软件中维持的时钟。该模块时钟可以由两个部分组成；软件管理的1毫秒单元时钟（unit-clock）和定时器计数器。定时器计数器可以包括用于生成频率信号的硬件组件。例如，此频率信号可以是16MHz定时信号。当定时器计数器转动（roll over）时，它可以在微控制器中生成中断。然后，该中断可以使得微控制器将单元时钟递增所设置的值。例如，单元时钟可以随着由定时器计数器所生成的每次中断而递增1ms。

继续参考图6，在603中，模块可以接收到参考时间事件。可以由另一模块来生成该参考时间事件，或者可以由该模块的组件来生成该参考时间事件。在一个实施例中，可以由处于与要规定的模块相同阵列内的第二模块来生成该参考时间事件。此第二模块可以具有与所规定的模块相同的功能，或者该第二模块可以具有不同的功能。例如，基站或第二数据获取模块可以生成参考时间事件。一个这种实例是其中模块从基站接收参考时间事件的实施例。更进一步的，可以从以生成参考时间事件作为其唯一任务的模块接收该参考时间事件。

不管怎样，在604中，该模块可以对在603中接收到的参考时间事件进行拆包或解释。此解释可以包括提取与参考时间事件的源相关的数据。此源数据可以包括关于该源的位置数据。还可以在源数据中提供诸如模块的类型、或模块标识符之类的附加信息。

该参考时间事件可以包括来自源时钟的时间戳。在605中，基于来自604的拆包的数据，该模块可以确定与事件的处理相关联的延迟。这可以考虑在源处的处理延迟以及在模块处的处理延迟。可以基于与每个模块处的信号处理相关联的延迟的实验室测试，来预定义并存储这些延迟。在606中，可以计算传送延迟。此传送延迟可以对应于与该参考时间事件从该源到该模块的途经时间相关联的时间。可以对于每个时间参考事件来计算此传送延迟，或者将该传送延迟存储在存储器中，如果距离是已知的并且尚未改变。

在607中，在生成比较值时，考虑参考时间事件的处理延迟和传送延迟。可以使用该比较值，以对源时钟的状态与模块时钟的状态进行比较。对此，可以借助于将分别在605和606中达到的处理延迟和传送延迟与来自源时钟的时间戳相加，来生成该比较值。然后，可以在608中使用此比较值，以将源时钟与模块时钟进行比较。

相应地，可以在609中操纵模块时钟，以将模块时钟同步到源时钟。模块时钟的这种操纵可以涉及变更时钟的相位、频率或两者。而且，可以使用软件或在该模块上硬件状态上的改变，来实现对于时钟的操纵。如下面更加详细描述的，可以对主时钟进行操纵，或者在替换实施例中，可以对用于生成定时器信号的组件进行操纵，以修改模块时钟。

转到图3，示出了系统时钟控制300的一个实施例的框图。系统时钟控制300可以允许将模块时钟规定到参考时钟，而无需使用不断运行的资源，诸如GPS接收机。该系统时钟控制300可以包括控制器301。控制器301可以是具有控制器301所支持的各种支持功能的单一集成电路。例如，控制器301可以包括处理器、振荡器、定时器、I/O能力、和存储器。控制器301上的存储器可以是ROM存储器或RAM存储器。另外，控制器301可以具有误差检测器302。该误差检测器302可以与压控振荡器结合地使用。借助于示例，压控振荡器可以是压控晶体振荡器（VCXO）305。对此，VCXO 305可以产生在大约16MHz范围中的定时器信号330。可以将此定时器信号330提供到误差检测器302以及系统时钟320。系统时钟320可以操作为生成在1毫秒增量中递增系统时钟320的中断。然后，可以时钟信号308从系统时钟320中继到单元时钟306。可以将系统时钟320用于协调如在图2A-D中描述的收发机的传送、消隐间隔、和接收时隙。系统时钟320可以是与单元时钟306分离的单元，使得系统时钟向单元时钟提供时钟信号308，或者两者可以包括单一单元，使得系统时钟320还包括单元时钟306。例如，可以将单元时钟用于驱动模块的软件子系统，而可以将系统时钟用于驱动模块的定时子系统。然而，在任何方面，将理解的是，当系统时钟320从可控VXCO 305接收到定时信号时，可以通过控制VXCO 305来至少部分地对它进行同步。另外，当从系统时钟320派生出单元时钟306时，在同步该系统时钟320时，还可以对单元时钟306进行同步。

