Методы и средства синхронизации сейсмостанций, работающих в условиях недоступности сигналов спутников GPS

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН, г. Москва, Россия

Автор для переписки: С.А. Тарасов, e-mail: tarasovidgran@mail.ru

Поступила в редакцию 14.01.2021 г.; после доработки 10.03.2021 г. Принята к публикации 15.03.2021 г.

Аннотация. При проведении исследований распространения сейсмических волн автономными сейсмостанциями и малоапертурными сейсмическими антеннами важно, а зачастую и необходимо обеспечивать синхронизацию сейсмических данных, получаемых разными станциями, удалёнными друг от друга на расстояния от сотен метров до сотен километров. После появления системы GPS позиционирование и синхронизацию сейсмических станций наиболее удобно производить с помощью приёмников этой системы, так как они легко стыкуются с сейсмостанциями и могут обеспечить достаточно высокую точность синхронизации для последующей обработки и интерпретации полученных сейсмических данных. Однако синхронизация сейсмостанции по GPS невозможна, если во время сбора данных она находится вне зоны доступа спутников системы GPS, например, в глубокой шахте. Такая ситуация актуальна, например, для сейсмологических исследований, проводимых ИДГ в г. Губкин. На решение задачи позиционирования и синхронизации с помощью приёмников GPS сейсмостанций, непосредственно не доступных сигналам спутников этой системы, направлена данная работа. В результате её выполнения было предложено два альтернативных способа решения указанной задачи и разработаны технические средства их реализации. Первый способ – использование удлинителя GPS, передающего без искажений сигналы приёмника GPS, расположенного в месте, доступном для сигналов спутников GPS, к сейсмостанции в реальном времени. Второй способ – использование синхронизатора (специального устройства), которое сначала привязывает свой внутренний хронометраж к времени GPS, а затем переносится к сейсмостанции и передаёт на неё сигналы синхронизации в формате приёмника GPS так, что станция “не замечает”, что синхронизируется уже не от приёмника GPS, а от синхронизатора. Удлинитель GPS был изготовлен и успешно применяется на практике при проведении сейсмологических исследований ИДГ РАН в г. Губкин. Разработка синхронизатора доведена до изготовления макета, на котором проведён ряд исследований и испытаний, подтверждающих правильность алгоритмов программ микроконтроллера синхронизатора.

Ключевые слова: приёмник GPS, сейсмостанция, микроконтроллер, алгоритм обработки прерывания, NMEA0183, RS-232, RS-485

Цитируйте эту статью как: Волосов С.Г., Королёв С.А., Нестёркин В.Н., Тарасов С.А. Методы и средства синхронизации сейсмостанций, работающих в условиях недоступности сигналов спутников GPS // Сейсмические приборы. 2021. Т. 57, № 2. C.5–22. https://doi.org/10.21455/si2021.2-1

Финансирование

Работа выполнена в рамках темы НИР АААА-А19-119022090015-6.

Литература

Башилов И.П., Волосов С.Г., Королёв С.А. Средства синхронизации автономных сейсмостанций в сейсмических группах // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48, № 4. С.27–39.

Башилов И.П., Волосов С.Г., Королёв С.А., Косарев Г.Л., Ризниченко О.Ю., Санина И.А. Широкополосная автономная цифровая сейсмическая станция АЦСС-3 // Сейсмические приборы. 2013. Т. 49, № 4. С.5–25.

Варыпаев А.В., Санина И.А., Чулков А.Б., Кушнир А.Ф. Применение робастных фазовых алгоритмов для выявления сейсмической эмиссии в районе проведения взрывных работ в шахтах // Сейсмические приборы. 2018. Т. 54, № 2. C.33–48. https://doi.org/10.21455/si2018.2-3

Волосов С.Г., Королёв С.А., Солдатенков А.М. Система синхронизации записей станций малоапертурной сейсмической антенны “Михнево” // Сейсмические приборы. 2012. Т. 48, № 1. С.26–34.

Китов И.О., Санина И.А., Сергеев С.С., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л. Обнаружение, оценка магнитуды и относительная локация слабых афтершоков с помощью кросс-корреляции волновых форм: землетрясение 7 августа 2016 г. в Мариуполе // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 2. С.58–80. https://doi.org/10.21455/si2017.2-4

Китов И.О., Турунтаев С.Б., Коновалов А.В., Степнов А.А., Пупатенко В.В. Использование кросс-корреляции волновых форм для восстановления афтершоковой последовательности землетрясения 14 августа 2016 г. на о. Сахалин // Сейсмические приборы. 2019. Т. 55, № 1. C.59–80. https://doi.org/10.21455/si2019.1-4

Нестеркина М.А., Сергеев С.И., Санина И.А., Константиновская Н.Л., Данилова Т.В., Сергеев К.С. Идентификация локальных сейсмических событий в районе расположения группы “Михнево” // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 4. C.37–49. https://doi.org/10.21455/si2017.4-3

Нестеркина М.А., Куликов В.И., Константиновская Н.Л., Санина И.А., Ризниченко О.Ю. Оценка уровня сейсмического воздействия промышленных взрывов в центральной части Восточно-Европейской платформы // Сейсмические приборы. 2018. Т. 54, № 2. C.49–65. https://doi.org/10.21455/si2018.2-4

Санина И.А., Волосов С.Г., Черных О.А., Асминг В.Э., Солдатенков А.М., РизниченкоО.Ю. Синтез и опыт экспериментального применения двухмерной малоапертурной сейсмической антенны “Михнево” // Сейсмические приборы. 2008. Т. 44, № 1. С.5–20.

