Сейсмическая многоканальная станция для регистрации и обработки фазоманипулированных сигналов

Сейсмическая многоканальная станция для регистрации и обработки фазоманипулированных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в вибросейсморазведке с применением фазоманипулированных (ФМ) сигналов. Цель изобретения - повышение .производитель ности за счет уменьшения объема вычислений при преобразовании ФМ-сигналов в реальном масштабе времени. Для этого в сейсмостанцию, содержащую .в каждом канале усилитель, переключаемый полосовой фильтр, два входных и выходных перемножителя, два декодирующих устройства, генератор синусоидального сигнала, Фазосдвигающее на Sf/2. устройство, вычитающее устройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общий для всех каналов формирователь опорного сигнала, коммутатор и регистратор, введены в каждый канал два ФНЧ, два компрессора частоты отсчетов , два интерполятора 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 связаны с входами интерполяторов, выходы которых соединены с выходными перемножителями . Вторые входы последних соединены через компенсирующие линии задержки с выходами соотгетственно генератора синусоидального сигнала и фазосдвигающего на Of /2 устройства. 1 ил. (Л

,.SU„, 1716460 A 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИМИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН (51)9 G 01 Ч. 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОИЧЛЕНИЯМ И ОТНРЬ ГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«3

Cb

Cb

Изобретение относится к геофизике, и может быть использовано в. вибросейсмораэведке с црименением Аазоманипу- лированных (бМ) сигналов.

Известна сейсмическая станция,:. реализующая способ сейсморазведки с, применением бИ-сигналов, содержащая генератор. опорного сигнала, усилитель,,,коррелятор и регистратор.

Однако данная сейсмостанция явля-. ется достаточно сложной, так как для

I достижения требуемой точности преобразования <А-сигналов в импульсную

Аорму в реальном масштабе времени требуется выполнять большой объем вычислений в корреляторе, поэтому используемый коррелятор является сложньк, с -большой потребляемой мощностью.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является сейсмостанция, содержащая в каждом канале сейсмический усилитель, переклю1 (21) 4776433/25 чаемый полосовой Аильтр, два входных (22). 03.01.90 и выходных перемножителя, два декоди(46) 29.02.92. Бюл. №- 8 рующих устройства, генератор. синусо(71) Опытно-экспериментальный завод идального сигнала, Ьазосдвигающее на

"КаэгеоАиэприбор" Научно-проиэводст- . К/2 устройство, вычитающее устройство, венного объединения "Рудгеобизика" .регулируемую линию задержки, накопи(72) А.П.Копейкин тель и общий для всех каналов Аорми(53) 550.834 (088.8) " рователь опорного сигнала, коммутатор (56) Патент СПА № 4069470, .и регистратор, введены в каждый канал

: кл . 340-1 55, 1978, два ФНЧ, два компрессора частоты отАвторское свидетельство СССР, ..счетов, два интерполятора и две ком№ 1583901, кл, G 01 V 1/00, 1988.,- -пенсирующие линии задержки. Входы ФНЧ (54) СЕЙСИИЧГОКАЯ ИНОГОКАНАЛЫйЯ : .":.": соединены с выходами входных перемноСТАНЦИЯ ЛЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ.:. :: жителей, а выходы — с входами копщресФАЗОИАНИПУХП1РОВАНННХ СИГНАЛОВ . . Соров частоты отсчетов, выходы кото(57) Изобретение относится к геоджзи- ": рых соединены с. входами. декодирующих ке и может быть использовано в вибро- .: устронств, выходы которых связаны с е

:.1 сейсморазведке с применением фаэо-: - входами интерполяторов, выходы котоманипулированных (бК) сигналов. Цель ., рых соединены с выходными перемножиизобретения — повышение производитель" телями . Вторые входы последних соединости за счет уменьшения объема вы-... ..:.иены через компенсирующие линии эа-, 1 числений при преобразовании бИ-сиг- - держки с выходами соотгетственно геналов в реальном масштабе времени.. нЕратора синусоидального сигнала и

Дпя этого в сейсмостанцию, содержащую фазосдвигающего на /2 устройства.

/ / в каждом канале усилитель, переклю- . . 1 ил ° Миюб

3 17164 чаемьпЪ колосовой фильтр, два входных и два выходных перемножителя, два де"

% кодирующих устройства, генератор синусоидального сигнала, фазосдвигающее на Т/2 устройство, вьмитающее устройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общий для всех каналов формирователь опорного сигнала, .коммутатор и циАровой магнитный регистратор. Здесь преобразование ФМ-сигналов в импульсную Аорму производится раздельно для несущей частоты АМ-сигнала и огибающей. 0бработка огибающей, имеющей значительно более низкочас- . тотньнI спектр по сравнению со спектром входного сигнала, производится с частотой отсчетов входного сигнала, т.е. значительно большей, чем требуется для обработки огибающей. Это вызывает необходимость проведения больmoro объема вычислений, а следовательно, снижает производительность.

