CN104793241A - 用于获取地震数据的无线系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于获取地震数据的无线系统和方法，公开了一种系统，该系统包括：一个或多个振动器，一个或多个基站，陆地地震数据记录站，以及传感器系统，该传感器系统用于获取和/或监测陆地地震传感器数据，该传感器系统包括多个传感器模块，每一个传感器模块都包括一地震传感器，其中，地震传感器向所述一个或多个基站发送所述数据的至少一部分，所述一个或多个基站继而向记录站发送它们接收到的至少一些数据，并且其中，振动器、基站、记录站以及地震传感器之间的全部通信完全是无线的。

Description

用于获取地震数据的无线系统和方法

本申请是申请号为200780039182.1、申请日为2007年9月13日、发明名称为“用于获取地震数据的无线系统和方法”的专利申请的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请要求针对2006年9月14日提交的美国临时申请序列号60/844633的在35U.S.C.§119(e)之下的优先权，并且还要求针对2007年3月8日提交的美国非临时专利申请序列号11/683883的在35U.S.C.§120之下的优先权(14.0331)，其全部内容通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及地震数据获取系统和利用其的方法的领域。更具体地说，本发明涉及用于在陆基地震勘测期间有效收集地震数据的系统和方法。

背景技术

陆地地震(land seismic)获取旨在捕获通过地下(subsurface)传播的声能和弹性能。这种能量可以由诸如振动源(振动器)的一个或多个地面(surface)源生成。振动器生成通过大地传播到不同地下层(subsurface layer)中的压力信号。这里，通过与地下层中的地质构造相互作用而形成弹性波。弹性波以地下层中的局部应力的变化和质点位移为特征，该质点位移基本上处于和波阵面相同的平面中。声波和弹性波还已知为压力波和剪切波。声波和弹性波统称为地震波场。

地下构造可以以诸如密度、可压缩性以及多孔性的物理参数为特征。这些参数值的变化被称为声学差异(contrast)或弹性差异，并且可以表示地下层(其可以包含碳氢化合物)中的变化。当声波或弹性波遭遇声学差异或弹性差异时，一部分波将反射回地面，而另一部分波将传导至地下更深部分中。到达陆地地面的弹性波可以被定位在陆地上的运动传感器(用于测量位移、速度或加速度，如地震检波器、加速计等)测量到。陆地地面处的弹性波测量可以被用于生成地下的详细影像(包括诸如密度、可压缩性、多孔性等的物理特性的定量评价)。这通过对地震数据的恰当处理来实现。

地震传感器单元典型地还包含为数字化并记录地震数据所需的电子装置。在一个已知实施方式中，每一个传感器单元都连接至陆地地震线缆，其经由线缆连接至地面车辆或诸如平台的其它地面设施上的记录仪器。陆地地震线缆提供电力和用于向计量仪器传送记录并数字化的地震信号的手段。陆地地震是保证发现并有效生产碳氢化合物两者的一个重要角色。然而，如现今普遍实行的，陆地地震需要广泛使用线缆来连接传感器网络，以生成地面下层的影像。涉及线缆的诸如运输、敷设以及卷绕的活动可能包括多达总后勤活动的50％。而且，线缆和连接器可能占超过地面设备总成本的30％。涉及线缆和连接器的诸如短路、开路以及断续问题的问题可能缩减多达50％的有效获取时间。线缆可能引入对于现场工作人员(field crews)、其它人以及动物的安全风险，并且可能因留下操作痕迹而破坏环境。而且最终，线缆可能限制按新的和非常规模式敷设传感器的自由度。

在进行陆地地震时已经努力减少使用线缆。例如，在美国专利No.7124028、No.6219620以及No.6070129中公开了无线陆地地震系统和方法。在一些已知实施方式中，将射频信号用于从多个地震检波器向中间收集节点传送地震数据，该中间收集节点接着经由射频无线、线缆或光纤向中央控制站传送收集的数据。在更多新近实施方式(如在‘028专利中公开的)中，没有使用收集节点，而相反，地震检波器包括按逐跳(hop-to-hop)通信方式在地震检波器之间实现短距无线电通信的组件。

