Устройство для нелинейной обработки электроразведочного сигнала Советский патент 1993 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике для электроразведки, а также может найти применение при разработке аппаратуры для электрических, акустических и других исследований. Область преимущественного использования изобре- тения-цифровые фазочувствительные вольтметры, применяемые при поисках рудных месторождений, залегающих на глубинах до 1,5-2 км.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости в условиях импульсных помех.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для нелинейной обработки сигналов; на фиг. 2 - пример реализации блока выделения медианы, на фиг. 3 - пример реализации; на фиг. 4 и 5- эпюры блока управления сигналов, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит входной блок 1, блок 2 ранжирования, первый коммутатор3, блок 4 вычитания, первый регистр 5. блок 6 управления, второй коммутатор 7, схема 8 сравнения, блок 9 выделения медианы, второй регистр 10. элемент 11 И, элемент 12 ИЛИ, блок 13 накопления результата, перО CS

00

вый, второй, третий импульсные выходы 14-1, 1.4-2. 14-3 блока 6 управления, первый, второй, третий и четвертый кодовые выходы 15-1. 15-2, 15-3 и 15-4 блока 6 управления, выходы 16-1,... 16-i,... 16-n блока 2 ранжирования.

В блок 9 медианы (см. фиг, 2) входят третий коммутатор 17, четвертый коммутатор 18, первый сумматор 19, второй сумматор -20 и блок 21 задания кода.

Как показано на фиг. 3, в состав блока 6 управления входят элемент 22 ИЛИ-НЕ, счетчик 23 времени, формирователь 24 серии импульсов, первый формирователь 25 импульсов, первый счетчик 26 импульсов, второй формирователь 27 импульсов, блок 28 задания интервала, третий сумматор 29, четвертый сумматор 30, второй счетчик 31 импульсов.

Диаграммы (эпюры) (см. фиг. 4 и 5) сигналов, поясняющие принцип работы устройства, имеют следующий вид: эпюра 32 сигнала на входе блока 6 управления, эпюра 33 сигнала на выходе счетчика 23 времени, эпюра 34 сигнала на выходе элемента 22 ИЛИ-НЕ, эпюра 35 сигнала на выходе второго формирователя 27, эпюра 36 сигнала на выходе формирователя 24 серии импульсов, эпюра 37 сигнала на выходе первого формирователя 25, эпюра 38, поясняющая изменение выходного кода первого счетчика 26 импульсов.

В предложенном способе обработки электроразведочного сигнала, представляющего собой периодическое Ux(t) или посто- янное напряжение Uo, осуществляют выборки сигнала Mj, путем аналого-цифро- вого .преобразования, например, мгновенного значения входного напряжения, где J-номер выборки. Процесс получения выборок осуществляют до тех пор, пока, не будет получено заданное число выборок п, В результате запоминают ряд выборок MI, M2,... Mj,...Mn. При отсутствии флуктуационных и импульсных помех, без учета погрешностей преобразования выборки равны друг другу, т.е. выполняется равенство: Mi М2 .,.Mj...Mn. При наличии помех некоторые выборки становятся не равными другим. Полученный ряд выборок Mi, М2,...МП ранжируют по возрастанию, в результате чего получают новый ряд выборок N1.N2,...Ni...Nn, в котором выполняется сле- дующее нестрогое неравенство: NI N2 :Ј ...:Ј ...Nn. Далее задают постоянную и определенную долю m от всех выборок п, например, равной m n/4 и определяют разности двух крайних выборок последовательно выделяемых частей ряда:

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ANi Nm-Ni; AN2 Nm+-N2; A N3 Мт+2-№;...,. A N(n-m+1) (n-m+1). Из

полученных разностей ANi,A N2, A N3,..., М(п-т-н) определяют минимальную, т.е. mln ( ANi, A N.2, ANs,..., AN(n-m-H). Положим, что минимальная разность имеет номер k, где k n-m+1, то берут для ANk соответствующую ей часть выборок: Nk, Nk+i,...N(k+m-i) и определяют из нее меди- анную выборку Nk mtd(Nk, Nk+i,...N(k+m-i)).

Выделенную медианную выборку Nk берут за окончательный результат нелинейной обработки электроразведочного сигнала. После выделения Nk осуществляют запоминание следующей порции п-выборок сигнала, повторяют операции выделения следующей медианной выборки Nk и т.д.

