SU1716460A1 - Сейсмическа многоканальна станци дл регистрации и обработки фазоманипулированных сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к геофизике и может быть использовано в вибросейсморазведке с применением фазо- манипулированных (ФМ) сигналов. Цель изобретени  - повышение .производитель ности за счет уменьшени  объема вычислений при преобразовании ФМ-сиг- налов в реальном масштабе времени. Дл  этого в сейсмостанцию, содержащую .в каждом канале усилитель, переключаемый полосовой фильтр, два входных и выходных перемножител , два декодирующих устройства, генератор синусоидального сигнала, Фазосдвигающее на Sf/2. устройство, вычитающее устройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общий дл  всех каналов формирователь опорного сигнала, коммутатор и регистратор, введены в каждый канал два ФНЧ, два компрессора частоты отсчетов , два интерпол тора и две компенсирующие линии задержки. Входы ФНЧ соединены с выходами входных перемножителей , а выходы - с входами компрессоров частоты отсчетов,: выходы которых соединены с. входами декодирующих устройств, выходы которых св заны с входами интерпол торов, выходы которых соединены с выходными перемножител ми . Вторые входы последних соединены через компенсирующие линии задержки с выходами соотгетственно генератора синусоидального сигнала и фазосдвигающего на Of /2 устройства. 1 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к геофизике и может быть использовано в вибросей сморазведке с применением фазоманипу- - лированньгх (ФМ) сигналов.

Известна сейсмическа  станци , реализующа  способ сейсморазведки с применением ОМ-сигналов, содержаща  генератор опорного сигнала, усилитель,- .коррел тор и регистратор.

Однако данна  сейсмостанци   вл - етс  достаточно сложной, так как дл  достижени  требуемой точности преобразовани  ОА-сигнадов в импульсную Форму в реальном масштабе времени требуетс  выполн ть большой объем вычислений в коррел торе, поэтому используемый коррел тор  вл етс  сложным , с большой потребл емой мощностью,

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности  вл етс  сейсмостанци , содержаща  в каждом канале сейсмический усилитель, переклю0 о

31716460

чаемый полосовой фильтр, два входных выходных перемножител , два декодирующих устройства, генератор синусоидального сигнала, фазосдвигаювторого интерпол торов, выходы которых соединены с первыми входами выходных перемножителей, а вторые входы первого и второго выходных перещее на if/2 устройство, вычитающее уст- множителей соединены через соответствторого интерпол торов, выходы которых соединены с первыми входами выходных перемножителей, а вторые входы первого и второго выходных пере

ройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общий дл  всех каналов формирователь опорного сигнала, коммутатор и цифровой магнитный регистратор . Здесь преобразование ФМ-сигналов в импульсную форму производитс  раздельно дл  несущей частоты ФМ-сиг- нала и огибающей. Обработка огибающей имеющей значительно более низкочас- . тотный спектр по сравнению со спектром входного сигнала, производитс  с частотой отсчетов входного сигнала, т.е. значительно большей, чем требуетс  дл  обработки огибающей. Это вызывает необходимость проведени  большого объема вычислений, а следова- ь тельно, снижает производительность.

Недостаток данной сейсмостанции - невысока  производительность за счет большого объема вычислений при преобразовании ФМ-сигналов.

Цель изобретени  - повышение производительности за счет уменьшени  объема вычислений при преобразовании ФМ-сигналов в реальном масштабе времени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что. в сейсмическую станцию, состо щую из установленных в каждом канале сейсмического усилител , переключаемого полосового фильтра, двух входных пере множителе двух декодирующих устройств , двух выходных перемножителей, генератора синусоидального сигнала, фазосдвигающего на /1Г/2 устройства, вычитающего устройства, регулируемой линии задержки, накопител  и общих дл  всех каналов формировател  опорного сигнала, коммутатора и магнитно го регистратора, в каждый сейсмический канал введены два фильтра нижних частот (ФНЧ), два компрессора частоты отсчетов, два интерпол тора и две компенсирующие линии задержки. Входы первого и второго ФНЧ соединены соответственно с выходами первого и второго входных перемножителей, а выходы - с входами соответственно первого и второго компрессоров частоты отсчетов, выходы которых соединены соответственно с входами декодирующих устройств, выходы которых соединены с входами соответственно первого и

0

5

0

5

0

5

венно первую и вторую компенсирующие линии задержки с выходами соответственно генератора синусоидального сигнала и фазосдвигающего на устройства .