美国公布的申请号20060247505公开了一种特别用于医学用途的传感器系统，其允许从任何远程位置监测传感器数据。其侧重点是为移动的、而非必须呆在家里或其它单一位置(如医院病房)的用户(典型为内科病人)提供机会。该传感器系统的用户和外部实体可以监测传感器数据，并且可以提供该用户与急救人员之间的通信链路。该传感器系统包括具有传感器的传感器模块，和第一无线链路，该第一无线链路向移动通信装置(如蜂窝电话或个人数字助理PDA)无线地传送从传感器采样的数据，该移动通信装置具有接收来自该传感器模块的数据并且向服务器无线地传送该数据的第二无线链路。该第一无线链路可以包括从射频通信协议、磁感应协议以及无线个人区域网协议(WPAN)的组中选择的无线通信协议。该第二无线链路可以包括从GSM标准、GPRS、GPS、3G、WIFI(801.11)、WiMAX以及射频通信协议的组中选择的无线通信协议。在讨论先前已知医学监测系统的问题时，本发明人提到类似缺陷还适用于其它数据获取系统，如环境监测系统，和地震监测系统，然而，不存在关于地震传感器系统或获取地震数据的进一步公开、教导或建议。在如网络字典(Network Dictionary)(例如，参见在http://www.networkdictionary.com/wireless/WirelessDataNetworking.php讨论的无线数据连网及其移动无线的分离处理)的参考文献中，已证明，例如通过其分离处理，移动无线技术已经实现了与无线数据连网分离的状态。

尽管在陆地地震数据获取领域中已经存在一些有关无线数据发送的使用，但仍然在鲁棒性、可量测性、成本以及功效方面存在改进空间。本发明致力于寻求这些方面中的一个或多个。

发明内容

根据本发明，描述了在鲁棒性、可量测性、成本以及功效中的一个或多个方面减少或克服了先前已知无线系统和方法的缺点的、用于获取陆地地震数据的无线系统和方法。本发明的系统和方法允许更有效地获取陆地地震数据，举例来说，如在针对地下含油气储集层(hydrocarbon-bearing reservoir)的勘探或监测现有贮藏期间，获取3-D和4-D陆地地震数据。电磁信号可被用于向传感器单元和/或从传感器单元传送数据、传送功率、以及/或接收指令以操作传感器单元。

本发明的第一方面是一种陆地地震数据获取系统，该系统包括：

一个或多个振动器，

一个或多个基站，

地震数据记录站，

以及传感器系统，该传感器系统用于获取和/或监测陆地地震传感器数据并向所述一个或多个基站发送该数据，该传感器系统包括多个传感器模块，每一个传感器模块都包括一地震传感器，其中，振动器、基站、记录站以及地震传感器之间的全部通信完全是无线的。本发明的系统的特征在于包括无线数据网络，其中，该无线数据网络包括地震传感器，该地震传感器通过第一无线链路向所述一个或多个基站发送所述数据的至少一部分，所述一个或多个基站继而通过第二无线链路向记录站发送它们接收到的至少一些数据，如在此进一步说明的。而且，如在此进一步说明的，记录站不需要在陆地上，并且不需要固定不动。例如，记录站可以从固定陆地车辆、移动陆地车辆、固定海洋船只、移动海洋船只以及诸如直升飞机、飞艇或飞机的移动航空器中选择。

如在此使用的，术语“完全无线”意指各传感器单元之间、各振动器之间、各基站之间、任何传感器单元与基站之间、任何传感器单元与数据记录站之间、任何传感器单元与任何振动器之间、任何振动器与数据记录站之间、任何振动器与任何基站之间等不存在有线、纤维(包括光纤)或其它物理通信连接。然而，这不排除例如同一振动区域中两个振动器之间的物理连接的可能性。

如在此进一步例示的，基站可被战略性地定位为覆盖预定传感器模块组。在这些实施方式中，每一组传感器模块都可以经由网状拓扑和/或以逐跳的方式(在此还称为多跳)无线地中继数据。还可以使用星形拓扑和其它拓扑，但网状拓扑将生成最大冗余。在每一个基站与数据记录站(例如，记录车)之间，可以从基站向记录站直接传送地震数据。在本发明的系统中，传感器模块可以共同彼此相对靠近地隔开，例如，范围从1米直到约10米的距离。因为传感器模块之间的距离相对较短，所以多跳可以避开不平坦地形或包括人造障碍物的地形中的潜在无线通信(RF、微波、红外线)问题。已知的是，对于在隔开达较大距离的点A与点B之间无线地传送数据来说，与点A和点B之间的直接无线通信相比，A与B之间的多个地点之间的中继将消耗更少能量。

