CN106301373A - 一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机，使用多个低通滤波器、带通滤波器组成滤波器组，对不同频率的信号使用不同的低通滤波器和带通滤波器组合滤波，增强对信号的处理能力。

Description

一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机。

背景技术

地球物理电磁法测量方法，使用若干台接收机采集电磁传感器的信号，此信号可能为大地发出的天然场信号，也可以是采用发射机发射的人工信号。人工信号是由发射机按照既定工作时序安排，依次发射不同频率的信号，接收机则严格按照时序接收信号并初步预处理(通常为滤波)，然后存储起来以供技术人员分析处理。

接收机工作过程中，为分析不同频率的信号，通常使用不同的采样率来采集数据，如进口某系列接收机可以用24000Hz、2400Hz、1500Hz、15Hz等4种采样率采集数据，不同工作模式下自动选择某一采样率。该接收机在国内外市场占有率和影响力非常大，目前国产类似接收机也基本采用相同思路。

这类接收机多采样率由数字电路实现，其数据处理流通常为：原始模数转换ADC采样(采样率f0)->工频陷波器(NF1)->低通滤波器(LPF1)->降采样器(DS1)->低通滤波器(LPF2)->降采样器(DS2)…->低通滤波器(LPFn)->降采样器(DSn)。在采集不同频率信号时，数据记录模块自动选择不同降采样器的输出数据进行记录存储。低通滤波器和降采样器可由FPGA、DSP或其他处理器来进行数学运算实现。

一般来说，若降采样器DSi的输出数据频率是fi(按照采样定理可知，其可分析处理的信号频率范围是0-fi/2)，则DSi之前的低通滤波器LPFi的低通截止频率一般设定为fi/2。

这种滤波器适合于接收处理天然场信号，但对处理人工源信号则不足，分析如下：

在人工源电磁法作业中，发射机按照严格的时序依次发送不同频率的信号。在发送某一个频率点(如频率值为fm)时，按照上述滤波器则接收机记录的数据的频率范围是0-fn(fn>fm)。对于数据处理来说，频率在0-fm范围内的信号是无用成分，但接收机的上述处理方法，对这部分无用成分并没有进行滤波处理。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机。

本发明第一方面提供一种数字多模多频段滤波器组，包括：

第一数据流输入端、与所述第一数据流输入端连接的第一工频陷波器、与所述第一工频陷波器连接的第一滤波器组、与所述第一滤波器组连接的第一降采样器以及与所述第一降采样器连接的第一采样数据流输出端，所述第一滤波器组根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第一数据流输入端的数据流进行滤波处理。

可选地，所述第一滤波器组为FIR结构。

可选地，所述第一滤波器组包括滤波器内核、系数组以及选择器，所述第一滤波器组根据所述滤波器组控制信号配置所述系数组，以使得所述系数组提供不同的滤波器系数并通过所述选择器将所述滤波器系数导通至所述滤波器内核。

可选地，当所述第一数据流输入端为天然场信号采集时，所述第一滤波器组转换为低通滤波器组。

可选地，当所述第一数据流输入端为人工源信号采集时，在每个频率信号起始阶段调整所述第一滤波器组的系数，以建立对应的组合以进行滤波工作。

可选地，所述第一数据流输入端为模数转换器。

可选地，还包括：

与所述第一数据流输出端连接的第二数据流输入端、与所述第二数据流输入端连接的第二工频陷波器、与所述第二工频陷波器连接的第二滤波器组、与所述第二滤波器组连接的第二降采样器以及与所述第二降采样器连接的第二采样数据流输出端，所述第二滤波器组根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第二数据流输入端的数据流进行滤波处理。

本发明第二方面提供一种电磁法接收机，包括滤波器组，所述滤波器组为如上述的数字多模多频段滤波器组。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机，包括：第一数据流输入端、与所述第一数据流输入端连接的第一工频陷波器、与所述第一工频陷波器连接的第一滤波器组、与所述第一滤波器组连接的第一降采样器以及与所述第一降采样器连接的第一采样数据流输出端，所述第一滤波器组根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第一数据流输入端的数据流进行滤波处理，使用相同的滤波器内核，配置不同的预置系数，以组成不同特性的滤波器，可以更加灵活的对信号滤波，尽可能的滤除干扰频率成分，提高了数据采集质量。

附图说明

图1是本发明实施例中一种数字多模多频段滤波器组的结构图；

图2是本发明实施例中一种数字多模多频段滤波器组采用2级工频陷波器的结构图；

图3是本发明实施例中一种数字多模多频段滤波器组的滤波器组的结构图；

图4是本发明实施例中一种数字多模多频段滤波器组的工作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种数字多模多频段滤波器组，包括：

第一数据流输入端100、与所述第一数据流输入端100连接的第一工频陷波器101、与所述第一工频陷波器101连接的第一滤波器组102、与所述第一滤波器组102连接的第一降采样器103以及与所述第一降采样器103连接的第一采样数据流输出端104，所述第一滤波器组102根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第一数据流输入端100的数据流进行滤波处理。

结合图3所示，所述第一滤波器组102为FIR结构，具体地，所述第一滤波器组102根据滤波器组控制信号配置所述系数组1022，以使得所述系数组1022提供不同的滤波器系数供所述滤波器内核1021使用，所述选择器1023用来导通所述系数组1022提供的滤波器系数至滤波器内核1021中。

当所述第一数据流输入端100为天然场信号采集时，所述第一滤波器组102转换为低通滤波器组，当所述第一数据流输入端100为人工源信号采集时，在每个频率信号起始阶段调整所述第一滤波器组102的系数，以建立对应的组合以进行滤波工作。