На чертеже представлена функциональна  схема сейсмостанции.

Станци  содержит сейсмический усилитель 1, переключаемый полосовой фильтр 2, входные перемножители 3 и 4, генератор 5 синусоидального сигнала, фазосдвигающее на V/2 устройство 6, ФНЧ 7 и 8, компрессоры, 9 и 10 частоты отсчетов, декодирующие устройства 11 и 12, формирователь 13 опорного сигнала , интерпол торы 14 и 15 выходные перемножители 16 и 17, компенсирующие линии 18 и 19 задержки, вычитающее устройство 20, регулируемую линию 21 задержки, накопитель 22, коммутатор 23 и цифровой магнитный регистратор 24 .

В качестве компрессоров 9 и 10 частоты отсчетов используютс  устройства, пропускающие на выход только часть входных, отсчетов, например каждый восьмой при снижении частоты отсчетов в 8 раз.

В качестве декодирующих устройств , 11 и 12 может, быть применен коррел - TOp3 который достаточно прост, так как в случае ФМ-сигнала опорный сиг- г нал может принимать лишь два значени .

Сейсмостанци  работает следующим

образом.

В каждом канале отсчеты входного ФМ-сигнала , усиленного сейсмическим усилителем 1 и ограниченного по частоте переключаемым полосовым фильтром 2, поступают на первые входы входных перемножителей 3 и 4. На вторые входы перемножителей 3 и 4 поступают сигналы с генератора 5 синусоидального сигнала , причем на второй перемножитель, 4 сигнал поступает непосредственно с генератора 5, а на первый перемножитель 3 - сигнал с генератора 5,. про- шедщи$ через фазосдвигающее на 1Г/2 устройство 6. Частота синусоидального сигнала равна несущей частоте ФМ- . сигнала, поэтому на выходах входных перемножителей 3 и 4 выдел ютс  Сиг10

налы огибающей входного ФМ-сигнала. Отсчеты сигналов огибающих поступают на входы ФНЧ 7 и 8, которые ограничивают полосы пропускани  частот до ве- с личины, равной верхней граничной частоте огибающей ФМ-сигнала, чтобы исключить эффекты наложени  спектров при уменьшении частоты отсчетов сиг- калов огибающей входного ФМ-сигнала в компрессорах 9 и частоты отсчетов . Сигналы огибающих со сниженной частотой отсчетов с выходов компрессоров 9 и 10 частоты отсчетов поступают на первые входы декодирующих . 15 устройств 11 и 12, на вторые входы которых поступает опорный сигнал с формировател  13 опорного сигнала,  вл ющийс  копией сигнала, используемого дл  фазовой манипул ции несущей д частоты ФМ-сигнала при его формировании перед излучением. По заверши- нии процесса коррел ции отсчеты коррел ционных функций огибающих с выходов декодирующих устройств 11 и 12 25 поступают на входы интерпол торов 14 и 15, предназначенных дл  увеличени  частоты отсчетов до ее исходного значени . С выходов интерпол торов 14

Введение в сейсмоста нцию двух ФНЧ компрессоров частоты отсчетов, интер пол торов и компенсирующих линий за держки позвол ет существенно уменьшить объем вычислений в декодирующих устройствах 11 и 12 при вычислении коррел ционных функций. Действительно , объем вычислений, производимых в единицу времени, может быть вы ражен формулой

m.

(1)

где N - число вычислительных циклов fg - частота отсчетов; m - число точек коррел ционной

функции. .

Число точек коррел ционной функци определ етс  по формуле

смакс 2)

где смакс - максимальна  длина корре л ционной функции во вре мени . Подставл   (2) в (1), получим

смаксТаким образом, с уменьшением частоты отсчетов объем вычислений умень шаетс  пропорционально квадрату

и 15 отсчеты коррел ционных функций . 30 уменьшени  частоты отсчетов. Из (2)

огибающих поступают на первые входы выходных перемножителей 16 и 17. На их вторые-входы поступают синусоидальные сигналы с выходов компенсирующих