本发明中的系统包括以下部分，包括第一无线链路，该第一无线链路向基站(其可以是移动或非移动通信装置)无线地传送从地震传感器采样的地震数据，该基站具有第二无线链路，该第二无线链路接收来自传感器模块的地震数据，并且向陆地地震数据记录站无线地传送该地震数据，所述一个或多个振动器具有第三无线链路，该第三无线链路接收来自陆地地震数据记录站的命令并且向该陆地地震数据记录站无线地传送振动器数据(如状态信息)。如在此使用的，术语“移动”在被用于描述一装置时，包括手持式装置和可以佩戴在人体上的装置，例如，佩戴在皮带上、放在口袋中、放在钱包中等的装置。并不意味着包括如用很大的力气才能移动的建筑物或小屋或用较小的力气就能移动的台式计算机那样的实际上可被移动的物体。

在特定系统实施方式中，第一无线链路可以从任何无线个人区域网(WPAN)通信协议中选择。第二和第三无线链路可以从支持点对多点(PMP)宽带无线访问的任何无线通信协议中独立地选择。这些协议可以包括，但不限于IEEE标准802.16(有时称为WiMax(微波存取全球互通)标准)、IEEE标准802.20等。第二和第三无线链路可以使用相同或不同协议。

本发明的特定陆地地震数据获取系统可以利用允许在传感器模块、振动器、基站以及记录站之间或者仅在传感器模块之间广播消息(音频、视频、字母数字混编、数字、模拟及其组合)的无线链路和设备。该消息可以被时间标记和被用于距离测量以及时钟校准。该通信网络还可以被用于传送状态信息和/或质量控制(QC)。

本发明的第二方面包括获取陆地地震数据(包括延时陆地地震数据获取)的方法，该方法包括以下步骤：

a)从记录站无线地启动一个或多个振动器，该振动器通过陆地区域生成一个或多个振动信号；

b)利用定位在所述陆地区域上的传感器系统测量反射的陆地地震数据，该传感器系统包括多个传感器模块，每一个传感器模块都包括一地震传感器；

c)从所述多个传感器模块向一个或多个基站无线地发送该地震数据中的至少一些；

d)向记录站无线地发送由所述一个或多个基站接收到的至少一些数据；以及

e)可选地重复步骤(a)到(d)。

本发明的其它方法包括被动侦听勘测(其中没有使用振动源)和电磁(EM)勘测，其中这些传感器单元中的一个或多个包括一个或多个EM传感器。

如在此使用的，“勘测”指在所限定的勘测区域上获取地震数据(其可以同时、顺序地或以某种程度的时间重叠地发生)的单一连续时段；多重勘测意指对勘测区域的同一或相同部分重复但在时间上分离(延时)的勘测。在本发明的上下文中，单一地震勘测还可以指所限定的地震获取时段，其中，没有受控地震源是主动的(其还另选地被称为被动地震侦听或微地震勘测)。

与先前已知的系统和方法相比，利用本发明的系统的系统和方法使得能够更有效地获取陆地数据(包括延时)。通过阅读附图说明、本发明的具体实施方式以及所附权利要求，这些和其它特征将变得更显而易见。

附图说明

在下列描述和附图中，对其中可以实现本发明的目的和其它希望特征的方式进行了说明，其中：

图1例示了本发明的系统的简化平面图；

图2示意性地例示了本发明的系统的组件之间的无线通信；以及

图3-4示意性地例示了在实践本发明的系统和方法时有用的现有技术通信拓扑。

图5例示了IEEE 802.16宽带无线MAN标准的协议结构。

然而，应注意到，附图没有按比例绘制，而仅例示了本发明的典型实施方式，因此不应视为对本发明范围的限制，对于本发明来说，可以容许其它等效实施方式。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述众多细节以提供对本发明的理解。然而，本领域技术人员应当理解，在没有这些细节的情况下也可以实践本发明，并且根据所述实施方式的许多变型或修改都是可能的。

本发明涉及在获取陆地地震数据方面利用所发明的系统的完全无线系统和方法。本发明的主要特征是基本上消除用于在振动器、地震传感器、基站以及记录站之间通信的所有导线、线缆以及纤维。这不排除例如在记录站设备和振动器中将导线、线缆或纤维(如光纤)用于供电，以及在有风的条件下根据需要使用拴系线缆。

