Многоканальное устройство для предварительной обработки данных геофизических исследований Советский патент 1984 года по МПК G06F3/05 G01V11/00 G01V1/36 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь зовано в системах сбора, обработки и передачи данных геофизических исследований. Известна система ГП обработки данных геофизических исследований, содержащая последовательно соединен ные блок датчиков, блок усиления, блок фильтрации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), арифметическое устройство и запоминающее устройство. Однако в д;}нной системе увеличение уровня внешних шумов приводит к увеличению погрешности дискретизации аналоговых сигналов в АЦП, что снижает помехозащищенность системл сбора данных. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство С21 сбора данных морских ге физических исследований, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления, блок фильт рации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок записи данных и запоминающее устройство, а также арифметическое устройство, вход которого соединен с выходом АЦП, а выход - с управляющим входом блока записи данных, введение которого в устройство пбзволяет уменьшить расход носителя путем уплотнения потока данных. Однако в данном устройстве отсутствует адаптация к изменеишо уро ня внешних шумов, что приводит к увеличению погрешности преобразования аналоговых сигналов в АЦП и сни жает помехозащищенность при увеличении уровня внешних шумов. Целью изобретения является повышение помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок да чиков, блок усиления и блок фильтрации, выход которого соединен с ин формационным входом коммутатора, вы ход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом устройства, введены датчик сигнала на чала отсчета и блок контроля канало включающий два формирователя прямоугольных импульсов и вычислители от ношения сигнал-шум по числу контролируемых каналов, информационные входы которых соединены с выходом блока фильтрации, а выходы подключены соответственно к входам первого формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, управляющие входы вьгаислителей отношения сигнал-шум соединены соответственно с выходами второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу датчи ка сигнала начала отсчета, причем кадцый вычислитель отношения сигналшум содержит два элемента коммутации, два интегратора, два узла приведения знака сигнала, делитель и узел сравнения, выход которого является выходом вычислителя, а вход подключен к ВЫХОДУ делителя, информационные входы которого соединены соответственно с выходам интеграторов, вход каждого элемента коммутации через соответствуюв ий узел приведения знака сигнала соединен г информационным входом соответствующего интегратора, информационные входы элементов коммутации соединены с информационным входом вычислителя, управляющие входы которого соединены соответственно с упра1вляющими входами элементов коммутации, интеграторов и делителя. На фиг. 1 изображено устройство, структурнвя схема ма фиг. 2 - .схема коммутатораJ на фиг. 3 - схема блока контроля каналов; на фиг. 4 схема вычислителя отношения сигнал/ шум, на фиг. 5 - схема делителя. Устройство содержит блок 1 датчиков, блок.2 усиления, блок 3 фильтрации, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, арифметический блок 6, блок 7 памяти, блок 8 записи данных, блок 9 контроля каналов, датчик 10 сигнала начала отсчета, переключатели 11, селектор каналов 12, формирователь 13 прямоугольных импульсов, вычислители 14 отношения сигнал-щум формирователь 15 прямоугольных импульсов, элементы 16 коммутации, узлы 17 приведения знака сигнала, интеграторы 18, делитель 19, узел 20 сравнения, элементы 21 коммутации, логарифматоры 22, узел 23 вычитания. Устройство работает следующим образом. 