Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к измерительным устройствам для геоэлектроразведки и может применяться при из мерениях зашумленных, многократно повторяемых сигналов в методе вызванной поляризации (ВП) и методе переходных процессов (МПП),

Известно устройство для обработки электроразведочных сигналов, осложненных как малыми флуктуационными (нормальными), так и редкими импульсными Vаномальными) помехами, содержащее параллельно подключенные к входному усилителю вольтметр и фазометр, причем фазометр содержит формирователи импульсов, подключенные к селектору, соединенному со счетчиком периодов и последовательно соединенными счетчиком и делителем числа усредненных отсчетов, нагруженном выходным индикатором 1.

Недостатком устройства является его слабая защищенность от импульсных помех.

Известно устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов, в котором отсчеты, искаженые аномальной помехой, исключаются благодаря использованию нелинейных алгоритмов обработки, содержащее входной блок, соединенный с регистром текущего отсчета, блок разности регистр предыд1Тцей оценки, схему сравнения и схему уставки ошибки. Исключение аномальных импульсных помех в этом устройстве основано на том, что на выход устройства пропускают только те отсчеты, которые, следуя один за другим, отличается между собой не более чем на величину заранее заданной сжшбки и повторяются заданное количество раз 2.

Данное устройство обладает низкой точностью обработки и невысокой 11роизводительностью в условиях воздействия импульсных и флуктуационных помех, так как неповторяющиеся подряд отсчеты (в том числе и неискаженные) отбрасываются.

Наиболее близким к изобретению является устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения и арифметическое устройство, сздин вход которого соединен с. выходом первого регистра, а выход - с первым входом схемы сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения.

Устройство эффективно обрабатывает сигналы, зашумленные как нормальными, так и аномальными помехами, за счет ог)аничения больших выбросов на заданном уровне и за счет накопления отсчетов, имеющих малые разбросы (3,

Однако для оптимизации работы устройства-прототипа необходимы сведения о вероятности импульсной (аномальной) помехи и о дисперсии флуктуационной (нормальной) помехи, поэтому в ряде случаев (при часто меняющихся районах работы, при грозовых разрядах) определение вероятностных характеристик экономически неце лесообразно, и для таких случаев недостатком прототипа является возможность превышения погрешности над заданной, или потери производительности при «отсутствии априорных сведений о вероятностных характеристи5 ках помехи.

Цель изобретения - повышение точнести измерений и увеличение производительности труда.

Поставленная цель достигается тем,

0 что в устройство для нелинейной обработки, электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения, арифметическое устройство, один вхсд

5 которого соединен с выходом первого регистра, а выход - с первым входом схемы сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения, введены запоминающее уст0 ройство, первый и второй коммутаторы, причем информационный входного блока соединен с входом 3anoNmнающего устройства, выход которого через первый коммутатор соединен с входом первого регистра и подключен к первому входу арифметического устройства, выход которого подключен к входу второго регистра, соединенного через второй коммутатор с выходом всего устройства и через

0 первый коммутатор с входом первого регистра, а также с вторым входом схемы сравнения, второй вход устройства, управления подключен к служебному выходу входного блока, а выхо5 ды устройства управления соединены с управляющими входами первого и второго регистров, запоминающего устройства, арифметического устройства и коммутаторов.

0 На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов содержит входной блок 1, первый ре5 гистр 2f второй регистр 3, арифметическое устройство 4, схему сравнения 5, запоминающее устройство 6, устройство управления 7, первый и второй коммутаторы 8 и 9. Информаци0 онный выход входного блока 1 соединен с входом запоминающего устройства 6. Служебный выход входного блока 1 соединен с входом устройства управления 7. Выход запоминающего

5 устройства б соединен с первым входом арифметического устройства 4 к через первый коммутатор 8 с входом первого регистра 2. Выход первого регистра 2 подключен к входу арифметического устройства 4, выход которого соединен с входом второго регистра 3 и первым входом схемы сравнения 5. Выход второго регистра 3 соединен с вторим входом cxeNM сравнения 5 и через первый коммутатор 8 с входом первого регистра 2. Выход второго регистра 3 также через коммутатор 9 соединен -с выходом всего устройства. Выход схемы сравнения 5 соединен со вторым входом устройства управления 7, выходы котрого соединены с управлякяцими входами первого 2 и второго 3 регистров, запоминаявдего устройства б, арифметического устройства 4 и коммутаторов 8 и 9,

; Входное устройство 1 предназначено для дискретизации поступающего на его вход периодического сигнала, аналого-цифрового преобразования в код дискретных отсчетов и формирования служебной информации и содержит аттенюатор, усилитель, устройство выборки, аналого-цифровой преобразователь и устройство синхронизации, не приведенные на чертеже.