本发明的无线系统和方法是在鲁棒性、可量测性、成本以及功效中的一个或多个方面相对于将导线或光纤用于通信的系统和方法的改进。本发明的系统和方法允许更有效地获取陆地地震数据，举例来说，如在针对地下含油气储集层的勘探或监测现有贮藏期间，获取3-D和4-D陆地地震数据。电磁信号可被用于向传感器单元和/或从传感器单元传送数据、传送功率、以及/或接收指令以操作传感器单元。

图1例示了本发明的陆地地震数据获取系统的简化示意图。要勘测的区域2可以具有对于例如记录站14(其可以是记录车)与振动器4a之间的直接无线通信的物理障碍物。可以采用多个振动器4a、4b、4c、4d，以及多个传感器单元格栅(grid)6a、6b、6c、6d、6e以及6f，其每一个都可以具有多个传感器单元8。如图1所示，例如，可以绕基站10在其附近设置大约24–28个传感器单元8。与每一个基站10相关联的传感器单元8的数量可以根据勘测目标数而广泛地改变，然而，由于不同组件(在此讨论的，特别是参照图3和图4)之间的通信架构，该数量应当小于先前已知系统中所需数量。圆圈12表示对于每一个基站10的近似接收范围。对于每一个基站来说，这个范围可以相同或不同。

在获取和/或监测对于区域2的陆地地震传感器数据并且向一个或多个基站10传送该数据时，可以采用图1所示的利用多个传感器单元8的系统。如在本文中所定义的术语，振动器4、基站10、记录站14以及地震传感器8之间的全部通信完全是无线的。另选的是，本发明的系统可以被描述为包括无线数据网络，举例来说，如图2示意性所示，其中，该无线数据网络包括多个地震传感器8，这些地震传感器通过第一无线链路9向一个或多个基站10传送它们感测到的地震数据的至少一部分，这些基站又通过第二无线链路16向记录站14传送它们接收到的至少一些数据。可以通过无线链路18从记录站14向振动器4发送命令，直到在振动器4与记录站14之间交换数据的程度，无线链路18还可以被视为无线数据网络的一部分。

第一无线链路9可以被特征化为无线个人区域网(WPAN)。“WPAN”是利用无线连接的个人区域网(PAN)。WPAN当前被用于在较短范围内诸如电话、计算机和它们的附件、以及个人数字助理的装置之间的通信。PAN的有效范围(reach)典型为大约10米之内。这些协议可以包括，但不限于Bluetooth(华盛顿州贝尔维尤市的Bluetooth SIG，Inc.的注册认证标志)、ZigBee(加利福尼亚州圣雷蒙市的ZigBee Alliance Corporation的注册认证标志)、超宽带(Ultra-wideband)(UWB)、IrDA(加利福尼亚州沃尔纳特克里克市的Infrared Data Association Corporation的服务标志)、HomeRF(加利福尼亚州旧金山市的HomeRF Working GroupUnincorporated Association California的注册商标)等。Bluetooth是对于WPAN通信的最广泛使用技术。每一种技术都针对特定用途、应用或领域最优化。尽管在某些方面，某些技术可能被视为在WPAN空间方面竞争，但它们通常彼此互补。

IEEE 802.15工作组是用于定义WPAN技术的组织。除了基于Bluetooth技术的802.15.1以外，IEEE在802.15中提出了WPAN的两个附加类别：低速率802.15.4(TG4，还已知为ZigBee)和高速率802.15.3(TG3，还已知为超宽带或UWB)。TG4ZigBee提供针对低功率和低成本解决方案的家庭控制型的、20Kbps或250Kbps的数据速度。TG3UWB支持针对多媒体应用的、范围从20Mbps到1Gbps的数据速度。在表1中，记述了如在IEEE 802.15中规定的WPAN技术的主要特征。

表1、无线个人区域网特征^*

*来自networkdictionary.com，2006年11月8日访问http://www.networkdictionary.com/wireless/WPAN.php？PHPSESSID＝354101c49bc9d97659791acaecddca16。

在有线通信系统中，网状网络拓扑是一种关键的网络架构，其中装置与诸如路由器和开关的网络节点之间的诸多冗余互连相连接(参见networkdictionary.com中关于网状拓扑的定义)。在利用网状拓扑的有线通信系统中，如果任何线缆或节点故障，则存在针对两个节点的用于通信的许多其它方式。虽然明显地增加了发现和处理故障的方便性并明显地增加了可靠性，但有线网状网络因它们使用大量线缆而安装昂贵。通常来说，在有线通信系统中将结合其它拓扑(如星形、环形以及总线)来使用网状拓扑，以形成混合拓扑。一些WAN架构(如因特网)采用网状路由。因此，因特网即使在战争期间也能够实现站点通信。