另外，误差检测器302可以与时钟调整模块303进行通信。继而，时钟调整模块303可以与数模（D/A）转换器304进行通信。D/A转换器304可以向VCXO 305提供控制电压311，以便修改VCXO 305振荡的频率。对此，控制器301可以具有用于控制VCXO 305的输出频率的能力，使得可以调整系统时钟的频率。同样，控制器301可以能够从（例如，GPS接收机312的或者来自无线电事件307的）参考时钟接收参考信号309。

在操作中，可以使用系统时钟控制300以将系统时钟320规定到（例如，GPS接收机312的或者无线电事件307的）参考时钟。VCXO 305以某一频率开始操作。借助于示例，这个频率大约可以是16MHz。继而，VCXO 305可以向误差检测器302提供操作频率处的定时器信号330（其可以包括作为VXCO 305的振荡频率的导数（derivative）或倍数的信号分量）。另外，VCXO305向系统时钟320提供定时器信号330。然后，系统时钟320可以使用该定时器信号330来递增时间间隔，并且继而，取决于时间值来协调该模块的各种功能，诸如但不限于：数据获取、通信、或其他各种模块功能。该系统时钟320可以继而向单元时钟306提供时钟信号308，其可以用于协调其他子系统的各种同步功能。在任何方面，系统时钟320的同步继而对单元时钟306进行同步，这是因为从系统时钟320派生出单元时钟306。

系统时钟控制300可以继续这样进行操作，直到从参考时钟接收到参考信号309形式的参考时间事件为止。在一个实施例中，参考时钟可以是借助于GPS接收机312而规定到GPS时间的时钟。参考信号309可以包含与参考时钟所生成的参考时间事件相关的数据。另外，此参考信号309可以包含元数据，诸如参考信号309起源于什么地方、起源的源、与该源有关的位置信息、或其他信息。与之相关联的参考时间事件和元数据使得误差检测器302能够处理参考时间事件，以生成可以与系统时钟320进行比较的比较时间。例如，参考时钟可以在时间t_r＝0.00处生成参考时间事件。可以将延迟与处理参考时间事件的参考时钟、参考时钟与控制器301之间的传送延迟、和控制器301内的处理时间相关联。可以由误差检测器302来对这些延迟进行测量和补偿，使得误差检测器302可以确定对于参考时间事件（t_r＝0.00）的调整，以便将它与模块的实际时间进行比较，以确定在系统时钟320中的任何误差。

借助于示例，可以知道的是，从对参考时间事件进行测量的时间起，参考时钟的装置花费t_p=0.01来处理该信号，并且将它中继到发射机，以传送参考信号309。此外，可以知道的是，从模块的接收机接收到参考信号309的时间起、直到误差检测器302生成比较时间为止，花费t_p=0.02。此外，参考信号309中的元数据可以包括与参考时钟相关联的数据，使得可以计算模块与参考时钟307之间的距离。可以将此距离用于计算与参考信号309的传送时间相关联的延迟（例如，介质延迟）。然后，可以将这些补偿值（例如，介质延迟和处理延迟）用于生成比较值。换言之，可以知道的是，t_p=0.01和t_p=0.02的延迟与在参考信号309的传送以前和接收之后的处理相关联。此外，可以基于参考时钟与模块之间的距离，计算该信号花费t_m=0.04来从参考时钟传送到模块。照这样，误差检测器302将考虑到所述延迟来处理参考时间事件t_r＝0.00，并且可以生成比较时间t_c=0.07(i.e.,t_r+t_p+t_m)。然后，可以将此时间值与系统时钟306进行比较，以确定时钟误差310。