Недостаток данной сейсмостанции— невысокая производительность за счет 25 большого объема вычислений при преобразовании ФМ"сигналов.

Пель изобретения — повышение производительности за счет уменьшения объема вычислений при преобразовании

ФМ-сигналов в реальном масштабе времени.

Поставленная цель достигается тем, что. в сейсмическую станцию, состоящую из установленных в каждом канале cef;—

35 смического усилителя, переключаемого полосового фильтра, двух входных перемножителей, двух декодирующих устройств, двух выходных переглножителей, генератора синусоидального сигнала, фазосдвигающего на и /2 устройства, вычитающего устройства, регулируемой линии задержки, накопителя и общих для всех каналов Аормирователя опорного сигнала, коммутатора и магнитного регистратора, в каждый сейсмический канал введены два Аильтра нижних частот (ФНЧ), два компрессора частоты отсчетов, два интерполятора 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 $5 отсчетов, выходы которых соединены соответственно с входами декодирующих устройств, выходы которых соединены с входами соответственно первого и

60 второго интерполяторов, выходы которых соединены с первыми входами выходных перемножителей, а вторые входы первого и второго выходных перемножителей соединены через соответственно первую и вторую компенсирующие линии задержки с выходами соответственно генератора синусоидального сигнала и фазосдвигающего на Ф/2 устройства.

На чертеже представлена Аункциональная схема с ейсмос танции .

Станция содержит сейсмический усилитель 1, переключаеиый полосовой

Аильтр 2, входные перемножители 3 и 4, генератор 5 синусоидального сигнала, фазосдвигающее на Т/2 устройство 6, ФНЧ 7 и 8, компрессоры, 9 и 10 частоты отсчетов, декодирующие устройства 11 и 12, формирователь 13 опорного сигнала, интерполяторы 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 циАровой магнитный регистратор 24 °

В качестве компрессоров 9 и 10 частоты отсчетов используются 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 коррелятор, который достаточно прост, так как в случае

Сейсмостанция работает следующим образом.

В каждом канале отсчеты входного

ФМ-сигнала, усиленного сейсмическим усилителем 1 и ограниченного по частоте переключаемым IIoJIocoBbM Аильтром 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,. проmenImIfI через фазосдвигающее на /2 устройство б. Частота синусоидального сигнала равна несущей частоте ФИсигнала, позтом ь на выходах входных перемножителей 3 и 4 выделяются сиг1716460 налы огибающей входного фМ-сигнала.

Отсчеты сигналов огибающих поступают на входы ФН I 7 и Я, которые ограничи15 лают на первые входы декодирующих устройств 11 и 12, на вторые входы которых поступает опорный сигнал с формирователя 13 опорного сигнала, являющийся копией сигнала, используемого для фазовой манипуляции несущей частоты бИ-сигнала при его Аормировании перед излучением. По завершении процесса корреляции отсчеты корреляционных функций огибающих с выхоГО

25 дов декодирующих устройств 11 и 12 поступают на входы интерполяторов 14 и 15, предназначенных для увеличения частоты отсчетов до ее исходного значения. С выходов интерполяторов 14 и t5 отсчеты корреляционных функций огибающих поступают на первые входы выходных перемнола4телей 16 и 17. На

30 их вторые входы поступают синусоидальные сигналы с выходов компенсирующих линий 18 н 19. задержки, величина за- --35 держки в которых равна сумме задержек, вносимых ФНЧ 7 и 8,. компрессорами 9 и 10 частоты отсчетов, интерполяторами 14 и 15. Па вход линии 18 задержки поступает синусоидальный сиг- 0 нал с выхода генератора 5 синусоидального сигнала. Синусоидальный сиг-. нал на вход линии 19 задержки поступает с выхода фазосдвигающего на и /2 л устройства 6. Входные сигналы выходных перемножителей 16 и 17 поступают. на вход вычитающего устройства 20, на выходе которого в результате выделяется импульсный сигнал, который через регулируемую линию 21 задержки

50 поступает в накопитель 22. Регулируемая линия 21 задержки предназначена для выравнивания задержек в случае накопления сигналов с разными значениями несущих частот. По завершении