存在两种类型的网状拓扑：全网状(如图3所描绘的)和局部网状(如图4所描绘的)。全网状拓扑在每一个节点具有将它连接至网络中的每一个其它节点的电路时出现。在有线网络中，实现全网状拓扑非常昂贵，但生成最大量的冗余，因此，在那些节点中的一个发生故障的情况下，网络通信也可以指向其它节点中的任一个。全网状拓扑通常为主干网备用。对于局部网状拓扑，按全网状方案组织一些节点，而其它节点仅连接至网络中的一个或两个节点。局部网状拓扑通常建立在连接至全网状主干的外围网络中。通常，实现它不太昂贵，而生成比全网状拓扑少的冗余。

在本发明的系统和方法中，由于利用无线数据网络架构的通信的无线性质，因此虽然冗余、鲁棒性以及灵活性全部增加了，但成本降低了。如在图3的全网状拓扑中所示，传感器8a–8h可以通过多个直接无线链路20与每一个其它传感器直接无线地通信。在其它实施方式中，举例来说，如图4的局部网状拓扑中所示，传感器8a可以通过无线通信20仅与传感器8b、8c以及8g直接无线地通信，而通过无线通信链路22与传感器8d、8e、8f以及8h间接通信。

可以从支持点对多点(PMP)宽带无线访问的任何无线通信协议中单独选择第二和第三无线链路(即，如图2相应地例示的链路16和18)。这些协议可以包括，但不限于IEEE 802.16(有时称为WiMax(微波访问全球互通)标准)、IEEE 802.20等。IEEE无线标准目前具有高达30英里(48Km)的范围，并且目前可以以大约每秒钟75兆比特实现宽带，但本发明没有这样限制。这在理论上比商业可获得的无线宽带快20倍。例如，参见在http://www.tutorial-reports.com/wireless/wimax/tutorial.php中的讨论，其作为针对下列讨论的参考。

IEEE 802.16 WiMax标准在2002年3月公布，并且提供了关于城域网(MAN)技术的更新信息。在2002年3月公布中给出的扩展内容扩展了仅仅聚焦在10GHz到60+GHz的频谱上的视线(line-of-sight)固定无线MAN标准。该扩展内容提供了在如2GHz–11GHz的较低频带下的非视线访问。这些频带有时是未经许可的。其还将最大距离从31英里推进到了50英里(50到80Km)，并且支持PMP(点对对点)和网状拓扑技术。IEEE在2004年6月通过了802.16标准。WiMax可以被用于无线连网，如流行的WiFi。作为第二代协议的WiMax在更长距离上允许更高的数据速率，有效使用带宽，并且将干扰几乎消除到最小。WiMax可以在某种程度上称为对于Wi-Fi协议的继承者，该Wi-Fi协议按英尺测量，并且在较短距离上工作。

如在本发明的系统中获取地震数据的环境中使用的，地震传感器和基站可以与城域网(MAN)相比较，如在有时称为固定无线的802.16标准中给出的。在固定无线中，基站的主干连接至公共网络。如利用MAN一样，每一个基站10都支持许多“固定用户站”(传感器单元8)，其与公共WiFi热点(hot spot)或防火墙企业网类似。基站10使用介质访问控制(MAC)层，并且按照“用户”(传感器单元8)的单独需要向它们指配上行链路和下行链路带宽。这基本上以实时需要为基础。MAC层是使得网络能共同操作的公共接口。将来，可以期望通过802.16MAN主机化的802.11热点。这些将用作无线局域网(LAN)并且还直接服务终端用户。

WiMax具有两个主拓扑，其中任一个都可以用于本发明的系统和方法中，即，针对回程(backhaul)的点对点和针对用户站的点对多点基站。在这些情况中的每一个中，可以使用多输入多输出天线。图5中例示了IEEE 802.16宽带无线MAN标准的协议结构。图5(来自Javvin.Com)示出了四个层：会聚、MAC、传输以及物理。这些层映射至最底层中的两个，OSI模型的物理和数据链路层。