一旦确定了时钟误差310，就可以将它传达到时钟调整模块303，该时钟调整模块303可以用于生成校正信号315，该校正信号315可以传达到D/A转换器304。然后，校正信号315可以使得D/A转换器304更改VCXO 305的控制电压311。然后，控制电压311的这种改变可以使得VCXO 305变更它振荡的频率，由此基于参考信号309来调整VCXO 305（并且继而，定时器信号330）的频率。另外，可以将参考信号309和误差检测器302生成的比较值与系统时钟320或单元时钟306的相位进行比较，使得可以将系统时钟320或单元时钟306的相位调整为与参考时钟同步。如可以领会的，可以将这个实施例用于克服如上面参考图2所描述的两个模块之间的相位和频率不一致（discrepancy）。

而且，可以将系统时钟320用于生成输出的参考信号，该输出的参考信号然后被广播到第二模块，该第二模块继而可以对上述输出参考信号执行对应处理。在此情况下，输出的参考信号被另一模块接收到，并且它对应于上述的参考信号309，由此重复上述处理，并利用第一时钟来对第二时钟进行规定。这个上行链路/下行链路能力允许系统中的模块贯穿于该系统来传播时间参考事件，使得该系统内的所有模块都具有同步的时钟。

在替换的实施例中，该系统时钟控制300还可以包括GPS接收机312。连同位置信息一起，GPS接收机一般可以从GPS卫星接收包括时间分量的信息。在这里，将这个时间分量称作GPS时间。这个时间分量可以包括协调通用时间（UTC）的时间信号。在任何方面，控制器301可以操作为解释GPS定时参考的时间信号，并且使用此时间信号来对系统时钟320进行规定，如上所述。此外，要注意的是，操作GPS接收机312增加了电池使用，使得不断采用GPS接收机312的模块与并非不断采用GPS接收机312的同一单元相比，具有更低的操作寿命。在此方面，可能期望在第一实例中对GPS接收机312进行加电，将系统时钟320规定为所接收到的GPS时间信号，并且随后对GPS接收机312进行断电。在该系统时钟控制300的一个实施例中，在模块的开机时，借助于GPS接收机312来将系统时钟320规定为GPS时间。随后，系统时钟控制300可以采用从无线电事件307接收到的时间参考事件309，以继续规定该系统时钟320，使得GPS接收机312可以保持断电，以节约电池容量。

尽管已经在附图和在前描述中详细地图示并描述了本发明，但是这种图示和描述应被认为是示范性的并且不限于字面意义。例如，在上文中描述的某些实施例可以与其他所描述的实施例进行组合和/或以其他方式来进行安排（例如，可以以其他次序来执行处理元素）。相应地，应该理解，仅仅已经示出并描述了本发明的优选实施例及其变形，并且期望保护落入本发明的精神内的所有改变和修改。

Claims (31)

1.一种用于同步地震阵列中的无线数据获取模块的方法，该方法包括：

首先在该无线数据获取模块处从所述地震阵列的单独第一组件接收时间参考事件；

确定与所述所接收到的时间参考事件相关联的延迟值；以及

基于该延迟值来调整时钟，以与该时间参考事件相关地同步该时钟。

2.根据权利要求1的方法，其中，该延迟值包括与该时间参考事件从该第一组件向该无线数据获取模块的传送相关联的传送延迟。

3.根据权利要求1-2中任一项的方法，其中，该延迟值包括用于该时间参考事件的硬件处理延迟。

4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中，该参考时间事件包括来自该第一组件的时钟数据。

5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中，该时钟数据包括关于距该地震数据获取模块远程地定位的第二模块时钟的信息。

6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中，该参考时间事件包括独立于与所述第一组件有关的所述时钟数据的源数据。

7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中，该源数据包括关于距该地震数据获取模块一距离而远程地定位的该时间参考事件的源的位置信息。

8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中，该源数据在计算中使用，以至少部分地基于该距离来确定该延迟值。