1 Аналоговые сигналы от блока 1 датчиков (см. фиг. 1) через блок 2 усиления поступают на блок 3, с выхода которого сигналы всех каналов подаются на коммутатор 4, а сигналы контролируемых каналов (число которы должно быть нечетным и зависит от общего числа каналов сбора данных, например, равно трем при использовании 24-х каналов сбора данных) подаются на блок 9 контроля каналов. В блоке 9 (фиг. 3) сигнал каждого из контролируемых каналов поступает на соответствующий вычислитель 14, который служит для измерения отнощения сигнал-шум в контролируемом канале. Вычислители 14 управляются формирователем 13 прямоугольных импульсов. При поступлении на формирователь 13 сигнала с датчика 10 сигнала начала отсчета формирователь 13 вьфабатывает первый импульс запуска длительностью f , равной среднему времени существования сигнала в конт ролируемом канале. Первый импульс запуска отпирает элемент коммутации 16(см. фиг. 4). При этом аддитивная смесь сигнала Ц (t) и шума U(t) подается с блока 3 фильтрации через отпертый элемент коммутации 16 и узе 17на интегратор 18, на выходе которого формируется напряжение U ( Т:) , определяемое выражением U,(r, |Uc(t|jJt+j|U(t||oJt-0(thu(t) , 0 0 где Optt,)- средний уровень сигнала за интервал - средний уровень шума за интервал Т , По окончании первого импульса запуска элемент коммутации 16 ветви измерения уровня сигнала запирается и интегратор 18 этой ветви, переходит в режим запоминания, а формирователь 13 вырабатьгоает второй импуль запуска той же длительности, отпираю щий элемент коммутации 16 ветви измерения уровня шума. При этом напряжение шума Uiu (t) (сигнал на этом временном интервале в канале отсутст вует) подается с блока 3 фильтрации через элемент коммутации 16 и узел 1 приведения знака сигнала на нтегратор 18 ветви измерения уровня шума, на выходе которого формируется 34 напряжение U-(5t,), определяемое выражением2 1 ,( )По окончании второго импульса запуска элемент коммутации 16 ветви измерения уровня шума запирается, интегратор 18 этой ветви переходит в режим запоминания, а формирователь 13 вырабатывает третий импульс запуска, длительность которого выбирается из условияТ «Г2«с, где i-p время переходных процессов в делителе 19. Третий импульс запуска отпирает элементы 21 коммутации (фиг. 5) делителя 19. Задним фронтом третьего импульса запуска производится стирание сигналов в интеграторах 18 обеих ветвей вычислителя 14 для подготовки их к работе в следующем цикле измерений. При отпирании элементов 21 коммутации на логарифматоры 22 обеих ветвей делителя 19 подаются напряжения и(С) и U2(f) соответственно. При этом на выходе логарифматора 22 логарифмирукщей ветви уровня шума формируется напряжение (j;) Ui(f) (t) -f Ojt) , где К - коэффициент передачи логарифматора 22, а на выходе логарифматора 22 логарифмирующей ветви уровня шума формируется напряжение Un(r) КДп U2(r) K/nUj,(t). Напряжения Uj и 1)4 подаются на соответствующие входы узла 23 вычитания, на выходе которого формируется напряжение Uq, определяемое выражением Uj(,(t,|-enU2(t-,l Uc(.l..«J., u,(t) ТЧ) Как видно из этого выражения, уровень напряжения UgCt) определяется отношением сигнал-шум в контролируемом канале. С выхода делителя 19 вычислителя 14 (фиг. 4) напряжение UgCf) подается на узел 20 сравнения, где сравнивается с пороговым напряжением UHOP соответствующим допустимому отношению сигнал-шум в контролируеMOM канале Unop Se |1Допустимое отношение сигнал-шум, а значит и , определяется по допустимой величине погрешности квантования аналогового сигнала в АЦП 5. Если уровень напряжения Ug больше Ufjgp , на выходе узла 20 сравнения вырабатывается сигнал, соответст вующий уровню логической единицы, если Ug- меньше , на выходе узла 20 сравнения формируется сигнал, соответствующий уровню логического нуля. Сформированные таким образом двоичные сигналы подаются с выходов вычислителей 14 блока 9 контроля каналов на входы формирователя 15, фор мирующего сигнал управления коммутатором 4. По окончании третьего импульса запуска элементы 21 коммутации, сигналы в интеграторах 18 обеих ветвей стираются, после чего вычислители 14 готовы к новому циклу измерений. Интервал измерения Т, ,+ 2 ° раздо м.еньше интервала следования аналоговых сигналов по каналам на практике Т., (10 - 20) Т Формирователь 15 при поступлении на него двоичных сигналов с выходов вычислителей 14 вырабатывает импульсы, управляющие переключателями 11 коммутатора 4. Если на входы формирователя 1-5 поступает с вычислителей 14 больше логических единиц (что свидетельствует о хорошем состоянии каналов сбора данных), на переключатели 11 коммутатора 4 не подается сигнал управления в формирователе 15, переключатели 11 коммутатора 4 при этом соединяют четные выходы бло ка 3 с четными входами селектора 12 каналов, а нечетные выходы блока 3 - с нечетными входами селектора 12 каналов. При этом сигналы всех к налов сбора данных подаются, на селектор каналов 12 коммутатора 4, который поочередно коммутирует их на вход АЦП 5. Если на входы формирователя 15 поступает с вычислителей 14 больше логических нулей (что сви детельствует о плохом состоянии каналов: сбора данных), на переклю103 чатели 11 коммутатора 4 с формирователя 15 подается управляющий импульс, переключатели 11 при этом соединяют попарно нечетные выходы блока 3 с его четными выходами (первьй со вторым, третий с четвертым и т.