Запоминающее устройство 6 предназначено для хранения .N+1 отсчетов

Арифметическое устройство предназначено для суммирования поступающих на его входы отсчетов, а при поступлении управляющего сигнала с выхода устройства управления .7 - дл вычисления модуля разности и может быть выполнено на основе сумматоров

Устройство управления 7 формирует адреса и управляющие сигналы . (Запись, Считывание для запоминаквдего устройства 6, сигналы Запись для регистра 3, сигнал для управления алгоритмом работы арифметического устройства 4 и сигнал для осуществления вывода информации) и выполнено на основе стандартных цифровых элементов.

Устройство работает по алгоритму полученному при использовании теори ранговых оценок. Алгоритм получен для характерных в геоэлектроразведке помех, плотность распределения которых можно ) представить следукадим образом

f(xl(-l-glN(o,) , (1

где N(O,6j,) - нормальный закон с ма.ематическим ожиданием, равным нулю и с дисперсией 6 ;

h(x) - функция распределения выбросов, т.е. редких, но больших по значению, сшибок;.

- вероятность появления помех.

Выражение (1) можно трактовать следующим образом.

С вероятностью { 1-g ) сигнал претерпевает изменение по нормальному закону, причем 6 мало, т.е. сигнал искажается малыми флуктуац1 онными помехами с вероятностью (), но иногда с вероятностью S он изменяется по закону h(x), причем в этом случае, уровни сбоев могут быть большнми, а их закон может отличаться от нормального (имеются в виде аномальные импульсы помехи, возникающие при газовых разрядах, мощных электрических установок). В тех слу5 чаях, когда заранее неизвестны вероятнрстные характеристики, реальным предложением можно считать лишь наличие импульсных и флуктуационных помех, но с переменными g, 6 и h.

0 Из теории ранговых оценок для выражения (1), но с переменными S, 6 и h, можно получить выражение, минимизирукицее погрешность оценивания

Л

- j S h (2)

mod

где Xj | jjgpe6op всех отсчетов от fe 1 до п;

п - Общее число измерений. Таким образом, в качестве оценки выбирается медиана некоторого вновь построенного ряда, состоящего из полусумм (2) .

Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов работает следующим образом. Входной блок 1 осуществляет дискретизацию и преобразование в код входного периодического сигнала и определение в течение одного периода сигнала одного или нескольких целевых параметров (одна или несколько точек на переходной характеристике, амплитудные или фазовые параметры). Каждый из целевых параметров обрабатывается одинаково, поэтому дальнейшее описание работы для упрощения производится для одного параметра. Отсчеты X,н-а информационном выходе входного блока 1 в каждом периоде отличается друг от друга из-за воздействия помехи ,. т. е.

X. 0.

где 0 - истинное значение оцениваемого параметра;