使用WiMax协议向本发明的系统和方法以及它们的终端用户提供许多用户应用和接口，例如，以太网、TDM、ATM、IP以及VLAN。IEEE 802.16标准足够通用，从而适应时分复用(TDM)或频分双工(FDD)配置，并且还允许全双工或半双工终端两者。

IEEE 802.16支持三个物理层。强制性物理模式是256-点FFTOFDM(正交频分复用)。其它模式是单载波(SC)和2048OFDMA(正交频分复用访问)模式。对应的欧洲标准－ETSI Hiperman标准定义了与802.16d标准中的256OFDM模式相同的单一PHY模式。

MAC被开发用于点对多点无线访问环境并且可以适应如ATM、以太网以及IP(因特网协议)的协议。MAC帧按照链接条件构造终端的动态上行链路和下行链路协议子集(profile)。这需要在容量与鲁棒性之间进行权衡。MAC使用长度可变的协议数据单元，其增加了标准效率。可以将多个MAC协议数据单元作为单一物理流发送，以防止过载。而且，可以一起发送多个服务数据单元(SDU)以节省MAC报头系统开销(header overhead)。通过分段，可以横跨帧边界发送大量数据(SDU)，并且可以保证竞争性服务的QoS(服务质量)。MAC使用自身修正带宽请求方案，以避免系统开销和确认延迟。在本发明的系统和方法中，这个特征还可以允许比先前已知的系统和方法更好的QoS处理。终端具有多种选择，以根据QoS和其它参数请求带宽。可以轮询该信号请求或者可以附带确认(piggyback)一请求。

在本发明的系统和方法中，802.16MAC协议可以执行周期性和非周期性活动。如安排、分组、分段以及ARQ的较快活动(周期性的)可能在时间上被催促(hard-pressed)，并且可能具有严格的最后期限。它们必须在单一帧内执行。另一方面，较慢活动可以基于预定计时器执行，但不与任何计时器相关联。它们也没有特定时帧或最后期限。

表2比较可在本发明的系统和方法中使用的第一无线以及第二和第三无线链路中的相似性和差异(采用自Javvin.com)。

表2、第一与第二无线链路的可比较特性

802.11基于分布式架构，而WiMax基于中央控制架构。在此，存在于基站(BS)中的调度器具有对无线介质访问的控制。WiMax可以支持与一组QoS参数一致的多重连接，并且提供包分类器能力，以将该连接映射至诸多用户应用和接口。

本发明的系统和方法的某些实施方式可以使用基于更新的协议(IEEE 802.20)的无线数据网络。如802.16标准一样，这个标准旨在针对如同蜂窝电话、PDA以及膝上型计算机的移动消费者装置的无线高速连接性。IEEE 802.20移动宽带无线访问工作组正在开发用于在低于3.5GHz的许可频带中操作的移动BWA系统的空气接口标准。其正在把车速达250km/小时的每个用户超过1Mb/s的峰值数据速率作为目标。这对本发明的、例如利用除了固定记录站以外的移动数据记录站(例如移动车、飞机或直升飞机)的系统可能有用。利用这个标准的系统和方法将在500MHz–3.5GHz范围中操作。目前，这个协议由新泽西州贝德敏斯特市的QUALCOMM Flarion Technologies和加利福尼亚州圣何塞市的ArrayComm提供。

本发明的系统和方法可以包括提供多个天线信号处理(MAS)软件架构，以实现采用WiMAX的第二和/或第三无线链路。WiMAX协议子集支持自适应天线系统(AAS)和采用基线形式的多输入/多输出(MIMO)架构两者。诸如通过使用在来自ArrayComm的、商业标识已知为“A-MAS”的产品的MAS实施方式，可以通过基本干扰的进一步降低来增强基线MIMO。一般MIMO系统提供链接鲁棒性并且通过多次发送信号和/或发送多个信号来增强点对点数据速率。在没有主动减轻干扰的情况下，这些附加发送导致对于其它小区(cell)中同信道用户的信号干扰比降低的成本。在以无线LAN为代表(其中，MIMO技术经历它们的第一商业成功)的单一小区环境中，这种增加的干扰没有不利影响。在诸如WiMAX的连网系统(其中，多个小区共享同一频谱资源)中，即使其可以改进对于某些用户的链接，但增加的干扰也劣化了网络容量和整体服务质量。还防止使用MIMO技术来增加小区中央之外的数据速率。通过在我们的A-MAS解决方案中组合AAS技术与MIMO，可以在网络的各小区中实现MIMO的益处，简化网络规划并且提供操作员可以依赖的性能改进。A-MAS软件可以作为综合核心运行，或者作为通过模块化接口集成到客户端装置物理层中的公共ASIC架构内所嵌入的DSP代码运行。诸如已知为A-MAS的产品的软件产品所采用的方法对空间尺度进行精确控制并且仅投入其真正需要的无线电能量(或接收灵敏度)。该软件驱动客户端装置、基站或者两者上的两个或多个天线的阵列，对无线电波的相干组合的原理进行杠杆作用(leverage)，以产生对于希望的接收方(发送方)的发送能量(或接收灵敏度)的焦点，并且不存在对于同信道干扰源的能量(灵敏度)。作为在发明的方法和系统情况中的应用，A-MAS使能基站和传感器单元可以通过利用多个天线而获取所有可能增益的优点：来自多样化和组合增益的链路预算改进，连同来自主动减轻干扰和空间复用的客户端数据速率和整体网络容量益处。