д.). В этом случае на селектор 12 каналов коммутатора 4 подаются попарно суммируемые сигналы четных и нечетных каналов, при этом увеличивается отношение сигнал-шум в объединенных каналах за счет того, что полезные сигналы складываются арифметически, а шумы складываются по среднеквадратичному значению. Селектор 12 каналов коммутатора 4 поочередно коммутирует объединенные каналы на вход АЦП 5 (см. фиг. 1). Уменьшение вдвое числа обрабатываемых в АЦП 5 каналов за счет объединения соответствующих четных и нечетных каналов при постоянной скорости считьшания приводит к тому, что каждый отсчет аналогового сигнала, поступившего с выхода коммутатора 4, обрабатьшается АЦП 5 дважды. Тем самым при ухудшении состояния каналов сбора геофизических исследований в передаваемые сообщения вводится избыточность, а суммирование каналов по два приводит к увеличению отношения сигналв АЦП 5 происходит равномерная непрерывная дискретизация аналоговых сигналов с наименьшим шагом дискретизации и с наибольшим числом двоичных разрядов в регистрируемых кодовых словах.. Далее полный поток данных может быть передан в арифметический блок 6 или в электронную вычислительную машину и на блок 8 записи данных. В арифметическом блоке 6 по заданной программе осуществляется анализ спектра и энергетического уровня шумов и сигналов. Эти данные позволяют на основании критериев Квиста-Котельникова или Железнова устанавливать величину оптимального шага квантования по уровню и времени. Определенные арифметическим блоком 6 оптимальные параметры кодирования в виде цифровых кодов с выхода арифметического блока 6 подаются на управляющий вход блока 8 записи данных, где после дешифратора устанавливаются на запоминающем регистре if определяют Оптимальные параметры потока данных,поступивших в блок 7 памяти. 710 Введение блока 9 контроля каналов и использование коммутатора 4 позволяет повысить помехозащищенность за счет адаптивного введения избыточности в формируемый поток данных. При увеличении уровня внешних шумов вьппе допустимого вдвое уменьшается число обрабатьшаемых сигналов, при зтом каждый отсчет обрабатываемого в АЦП 5 аналогового сигнала передается двумя кодовым и словами, что 3 позволяет повысить помехозащищенность. Устройство в составе системы может применяться для проведения морских геофизических исследований, его использование позволяет обеспечить требуемую помехозащищенность в условиях действия нестационарных внешних шумов за счет адаптации по числу обрабатываемых каналов.

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления и блок фильтрации, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены датчик сигнала начала отсчета и блок контроля каналов, включающий два формирователя прямоугольных импульсов и вычислители отнощения сигнал-шум по числу контролируемых каналов, информационные входы которых соединены с выходом блока фильтрации, a выходы подключены соответственно к входам первого формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, управляющие входы вычислителей отношения сигнал-щум соединены соответственно с выходами второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу датчика сигнала начала отсчета, причем каждый вычислитель отношения сигнал-шум содержит два элемента коммутации, два интегратора, два узла приведения знака сигнала, делитель и узел сравнения, выход которого является выходом вычислителя, a вход подключен к выходу делителя, информационные входы которого соединены соответственно с выходами интеграторов, вход каждого элемента коммутации черев соответствующий узел СО приведения знака сигнала соединен с информационным входом соответст | вующего интегратора, информационные со ;о оо входы элементов коммутации соединены с информационным входом вычислителя, управляющие входы которого соединены соответственно с управляющими входами элементов коммутации, интеграторов и делителя.

Фиг..5