Сейсмическая многоканальная станция для регистрации и обработки фазоманипулированных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01V1/00 

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

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

Однако данная сейсмостанция явля- ется достаточно сложной, так как для достижения требуемой точности преобразования ОА-сигнадов в импульсную Форму в реальном масштабе времени требуется выполнять большой объем вычислений в корреляторе, поэтому используемый коррелятор является сложным, с большой потребляемой мощностью,

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является сейсмостанция, содержащая в каждом канале сейсмический усилитель, переклю0о

31716460

чаемый полосовой фильтр, два входных выходных перемножителя, два декодирующих устройства, генератор синусоидального сигнала, фазосдвигаювторого интерполяторов, 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 интерполяторов, выходы которых соединены с первыми входами выходных перемножителей, а вторые входы первого и второго выходных пере

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в вибросейсморазведке с применением фазо- манипулированных (ФМ) сигналов. Цель изобретения - повышение .производитель ности за счет уменьшения объема вычислений при преобразовании ФМ-сиг- налов 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

ройство, регулируемую линию задержки, накопитель и общий для всех каналов формирователь опорного сигнала, коммутатор и цифровой магнитный регистратор. Здесь преобразование ФМ-сигналов в импульсную форму производится раздельно для несущей частоты ФМ-сиг- нала и огибающей. Обработка огибающей имеющей значительно более низкочас- . тотный 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 большого объема вычислений, а следова- ь тельно, снижает производительность.

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

Цель 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 сейсмического усилителя, 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, накопителя и общих для всех каналов формирователя опорного сигнала, коммутатора и магнитно го регистратора, в каждый сейсмический канал введены два фильтра 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 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 функциональная схема сейсмостанции.

Станция 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, 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 цифровой 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 корреля- TOp3 который достаточно прост, так как в случае ФМ-сигнала опорный сиг- г нал может принимать лишь два значения.

Сейсмостанция 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 выделяются Сиг10

налы огибающей входного ФМ-сигнала. Отсчеты сигналов огибающих поступают на входы ФНЧ 7 и 8, которые ограничивают полосы пропускания частот до ве- с личины, равной верхней граничной частоте огибающей ФМ-сигнала, чтобы исключить эффекты наложения 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 формирователя 13 опорного сигнала, являющийся копией сигнала, используемого для фазовой манипуляции несущей д частоты ФМ-сигнала при его формировании перед излучением. По заверши- нии процесса корреляции отсчеты корреляционных функций огибающих с выходов декодирующих устройств 11 и 12 25 поступают на входы интерполяторов 14 и 15, предназначенных для увеличения частоты отсчетов до ее исходного значения. С выходов интерполяторов 14

Введение в сейсмоста нцию двух ФНЧ компрессоров частоты отсчетов, интер поляторов и компенсирующих линий за держки позволяет существенно уменьшить объем вычислений в декодирующих устройствах 11 и 12 при вычислении корреляционных 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 корреляционной

функции. .

Число точек корреляционной функци определяется по формуле

смакс 2)

где смакс - максимальная длина корре ляционной функции во вре мени . Подставляя (2) в (1), получим

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

и 15 отсчеты корреляционных функций . 30 уменьшения 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 памяти коррелятора,

Пример. Допустим, что сей ческие исследования проводятся в пазоне частот 125 - 500 Гц, т.е. сущая частота ФМ-сигнала находитс в пределах 125 - 500 Гц. При этом спектр сигнала, используемого для нипуляции, 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 реляционной функции во времени ра 2с и без снижения частоты отсчето число циклов вычисления в корреля ре составит 8-10 . Если же с помо компрессора снизить частоту отсче на входе коррелятора 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 корреляторе при той же длине ко

держки в которых равна сумме задержек, вносимых ФНЧ 7 и 8,.компрессорами 9 и 10 частоты отсчетов, интер- - пояяторами 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 выделяется импульсный сигнал, который через регулируемую линию 21 задержки поступает в накопитель 22. Регулируемая линия 21 задержки предназначена для выравнивания задержек в случае накопления сигналов с разными значениями несущих частот. По завершении процесса накопления накопленные сигналы с выхода накопителя 22 передаются через коммутатор 23 на вход циф- . рового магнитного регистратора 24.

0

с5д564606

Введение в сейсмоста нцию 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 выражен формулой

m.

(1)

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

функции. .

Число точек корреляционной функции определяется по формуле

смакс 2)

где смакс - максимальная длина корреляционной функции во времени . Подставляя (2) в (1), получим

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

следует, что одновременно с уменьшением частоты отсчетов пропорционально уменьшается и число вычисляемых точек

корреляционной функции, а следоваI

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, используемого для манипуляции, 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 корреляционной функции 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 кор-

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

Снижение частоты отсчетов в данном случае не приводит к потере точности определения 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 подаются синусоидальные сигналы, сдвинутые по фазе на Т/2 относительно другой ветви „ Поэтому соотношение амплитуд сигналов одной j из ветвей относительно другой определяется начальной фазой входного сигнала, а следовательно, временем его прихода. Так как уменьшение частоты отсчетов не влияет на соотношение 2 амплитуд, на выходе вычитающего устройства восстанавливается правильное значение начальной фазы сигнала.

Предлагаемая сейсмостанция обеспечивает значительное повышение произ- 2 водительности за счет снижения объема вычислений и требуемого объема памяти при преобразовании ФМ-сигналов в импульсную форму в реальном време- ни} что позволяет применять ее в об- 3 ласти высокоразрешающей сейсморазведки . Изобретение обеспечивает снижение потребляемой мощности, уменьшение габаритов и веса станции.

Ф

35

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

608

выходом сейсмического усилителя, 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 сиг0

5 0

5

5 0

нала, выход которого соединен с входом фазрсдвигающего на и/2 устройства, выход формирователя 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 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 Фазомани- пулированных сигналов вчреальном масштабе времени, в каждый канал сейсмо- станции введены два фильтра нижних - частот, 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 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 IT/2 устройства .