Предложенное устройство работает следующим образом. Входной блок 1 осуществляет преобразование в код Mj какой-либо характеристики входного напряжения, Например, среднего значения периодического сигнала за период Т или среднего значения постоянного сигнала за время Т, По окончании каждого преобразования выходной код Mj с выхода входного блока 1 поступает на вход блока 2 ранжирования, а со служебного выхода блока 1 снимаются отрицательные импульсы (эпюра 32, фиг. 4), поступающие на вход счетчика 23 времени (фиг. 3) блока 6 управления (фиг. 1, фиг. 3). Счетчик 23 времени формирует интервалы времени At nTnAti T (эпюра 33, фиг. 4, фиг. 5). В течение интервала времени At nT выходной потенциал определяется сигналом логического О, а в течение интервала времени Ati Т выходной потенциал имеет высокий логический уровень (логической 1). В результате логического сложения, на выходе элемента 22 ИЛИ-НЕ за интервал времени At nT выделяется п положительных импульсов (эпюра 34, фиг. 4(. Эти импульсы поступают на вход записи блока 2 ранжирования и на информационный вход второго счетчика 31 импульсов. В начальный момент перед поступлением первого из серии n-импульсов с элемента 22 ИЛИ-НЕ второй счетчик 31 импульсов находится в нулевом состоянии. Выходной код счетчика 31 является управляющим кодом адреса для блока 2 ранжирования. При поступлении с выхода входного блока 1 кода М на информационный вход блока 2 ранжирования, на адресный вход которого поступает нулевой, код. Положительным перепадом первого импульса с элемента 22 ИЛИ-НЕ код М записывается по первому адресу имеющему нулевой адресный код. Отрицательным-перепадом первого импульса, поступающего с элемента 22 ИЛИ-НЕ, содержимое второго счетчика 31 импульсов увеличивается с нуля на единицу. Второй, поступающий с выхода входного блока 1, код М2 записывается в блок 2 ранжирования по следующему адресу положительным перепадом второго импульса с выхода элемента 22 ИЛИ-НЕ, а отрицательным перепадом этого же импульса содержимое второго счетчика 31 увеличивается на единицу. Запись в блоке 2 ранжирования осуществляется до тех пор пока не подтупят коды Мз, М4,...Мп с выхода входного блока 1, а на информационный вход второго счетчика 31 не поступят п импульсов. В результате в блоке 2 ранжирования будет записан ряд отсчетов Мл, М2,..,,Мп. В блоке 2 ранжирования осуществляется ранжирование кодов Mi, M2,...,Mn, в результате чего на выходах 16-1, 16-2,,.. 16-1,..., 1.6-п блока 2 ранжирования будут сниматься те же самые коды (кодовые слова), но в порядке увеличения: Ni, N2,...,Ni,...,Nn, причем выполняется следующее нестрогое неравенство: Ni N2 ... Ni „. Nn. Выходные коды (кодовые слова) NI, №...МП с выходов блока 2 ранжирования поступают на соответствующие информационные входы 16-1-16-п первого и второго коммутаторов 3 и 7 и блока 9 выделения медианы.

В блоке 6 управления (фиг. 3) по окончании интервала At пТ, второй формирова- тель 27 импульсов вырабатывает положительный импульс (эпюра 35, фиг. 5) в момент положительного перепада выходного напряжения счетчика 23 времени (эпюра 33, фиг. 5). Этим импульсом устанавливается в начальное состояние формирователь 24 серии импульсов и в нулевое состояние первый счетчик 26 импульсов, а также этот импульс поступает на один из входов элемента 12 ИЛИ (фиг. 1). В блоке 28 задания интервала задаются коды, соответствующие числам т-1 и lnt(

т -1

), где т - целое число,

например, т n/4, lnt()- целая часть

числа Код числа т-1 поступает на первый вход третьего сумматора 29, а код

числа lnt(

гп -Ч

-)- на первый вход четвертого сумматора 30. На вторые входы третьего и четвертого сумматоров 29 и 30 подается выходной код первого счетчика 26 импульсов. Т.к., после установки первого счетчика 26 импульсов на его выходе будет нулевой код, то выходные коды третьего и четвертого сумматоров 29 и 30 будут равны соответственно кодам чисел (гл-1) и lnt(

гл - 1

-). Выходные коды первого счетчика 26 импуль сов, третьего и четвертого сумматоров 29 и 5 30 поступают на адресные входы первого и . второго коммутаторов 3 и 7 и блока 9 выделения медианы. В результате на выходах первого и второго коммутаторов 3 и 7 выделяются кодовые слова NI и Nm, имеющие 0 адреса соответственно 0 и т-1, э на выходе блока 9 - Медианное значение N1, сортвет. ствующее адресу Intt- -). В блоке вычитания определяется абсолютная разность

5 A Ni двух кодовых слов NI и Nm. Отрицательным перепадом выходного импульса второго формирователя 27 импульсов, прошедшего через элемент 12 ИЛИ, первая разность A Ni Nm-Ni, записывает0 ся в первый регистр 5, а первое медианное значение КН - во.второй регистр 10.