6 - реализация помехи. По окончании преобразования на служебном выходе входного блока 1 формируется сигнал, по которому устройство управления 7 формирует команду записи и адрес ячейки запоминаюгпего устройства 6. После прохождения N периодов в записи в запоминающее устройство 6N отсчетов в устройстве осуществляется определение медианы ряда, составленного из суммы , гДе j и i могут принимать любые значения от 1 до N. Для определения медианы устройст во управления 7 после записи в запо минающее устройство б отсчетов формирует сигнал, разрешакиций запись первого отсчета, хранящегося в запо минающем устройстве б, в первый регистр 2. После этого устройство управления 7 начинает последовательный опрос всех N отсчетов, храня14ихся в запоминающем устройстве б (в арифметическом устройстве 4 находятся суммы поступающих отсчетов) , и отсчет, храняющийся в первом регистре 2. Первая сумма X j-+Xj, записывается во второй регистр 3, и с выходов второго регистра 3 пост пает на второй вход схемы сравнения 6, Вторая сумма поступает на первый вход схемы сравнения 5 и в Том случае, если вторая сумма больше первой, по сигналу с выхода схемы сравнения 5 устройство управл ния 7 разрешает запись во второй регистр 3 новой суммы. Если же вторая сумма меньше первой, то во втором регистре 3 остается первая сумма до тех пор, пока на первый вход схемы сравнения 5 не придет сумма, большая по величине, чем записанна во втором регистре 3. После перебора всех N отсчетов, храняющихся в запоминающем устройстве б, во второ регистре 3 оказывается наибольшая из сумм, образующихся с первым счетом, т.е. тах(Х|+Х), а в первый регистр 2 записывается второй отсчет, и повторяется Операция перебора. После завершения переборов будет найден наибольший член вариационного ряда. Код адреса слагаемых запоминается э устройстве управления 7 и при определении предыдущих членов вариационного ряда сумма, образованная этими слагаемыми, не вычисляется. Предндущие члены вариационного ряда определяются аналогично. После определения членов ряда Дальнейшее определение прекращается, и в устройстве управления 7 вырабатывается сигнал отпирающий второй коммутатор 9, и содержимое регистра (т.е. средний шен вариационного ряда) поступает на выход устройства (результат можно разделить на два исключением младшего разряда). Оценка значения измеряемого параметра 6 определяется в промежутке между приходом N-Horo и N+1-го отсчетов. После того, как оценка ;в по N отсчетам определена,сформирован и записан в запоминающее устройство 6 N+1 отсчет, производится операция по определению и исключению из запоминающего устройства 6 отсчета, наиболее отличающегося от оценки §к Для этого в первый регистр 2 по команде с выхода устройства управления 7 через первый коммутатор 8 записывается с выхода второго р гистра 3. содержащаяся там оценка 9 истинного значения параметра бо , Одновременно с выхода устройства управления 7 поступает сигнал на изменение операции, выполняемой арифметическим устройством 4. После прихода этого сигнала арифметическое устройство 4 выполняет операцию вида{в -Х;)/ т.е. находит модуль разности мечщу поступающими на его входы отсчетами. Устройство управления 7 производит последовательный опрос хранящихся в запоминающем усТройС5;;ве 6N+1, отсчетов. Модуль разности () , полученный на выходе запЪминающего устройства б, записывается во второй регистр 2 и сравнивается с модулем разности между оценкой 6 и вторым отсчетом Х2. Если() больше (, схема сравнения 5 вырабатывает сигнал, разрешающий задись во второй регистр 3 значения (0 -Х). Если модуль разности (,, ) меньше (), то во втором регистре 3 остается первый модуль разности до тех пор, пока с выхода арифметического устройства 4 не поступит число, превышающее () После пере-бора N+1 отсчетов, храняющихся в запоминающем устройстве б, во втором регистре 3 оказывается наибольший модуль рйзности, а в устройстве . управления 7 - код адреса отсчета наиболее отклоняющегося от получ ен-ной по первым N отсчетам оценки Q , Этот отсчет стирается из запоминающего устройства б, т.е в запомкнающем устройстве б освобождаются ячейки для N+2 отсчета По оставшимся к отсчетам повторяется операция определения медианы ряда, составленного по полусумм,, Операция исключения отсчетов, наиболее удаленных от полученной оценки, споооб.ствует более быстро получению точной оценки и позволяет сократить объем памяти запоминающего устройства б и устройства управления 7. Опредепение оценок продолжается до тех пор, пок-а не будет достигнута заданная точность, что определяется либо каким-либо внеслним устройством, вычисляющим показатель верности, либо оператором. Из описания работы предлагаемого устройства видно, что отсчеты, искаженные импульсной помехой, исключаются и не участвуют в формировании последующих оценок. Большое число членов вариационного ряда (при N от. гюлусумм) счетах получается N позволяет эффективно уменьшить погрешность от воздействия флуктуационных помех.

Выигрыш по точности и производительности по сравнению с устройством-прототипом обеспечивается за счет применения алгоритма медианной фильтрации, работающего при априорной неизвестности характеристик помех..

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения, арифметическое, устройство, один вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход - с первым входом схема сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения производительности труда, в него введены запоминающее устройство, первый и второй коммутаторы, причем информационный выход входного блока соединен с входом запоминающего устройЪтва,выход которого через первый коммутатор соединен с входом первого регистра и подключен к первому вхсаду арифметического устройства,выход которого подключен к входу второго регистра, соединенного через второй коммутатор с выходом всего устройства и через первый коммутатор с вхо(Л дом первого регистра, а также с вторым входом схемы сравнения, второй с вход устройства управления подключен к служебному выходу входного блока, а выходы устройства управления соединены с управляющими входами первого и второго регистров, запоминающего устройства, арифметического устройства и коммутаторов. ч1 00 Ю