Санина И.А., Королёв С.А., Косарев Г.Л., Ризниченко О.Ю. Строение литосферы в зоне сочленения мегаблоков Восточно-Европейской платформы по данным функции приемника // Докл. РАН. 2014. Т. 456, № 3. С.338–341.

Санина И.А., Волосов С.Г., Гоев А.Г., Константиновская Н.Л., Нестеркина М.А., Тарасов С.А. Точность локации эпицентров сейсмических событий по данным малоапертурной сейсмической группы “Михнево”: нужны ли дополнительные сейсмические станции? // Геофизические исследования. 2020а. Т. 21, № 2. С.48–60. https://doi.org/10.21455/gr2020.2-4

Санина И.А., Нестеркина М.А., Константиновская Н.Л., Габсатарова И.П. Распознавание природы сейсмических источников на Восточно-Европейской платформе, регистрируемых малоапертурной сейсмической группой “Михнево” на региональных расстояниях // Сейсмические приборы. 2020б. Т. 56, № 2. C.56–76. https://doi.org/10.21455/si2020.2-5

Сергеев С.И., Королёв С.А., Волосов С.Г., Кузнецов О.П. Развитие малоапертурной сейсмической антенны “Михнево” для решения новых сейсмологических задач // Научное приборостроение. 2017. Т. 2, № 1. C.35–39.

Droznin D., Shapiro N., Droznina S., Senyukov S., Chebrov V., Gordeev E. Detecting and locating volcanic tremors on the Klyuchevskoy group of volcanoes (Kamchatka) based on correlations of continuous seismic records // Geophys. J. Int. 2015. V. 203. P.1001–1010. https://doi.org/10.1093/gji/ggv342

Followill F., Harris D.B. Comments on small aperture array designs. Informal Report. Lawrence Livermore National Lab, Livermore, CA, USA, 1983. 42 p.

Harjes H.P. Design and siting of new regional array in Central Europe // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1990. V. 80. P.1801–1817.

Koch K., Stammler K. Detection and elimination of time synchronization problems for the GERESS array by correlating microseismic noise // Seismol. Res. Lett. 2003. V. 74, N 6, Р.803–816.

Korhonen, H., Pirhonen S., Ringdal F., Mykkeltveit S., Kvaerna T., Larsen P.W., Paulsen R. The FINESA array and preliminary results of data analysis. Report S-16. Institute of Seismology, University of Helsinki, 1987. 70 p.

Kushnir A.F., Varypaev A.V. Robustness of statistical algorithms for location of microseismic sources based on surface array data // Comp. Geoscience. 2017. V. 21, N 3. P.459–477. https://doi.org/10.1007/s10596-017-9623-6

Mykkeltveit S., Astebol K., Doornbos D., Husebye E. Seismic array configuration optimization // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1983. V. 73. P.173–186.

Mykkeltveit S., Bungum H. Processing of regional events using data from small-aperture arrays // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1984. V. 74. P.2313–2333.

Mykkeltveit S., Ringdal F., Kvaerna T., Alewine R. Application of regional arrays in seismic verification research // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1990. V. 80. P.1777–1800.

Ringdal F., Husebye E.S. Application of arrays in the detection, location and identification of seismic events // Bull. Seismol. Soc. Amer. 1982. V. 72, N 6. P.S201–S224.

Rost S., Garnero E.J. Array seismology advances Earth interior research // Eos. 2004. V. 85, N 32. P.301–306.

Savit C.H. Method and apparatus for positioning seismic arrays: US Pat. No. 4589100. Int. Cl.⁴: G01V 1/22, 1986.

Сведения об авторах

ВОЛОСОВ Сергей Георгиевич – Институт динамики геосфер им. М.А. Садовского РАН. Россия, 119334, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 38, корп. 1. E-mail: volosovc@mail.ru

КОРОЛЁВ Сергей Анатольевич – Институт динамики геосфер им. М.А. Садовского РАН. Россия, 119334, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 38, корп. 1. E-mail: sakorolyov@bk.ru

НЕСТЁРКИН Владимир Николаевич – Институт динамики геосфер им. М.А. Садовского РАН. Россия, 119334, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 38, корп. 1. E-mail: rita-vova@mail.ru

ТАРАСОВ Станислав Андреевич – Институт динамики геосфер им. М.А. Садовского РАН. Россия, 119334, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 38, корп. 1. E-mail: tarasovidgran@mail.ru

934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990