本发明的系统和方法解决或减少了与基于线缆的陆地地震系统或先前已知的、用于获取延时陆地地震数据的基于传感器单元的系统相关联的问题，即，成本、功率以及数据传送问题。

可在本发明中使用的陆地传感器单元除了包括测量传感器、高精度时钟、低功率电子装置、长寿命电池以及存储器组件以外，并且还可以包括在不依靠来自外部装置的充电电力的情况下提供向传感器单元中的电池充电的电力的自主发电单元。

传感器单元可以在地震勘测之间保持在陆地上或者从那里去除。在空闲时段期间，自主发电组件(如果存在)将产生足够的电力以对自主电源再充电，该自主电源可以是一个或多个可再充电电池、一个或多个电容器等。电池和电容器可以基于任何化学性质，只要它们自给自足达希望持续时间即可，该持续时间可以是几个月到几年。可以使用诸如在可从SAFT，Bagnolet，France获得的、商业名称已知为“Li-ion VL45E”的那些电池的电池或电池组。另一另选例是将电容器用作电力存储装置。电容器较小并且具有较高的存储容量，如2006年11月7日访问http://web.mit.edu/newsoffice/2006/batteries-0208.html的MIT NewsOffice在2006年2月8日的公报“Researchers fired up over newbattery”中讨论的，其通过引用并入于此。而且，本发明的传感器单元在无操作时段期间可以设置在“睡眠”模式下，以保存能量。

“自主发电”组件与“自主电源”相区别。如在此使用的，短语“自主发电”对于本发明的传感器单元来说是可选的，但其是高度希望的特征，并且指允许自主电源完全或部分地再生、再充电或再装满的一个或多个组件，目的在于地震传感器单元在地震勘测之间可以保持在陆地上。虽然理论上这可以通过车辆将电力运送至地震传感器单元，但这是较慢且麻烦的过程。相反的是，本发明的传感器单元可以包括从它们的本地环境抽取电力的装置，有时称为能量收获(harvesting)。合适的自主发电组件的示例包括可以使用能通过已知的能量转换手段变换成电能的风能、太阳能等的那些组件。自主电源(例如，电池)在地震勘测之间的时段期间可以再充电，地震勘测可在几个月与一到两年之间，并可在任何地方进行。

可在本发明中使用的传感器可以是单独传感器，或者是两个或多个传感器的组。一种合适传感器组是包括三个地震检波器或加速计的、可从WesternGeco LLC获得的、商标名称已知为“4C Sensor”的传感器组。

可在本发明中使用的传感器单元还可以包括具有超低功率需求的电子装置模块，并且可以包括高精度时钟、模拟-数字转换器、电力管理软件和硬件，以及用于数据输入/输出的控制模块。

传感器单元内的数字化电子装置的总功耗可以被期望为不超过50毫瓦。另外，通过利用低功率存储器(例如，闪速EPROM)，全部发明的传感器单元的总功耗在任何时间都可期望为不超过150毫瓦。这至少比陆地传感器单元中使用的电流技术小十倍。要求向发明的传感器单元提供电力以持续通常的地震勘测时段六周的电池容量仅为150Wh。可再充电Li-ion电池可以提供大约350Wh/l和150Wh/kg，由此，总电池体积和重量期望大约为0.4升和0.6kg。