55 процесса накопления накопленные сигналы с выхода накопителя 22 передают-, ся через коммутатор 23 на вход циф- . рового магнитного регистратора 24. вают полосы пр пускания частот до ве- 5 личины, равной верхней граничной частоте огибающей ФМ вЂ” сигнала, чтобы исключить зАфекты наложения спектров при уменьшении частоты отсчетов сигналов огибающей входного ФИ-сигнала 10 в компрессорах 9 и ФО частоты отсчетов. Сигналы огибающих со сниженной частотой отсчетов с выходов компрессоров 9 и 10 частотц отсчетов постуВведение в сейсмостайцйю двух ФНЧ, компрессоров частоты отсчетов, интерполяторов и компенсирующих линий задержки позволяет существенно уменьшить объем вычислений в декодирующих устройствах 11 и 12 при вычислении корреляционных функций. Действительно, объем вычислений, производимых в единицу времени, может быть выр ажен h ор мул ой

Г1=К ° m, - (1) где N — число вычислительных циклов;

f+ — частота отсчетов;

m — число точек корреляционной

Аункции.

Число точек корреляционной Аункции определяется по формуле ш=4,иакс» где с дкс — максимальная длина корреляционной Аункции во времени.

Подставляя (2) в (1), получим

N=f гма кс.

Таким образом, с уменьшением частоты отсчетов объем вычислений уменьшается пропорционально квадрату уменьшения частоты отсчетов. Из (2) следует, что одновременно с уменьшением частоты отсчетов пропорционально уменьшается и число вычисляемых точек корреляционной функции, а следова- тельно., объем памяти коррелятора.

Пример . Допустим, что сейсмические исследования проводятся в диапазоне частот 125 — 500 Гц; т.е. несущая частота ФМ-сигнала находится в пределах 125 — 500 Гц. При этом спектр сигнала, испол.ьзуемого для манипуляции, а следовательно, и спектр огибающей фИ-сигнала на входах деко-.. 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 корреляционной Аункции во времени равной

2с и без снижения-частоты отсчетов число циклов вычисления в корреляторе составит 8 ° 10 . Если же с помощью компрессора снизить частоту отсчетов на входе коррелятора 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 вычисления в корреляторе при той же длине кор1716460 реляционной функции во времени соста- . вит лишь 125 ° 10, т.е. в б4 раза меньше.

Снижение частоты отсчетов в дан5 ном случае не приводит к потере точности определения времени прихода волн. Действительно, обработка отсчетов сигналов в каждом сейсмическом канале разделена на две ветви, в каж- 10 дой из которых на вторые входы пере множителей подаются синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе на 7/2 относительно другой ветви. Поэтому соотношение амплитуд сигналов одной из ветвей относительно другой определяется начальной фазой входного сигнала, а следовательно, временем его прихода. Так как уменьшение частоты отсчетов не влияет на соотношение 2о амплитуд, на выходе вычитающего устройства восстанавливается правильное значение начальной фазы сигнала.

Предлагаемая сейсмостанция обеспечивает значительное повышение произ- 25 водительности за счет снижения объема вычислений и требуемого объема памяти нри преобразовании Фп †сигнал в импульсную форму в реальном времени, что позволяет применять ее в об- 3О ласти высокоразрешающей сейсморазведки. Изобретение обеспечивает снижение. потребляемой мощности, уменьшение габаритов и веса станции.

Формулаизобретения

Сейсмическая многоканальная .станция для регистрации и обработки фазоманипулированных сигналов, содержащая установленные в каждом канале "ez" щ смический усилитель, переключаемый полосовой AHJIsTp два входных перемножителя, два декодирующих устройства, два выходных перемножителя, генератор синусоидального сигнала, фнзосдвигающее на Т/2 устройство, вычитающее устройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общие для всех каналов формирователь опорного сигнала, коммутатор, цифровой магнитный о 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 íà ti/2 устройства и генератора синусоидального сигнала, выход которого соединен с входом фазосдвигающего на и/2 устройства, выход формирователя опорного сигнала соединен с вторыми входами декодирующих устройств, выходы первого и вто : рого выходных перемножителей соедине-, ны с вычитающим устройством, выход которого через регулируемую линию задержки соединен с входом накопителя, выход накопителя каждого канала сое,динен с соответствующим входом коммутатора, выход которого соединен с входом цифрового магнитного регистратора, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности за счет уменьшения объема вычислений при преобразовании фазоманипулированных сигналов в реальном масштабе времени, в каждый канал сейсмостанции введены два фильтра нижнихчастот, два компрессора частоты отсчетов, два интерполятора 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 вторoz о 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 Аазосдвигающего на /2 устройства.

Составитель А.Копейкин

Редактор А.Лежнина Техред А.Кравчук: Корректор А.Обручар

Заказ 610 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101