линий 18 и 19 задержки, величина за-.35 тельно объем пам ти коррел тора,

Пример. Допустим, что сей ческие исследовани  провод тс  в пазоне частот 125 - 500 Гц, т.е. суща  частота ФМ-сигнала находитс в пределах 125 - 500 Гц. При этом спектр сигнала, используемого дл  нипул ции, а следовательно, и спе огибающей ФМ-сигнала на входах дё дирующих устройств не может быть ре, чем 62,5 Гц. При этом частота отсчетов при необходимости иметь менее 4-х отсчетов на один период верхней граничной частоты состави 2000 Гц. При максимальной длине к рел ционной функции во времени ра 2с и без снижени  частоты отсчето число циклов вычислени  в коррел  ре составит 8-10 . Если же с помо компрессора снизить частоту отсче на входе коррел тора до 250 Гц, т уменьшить по сравнению с 2000 Гц 8 раз (4 отсчета на период частот 62,5 Гц), .то число циклов вычисле в коррел торе при той же длине ко

держки в которых равна сумме задержек , вносимых ФНЧ 7 и 8,.компрессорами 9 и 10 частоты отсчетов, интер- - по  торами 14 и 15. Па вход линии 18 задержки поступает синусоидальный сиг нал с выхода генератора 5 синусоидального сигнала. Синусоидальный сигнал на вход линии 19 задержки посту-; п ает с выхода фазосдвигающего на ft/2 . устройства 6. Входные сигналы выход- ных перемножителей 16 и 1.7 поступают - на вход вычитающего устройства 20, на выходе которого в результате выдел етс  импульсный сигнал, который через регулируемую линию 21 задержки поступает в накопитель 22. Регулируема  лини  21 задержки предназначена дл  выравнивани  задержек в случае накоплени  сигналов с разными значени ми несущих частот. По завершении процесса накоплени  накопленные сигналы с выхода накопител  22 передаютс  через коммутатор 23 на вход циф- . рового магнитного регистратора 24.

0

с 5 д 5 64606

Введение в сейсмоста нцию двух ФНЧ, компрессоров частоты отсчетов, интерпол торов и компенсирующих линий задержки позвол ет существенно уменьшить объем вычислений в декодирующих устройствах 11 и 12 при вычислении коррел ционных функций. Действительно , объем вычислений, производимых в единицу времени, может быть выражен формулой

m.

(1)

где N - число вычислительных циклов; fg - частота отсчетов; m - число точек коррел ционной

функции. .

Число точек коррел ционной функции определ етс  по формуле

смакс 2)

где смакс - максимальна  длина коррел ционной функции во времени . Подставл   (2) в (1), получим

смаксТаким образом, с уменьшением частоты отсчетов объем вычислений уменьшаетс  пропорционально квадрату

следует, что одновременно с уменьшением частоты отсчетов пропорционально уменьшаетс  и число вычисл емых точек

коррел ционной функции, а следоваI

тельно объем пам ти коррел тора,

Пример. Допустим, что сейсмические исследовани  провод тс  в диапазоне частот 125 - 500 Гц, т.е. несуща  частота ФМ-сигнала находитс  в пределах 125 - 500 Гц. При этом спектр сигнала, используемого дл  манипул ции , а следовательно, и спектр огибающей ФМ-сигнала на входах дёко-. дирующих устройств не может быть шире , чем 62,5 Гц. При этом частота отсчетов при необходимости иметь не менее 4-х отсчетов на один период верхней граничной частоты составит 2000 Гц. При максимальной длине коррел ционной функции во времени равной 2с и без снижени  частоты отсчетов число циклов вычислени  в коррел торе составит 8-10 . Если же с помощью компрессора снизить частоту отсчетов на входе коррел тора до 250 Гц, т.е. уменьшить по сравнению с 2000 Гц в 8 раз (4 отсчета на период частоты 62,5 Гц), .то число циклов вычислени  в коррел торе при той же длине кор-

рел ционной функции во времени соста- . вит лишь 125И03, т.е. в 64 раза меньше ..

Снижение частоты отсчетов в данном случае не приводит к потере точности определени  времени прихода волн. Действительно, обработка отсчетов сигналов в каждом сейсмическом канале разделена на две ветви, в каж- ю дои из которых на вторые входы пере- множителей подаютс  синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе на Т/2 относительно другой ветви „ Поэтому соотношение амплитуд сигналов одной j из ветвей относительно другой определ етс  начальной фазой входного сигнала , а следовательно, временем его прихода. Так как уменьшение частоты отсчетов не вли ет на соотношение 2 амплитуд, на выходе вычитающего устройства восстанавливаетс  правильное значение начальной фазы сигнала.