可以将陆地传感器单元所记录的数据传送至基站，然后再传送至记录站。在其它实施方式中，可以希望的是，从一特定传感器单元去除并传送一个或多个存储器模块。例如，一个传感器单元可以配备有针对N次勘测的N个存储器模块。在这些实施方式中，例如，针对每一次勘测，取出一个存储器模块。可以使用两种数据传送方法。在特定实施方式中，可以通过多个信道和/或通过多个方法来实现数据传送，以便增加数据传送的速度和/或量。

利用的本发明的系统的方法可以包括测量、计算以及在实现本发明的方法中有用的子系统。计算单元可以包括允许实现一个或多个公式、算法以及所需操作和通过有线或无线传送访问数据库、数据仓库等的软件和硬件。

针对本发明的一个或多个传感器单元的、准确度在几米之内的初始位置例如可以利用GPS来确定。

将本发明的系统与其它数据获取系统和陆地地震数据获取方法(如基于线缆的系统，和利用先前已知的陆地地震系统的系统)相结合，在本发明的范围之内。作为一个非限制实例(其中，可靠线缆已经成功地操作)，可以使用陆地线缆及其传感器，并且将传感器单元定位在该线缆一侧或两侧上的格栅中。

在特定实施方式中，与环境或勘测区域无关地，在整个分布范围上更高密度的陆地传感器单元可以通过减小传感器单元之间的距离和降低无线信号的相关劣化来提高整体操作效率。传感器单元的形状和传感器单元的格栅本身不相关。

尽管上面仅对本发明的几个示范性实施方式进行了详细描述，但本领域技术人员容易认识到，在本质上不脱离本发明的新颖教导和优点的情况下，可以对示范实施方式进行许多修改。因此，所有这种修改都意图包括在所附权利要求书所限定的本发明的范围之内。在权利要求书中，不希望从句具有35U.S.C.§112段落6所允许的装置加功能的格式，除非“用于…的装置”明确地与关联功能一起陈述。“用于…的装置”的从句旨在覆盖在此描述的、执行所述功能的结构，并且不仅结构上等同，而且包括等同结构。

Claims (15)

1.一种陆地地震数据获取系统，包括：

地震数据记录站；

一个或多个基站；

一个或多个传感器单元格栅，所述一个或多个传感器单元格栅中的至少一个具有多个地震传感器，所述地震传感器被配置成获取地震数据；

至少一个第一无线链路，所述第一无线链路便于所述地震传感器与所述基站之间的通信；

至少一个第二无线链路，所述第二无线链路便于所述基站与所述记录站之间的通信；以及

干扰减轻机构，被布置在地震传感器、基站和记录站的至少一个中。

2.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，还包括：

一个或多个振动器；以及

至少一个第三无线链路，所述第三无线链路便于所述振动器与所述记录站之间的通信，其中所述干扰减轻机构被布置在至少一个振动器上。

3.根据权利要求2所述的陆地地震数据获取系统，其中所述一个或多个振动器被配置成接收来自所述记录站的命令以及作为响应通过所述至少一个第三无线链路将振动器数据发送到所述记录站。

4.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述干扰减轻机构包括用于减轻干扰的自适应天线系统。

5.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述干扰减轻机构包括一个或多个多输入多输出天线，所述多输入多输出天线被地震传感器、基站和记录站中的一个或多个使用以传送地震数据。

6.根据权利要求2所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第一无线链路、所述至少一个第二无线链路以及所述至少一个第三无线链路便于在多输入多输出天线之间的通信。

7.根据权利要求2所述的陆地地震数据获取系统，其中所述干扰减轻机构用于减轻在所述至少一个第一无线链路、所述至少一个第二无线链路以及所述至少一个第三无线链路之间的同信道干扰。

8.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第二无线链路以及所述至少一个第三无线链路使用不同的通信协议通信。

9.根据权利要求7所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第二无线链路以及所述至少一个第三无线链路包括使用WiMAX通信协议。

10.根据权利要求7所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第一无线链路与所述至少一个第二无线链路或所述至少一个第三无线链路共享相同的频带。

11.根据权利要求7所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第一无线链路使用超宽带通信协议。

12.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述一个或多个基站被战略性地定位在所述多个地震传感器附近。

13.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第一无线链路便于通过多跳方式在所述地震传感器和所述基站之间进行的通信。

14.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述一个或多个基站选自移动和非移动通信设备。

15.根据权利要求1所述的陆地地震数据获取系统，其中所述至少一个第一无线链路和所述至少一个第二无线链路独立地选自支持点到多点(PMP)宽带无线接入的无线通信协议。