9.根据权利要求1-8中任一项的方法，还包括：

根据已知的时间值来生成该参考时间事件。

10.根据权利要求9的方法，其中，该已知的时间值是GPS时间。

11.根据权利要求1-10中任一项的方法，还包括：

生成第二时间参考事件；以及

传送该第二时间参考事件。

12.根据权利要求1-11中任一项的方法，还包括：

其次在第一时间处在所述无线数据获取模块处从上游模块接收地震数据；以及

在第二时间处从所述无线数据获取模块向下游模块传送该地震数据；

其中，使用该时钟来协调所述传送步骤和其次接收步骤。

13.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中，该调整步骤包括：改变该时钟的频率。

14.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中，该调整步骤包括：确定补偿值，以补偿其中该时钟失去同步的、在该调整步骤以前出现的时间段。

15.根据权利要求14的方法，其中，通过在该时间段上对频率差值进行积分，来至少部分地确定该补偿值。

16.根据权利要求1-15中任一项的方法，其中，该调整步骤包括：使得该时钟的相位前进和后退中的至少一个。

17.一种在地震勘测中使用的无线数据获取模块，包括：

时钟，用于产生具有相位和频率的定时信号；

收发机，操作为接收参考时间事件；

微处理器，操作为解释该参考时间事件，以计算补偿值；以及

时钟调整模块，操作为解释该补偿值，并且将该定时信号修改为与该参考时间事件同步。

18.根据权利要求17的无线数据获取模块，还包括：

地震数据获取模块，包括传感器，用于感测地震活动并且输出地震数据。

19.根据权利要求17-18中任一项的无线数据获取模块，其中，该时钟调整模块在操作上与压控振荡器进行通信，以修改该定时信号。

20.根据权利要求19的无线数据获取模块，其中，该压控振荡器是压控晶体振荡器。

21.根据权利要求17-19中任一项的无线数据获取模块，其中，该时钟是16MHz定时器计数器，该16MHz定时器计数器操作为对1ms软件管理的时钟进行递增。

22.根据权利要求17-21中任一项的无线数据获取模块，其中，该参考时间事件包括源元数据。

23.根据权利要求22的无线数据获取模块，其中，该处理器利用该源元数据来计算至少部分地用于计算该补偿值的、该参考时间事件的传送时间。

24.一种用于同步无线模块的方法，所述无线模块用于地震数据获取系统中的数据传递，该方法包括：

提供阵列，该阵列包括用于建立串行数据传输路径的多个地震数据获取模块；以及

在一个模块处从所述多个地震数据获取模块中的至少一个其他模块接收同步元数据；

使用该同步元数据来同步所述一个模块的时钟；

基于所同步的时钟来在所述多个地震数据获取模块之间建立传递协议。

25.根据权利要求24的用于同步的方法，其中，该定时的传递协议包括时分复用的数据传送。

26.根据权利要求25的用于同步的方法，其中，该时分复用的数据传送至少部分地通过该时钟来控制。

27.根据权利要求26的用于同步的方法，其中，所述至少一个其他模块是基站。

28.一种用于在地震数据获取系统中对无线模块所获得的图像信息进行相关的方法，该方法包括：

提供第一无线模块和第二无线模块；

将该第二无线模块同步到该第一无线模块；

在第一时间处操作该第一无线模块，以获得第一图像信息；

在随后的时间处操作该第二无线模块，以获得附加的图像信息；以及

将第一图像信息与第二图像信息相关。

29.根据权利要求28的方法，其中，该同步步骤可以包括：

从该第一模块向该第二模块传送时间参考事件；

在该第二模块处接收该时间参考事件；

至少部分地基于该时间参考事件从该第一模块到该第二模块的转移时间，来在该第二模块处确定延迟值；以及

基于该时间参考事件来在该第二模块处调整第二时钟，使得将该第二时钟同步到该第一模块的第一时钟。

30.根据权利要求28-29中任一项的方法，其中，该第一图像信息包括关于该第一时间的第一数据，而该第二图像信息包括关于该第二时间的第二数据，并且将该第一数据和该第二数据使用在该相关步骤中。

31.根据权利要求28-30中任一项的方法，其中，该相关步骤包括正常移出处理。

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