可选地，所述第一数据流输入端为模数转换器，具体不做限定。

结合图2所示，由于工频干扰在有些环境下比较强，因此设置了2级工频陷波器，所述数字多模多频段滤波器组还包括：

与所述第一数据流输出端104连接的第二数据流输入端200、与所述第二数据流输入端200连接的第二工频陷波器201、与所述第二工频陷波器201连接的第二滤波器组202、与所述第二滤波器组202连接的第二降采样器203以及与所述第二降采样器203连接的第二采样数据流输出端204，所述第二滤波器组202根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第二数据流输入端200的数据流进行滤波处理。

模数转换器输出的数据首先经过工频陷波器，滤除工频干扰信号，然后经过滤波器组与降采样器，输出信号供记录或者给后续滤波器组和降采样器。由于工频干扰在有些环境下比较强，因此设置了2级工频陷波器。

每个滤波器组由滤波器内核和系数组构成，滤波器内核为FIR结构，该框架使用不同的系数即可组成不同的滤波器，以满足不同信号的处理要求。

天然场信号采集时，接收将各滤波器设定为低通滤波器。人工源信号采集模式下，接收机工作时，在每个频率信号起始阶段调整一次滤波器组的系数，建立合适的组合以进行滤波工作。发射机切换了发射频率，则滤波器组也相应进行调整。

结合图4所示，滤波器组工作流程可以包括如下步骤：

S1、根据信号频率确定采样率；

S2、确定需要的滤波器组数；

S3、确定每级滤波器组的类型；

S4、选定每级滤波器组的系数；

S5、利用选定的系数进行滤波并记录数据；

S6、判断频点时间是否达到，若达到执行S1,否则执行S5。

滤波器组合方式：

如前所述，针对不同频率的发射信号将采用不同的数据采样率，使用不同的采样率时，滤波器组的工作状态不同。以24000Hz、2400Hz、1500Hz、15Hz等4种采样率采集数据为例，将使用4级滤波器组，即图1的N＝4。

天然场信号及人工源信号不同频率范围的滤波器组的设定方法如下表1所示。

在天然场信号采集时，由于各种采样率都需要，因此所有滤波器组都设定为低通滤波器。在人工源信号采集，不同频率范围选择不同的滤波器组组合成低通+带通的模式，若需要本级采样率，则设定为带通滤波器，前一级滤波器组设定为低通，后一级滤波器组由于无需数据输出可任意设定。在15Hz采样率下，由于带通滤波器在相同滤波器内核下实现困难，只采用低通滤波器。

表1滤波器组设定方式

滤波器组设计：

在带通滤波器组中，按照频率点值，分成若干个带通滤波器，以适应具体的频率点。表2以24000Hz、2400Hz、1500Hz、15Hz等4种采样率采集数据为例，给出了滤波器的频率特性范围。

表2滤波器组设计(FIR，加Blackman-Harris窗，阶数158)

由表2可知，在不同的带通滤波器组下，分成了若干带通滤波器，处理不同频率的信号时，可依据其频率选择相近的带通滤波器。

本发明第二方面提供一种电磁法接收机，包括滤波器组，所述滤波器组包括如前面实施例中描述的数字多模多频段滤波器组。

本发明提供的一种电磁法接收机，包括：第一数据流输入端、与所述第一数据流输入端连接的第一工频陷波器、与所述第一工频陷波器连接的第一滤波器组、与所述第一滤波器组连接的第一降采样器以及与所述第一降采样器连接的第一采样数据流输出端，所述第一滤波器组根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第一数据流输入端的数据流进行滤波处理，使用相同的滤波器内核，配置不同的预置系数，以组成不同特性的滤波器，可以更加灵活的对信号滤波，尽可能的滤除干扰频率成分，提高了数据采集质量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种数字多模多频段滤波器组及电磁法接收机进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种数字多模多频段滤波器组，其特征在于，包括：

第一数据流输入端、与所述第一数据流输入端连接的第一工频陷波器、与所述第一工频陷波器连接的第一滤波器组、与所述第一滤波器组连接的第一降采样器以及与所述第一降采样器连接的第一采样数据流输出端，所述第一滤波器组根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第一数据流输入端的数据流进行滤波处理。

2.根据权利要求1所述的数字多模多频段滤波器组，其特征在于，所述第一滤波器组为FIR结构。

3.根据权利要求1或2所述的数字多模多频段滤波器组，其特征在于，所述第一滤波器组包括滤波器内核、系数组以及选择器，所述第一滤波器组根据所述滤波器组控制信号配置所述系数组，以使得所述系数组提供不同的滤波器系数并通过所述选择器将所述滤波器系数导通至所述滤波器内核。

4.根据权利要求1所述的数字多模多频段滤波器组，其特征在于，当所述第一数据流输入端为天然场信号采集时，所述第一滤波器组转换为低通滤波器组。

5.根据权利要求1所述的数字多模多频段滤波器组，其特征在于，当所述第一数据流输入端为人工源信号采集时，在每个频率信号起始阶段调整所述第一滤波器组的系数，以建立对应的组合以进行滤波工作。

6.根据权利要求1所述的数字多模多频段滤波器组，其特征在于，所述第一数据流输入端为模数转换器。

7.根据权利要求1所述的数字多模多频段滤波器组，其特征在于，还包括：

与所述第一数据流输出端连接的第二数据流输入端、与所述第二数据流输入端连接的第二工频陷波器、与所述第二工频陷波器连接的第二滤波器组、与所述第二滤波器组连接的第二降采样器以及与所述第二降采样器连接的第二采样数据流输出端，所述第二滤波器组根据滤波器组控制信号配置不同的滤波器系数并利用所述滤波器系数对所述第二数据流输入端的数据流进行滤波处理。

8.一种电磁法接收机，其特征在于，包括滤波器组，所述滤波器组为如权利要求1至7任一项所述的数字多模多频段滤波器组。