Предлагаема  сейсмостанци  обеспечивает значительное повышение произ- 2 водительности за счет снижени  объема вычислений и требуемого объема пам ти при преобразовании ФМ-сигналов в импульсную форму в реальном време- ни} что позвол ет примен ть ее в об- 3 ласти высокоразрешающей сейсморазведки . Изобретение обеспечивает снижение потребл емой мощности, уменьшение габаритов и веса станции.

Ф

35

ормула изобретени  Сейсмическа  многоканальна  станци  дл  регистрации и обработки фазо- манипулированных сигналов, содержаща  установленные в каждом канале смический усилитель, переключаемый полосовой фильтр, два входных перемножител , два декодирующих устройства , два выходных перемножител , генератор синусоидального сигнала, фазо- 45 сдвигающее на 1Г/2 устройство, вычитающее устройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общие дл  всех каналов формирователь опорного сигнала , коммутатор, цифровой магнитный 50 регистратор, причем вход переключаемого полосового фильтра соединен с

608

выходом сейсмического усилител , выход - с первым входом каждого из входных перемножителей, вторые входы первого и второго входных перемножителей соединены с выходами соответственно фазосдвитающего Half/2 устройства и генератора синусоидального сиг 0

5 0

5

5 0

нала, выход которого соединен с входом фазрсдвигающего на и/2 устройства, выход формировател  опорного сигнала соединен с вторыми входами декодирующих устройств, выходы перового и рого выходных перемножителей соединены с вычитающим устройством, выход которого через регулируемую линию задержки соединен с входом накопител , выход накопител  каждого канала соединен с соответствующим входом коммутатора , выход которого соединен с входом цифрового магнитного регистратора , отличающа с  тем, что, с целью повышени  производительности за счет уменьшени  объема вы- числений при преобразовании Фазомани- пулированных сигналов вчреальном масштабе времени, в каждый канал сейсмо- станции введены два фильтра нижних - частот, два компрессора частоты отсчетов , два интерпол тора и две компенсирующие линии задержки, причем входы первого и второго фильтров нижних частот соединены с выходами соответственно первого и второго входных перемножителей, а выходы - с входами соответственно первого и второго компрессоров частоты отсчетов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго декодирующих устройств, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго интерпол торов , выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго выходных перемножителей, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первой и второй компенсирующих линий задержки, входы которых соединены соответственно с выходами генератора синусоидального сигнала и фазосдвигающего на IT/2 устройства .

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Сейсмическая многоканальная станция для регистрации и обработки Фазоманипулированных сигналов, содержащая установленные в каждом канале сей-цо смический усилитель, переключаемый полосовой фильтр, два входных перемножителя, два декодирующих устройства, два выходных перемножителя, генератор синусоидального сигнала, фазо- 45 сдвигающее на /2 устройство, вычитающее устройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общие для всех каналов формирователь опорного сигнала, коммутатор, цифровой магнитный 5Q регистратор, причем вход переключаемого полосового фильтра соединен с выходом сейсмического усилителя, выход - с первым входом каждого из входных перемножителей, вторые входы первого и второго входных перемножителей соединены с выходами соответственно Фазосдвигающего на^/2 устройства и генератора синусоидального сигнала, выход которого соединен с входом фазосдвигающего на ^/2 устройства, выход формирователя опорного сигнала соединен с вторыми входами декодирующих устройств, выходы первого и вто^к рого выходных перемножителей соединен Цы с вычитающим устройством, выход которого через регулируемую линию задержки соединен с входом накопителя, выход накопителя каждого канала соединен с соответствующим входом коммутатора, выход которого соединен с входом цифрового магнитного регистратора, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности за счет уменьшения объема вы- числений при преобразовании фазоманипулированных сигналов в реальном масштабе времени, в каждый канал сейсмостанции введены два Фильтра нижних -* частот, два компрессора частоты отсчетов, два интерполятора и две компенсирующее линии задержки, причем входы первого и второго фильтров нижних частот соединены с выходами соответственно первого и второго входных перемножителей, а выходы - с входами соответственно первого и второго компрессоров частоты отсчетов, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго декодирующих устройств, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго интерполяторов, выходы которых соединены с первыми' входами соответственно первого и второго выходных перемножителей, вторые входы которых соединены с выходами соответственно первой и второй компенсирующих линий задержки, входы которых соединены соответственно с выходами генератора синусоидального сигнала и фазосдвигающего на ^/2 устройства .