По окончании импульса с выхода второго формирователя 27 импульсов, формирователь 24 серии импульсов выдает серию,

5 состоящую из (n-m+1) импульсов с периодом Ti (эпюра 36, фиг. 5), Каждым отрицательным перепадом импульсов с формирователя

24 серии импульсов обуславливается изменение содержимого первого счетчика 26 им- 0 пульсов., увеличивая его на единицу, а в первом формирователе 25 импульсов выра ботка импульса (эпюра 37, фиг. 5). Выходные положительные импульсы формирователя

25 (эпюра 37, фиг. 5) имеют длительность 5 гораздо меньше периода Т и сдвинуты по времени относительно передних фронтов выходных импульсов формирователя 24. При поступлении первого импульса с формирователя 24 серии импульсов содержи- 0 мое первого счетчика 26 импульсов увеличивается на единицу, т.к. выходной код первого счетчика 26 импульсов соответствует числу единица, то выходные коды третьего 29 и четвертого 30 сумматоров буе дут соответствовать числам m и nt(-«-) +

1. Выходные коды первого счетчика 26 импульсов, третьего 29 и четвертого 30 сумматоров определяют на выходах первого и второго коммутаторов 3 и 7 и блока 9 выде0 ления медианы соответствующие кодовые слова N2, Nrn-H и N2, где № - медианное значение ряда N2, Ns.-.Nm-n. В блоке 4 вычитания оределяется абсолютная разность А N2 . В результате на входы 8

5 сравнения поступают кодовые слова ANi и N2. Если выполняется неравенство AN2 ANi, то на выходе схемы 8 сравнения будет сигнал логической 1, который разрешяот про - о кдение первого импульса г imrn формирователя 25 импупьсоп через элемент 11 И и далее через элемент 12 ИЛИ на пходы записи первого и второго регистров 5 и 10. В результате в первый регистр5 будет записано кодовое слово ANP1 A N2. а во второй регистр 10 - кодовое слово N2, определяемые как медианное значение ряда N2, N3...NnvM. Если же выполняется нестрогое неравенство Д N2 2:ANi, то на выходе схемы 8 сравнения будет сигнал логического О, запрещающий прохождение импульса через элемент 11 И. В результате в первом регистре 5 остается кодовое слово ANP1 ANi, а во втором регистре 10-кодовое слово NL

Далее на вход счетчика 26 импульсов поступает второй импульс, а его выходной код будет соответствовать числу 2. В результате в блоке вычитания определяется абсолютная разность ДЫз Мт+2-Мз, а на выходе блока 9 выделения медианы - меди-, энное значение N3 ряда N3, N4...Nm+2. При этом на выходы схемы 8 сравнения поступают кодовые «слова ANs и ANpi. Если выполняется неравенство ANs ANpi, то на выходе схемы 8 сравнения будет сигнал логической 1. Этот сигнал разрешает прохождение второго импульса с первого формирователя 25 импульсов (эпюра 37. фиг. 5) через элементы 11 И и 12 ИЛИ на входы записи первого и второго регистров 5 и 10. В результате чего в первый регистр 5 записывается кодовое слово A NP2 АМз. а во втором регистре 10 кодовое слово NS - медианное значение ряда NS- N4,...,Nm+2. Если же выполняется нестрогое неравенство А N3 S A Npi, то на выходе схемы 8 сравнения имеется низкий потенциал, запрещающий прохождение импульса через элемент 11 И и далее через элемент 12 ИЛИ на входы записи регистров 5 и 10. В первом регистре 5 будет записано A NP2 A Npij A N2, а регистре 10 - кодовое слово N2 предыдущего ряда N2, N3...Nm-M и т.д. В результате поступления всей рачки импульсов с формирователя 24 серии импульсов в первом регистре 5 будет записана A Nmin минимальная из разностей ANi, AN2, ANs,..., АМ(п-ш-и). а во втором регистре 10 - соответствующее этой минимальной разности медианное значение Nn. Далее процесс накопления выборок в течение интервала времени At nT повторяется, а при поступлении импульса с выхода 14-3 блока 6 управления (эпюра 35. фиг. 5) на выход записи блока 13 накопления ре- зультата, предыдущие кодовые слова Nn и A Nmin записываются вбпок 13 накопления

результата. Величина р;пности Л МГРЧ. чв- ляегся количественной оценкой достоверности полученного результата и позволяет оценить относительную погрешность определения истинного значения полезного сигнала.

В блоке 9 выделения медианы медианное значение NI выделяют следующим образом, Т.к. число m n/4 может быть как

четным так и нечетным, а, следовательно, число членов ряда NI, NH-i,...,N(i4m-i) для выделения NI может быть также четным, так и нечетным. При четном числе членов ряда медианное значение NI определяется как

полусумма двух срединных членов ряда, а при нечетном числе ряда медианное значение NI - это срединный член ряда. Поэтому для выделения медианы в блоке 9 выделения медианы применены первый сумматор

19 и третий и четвертый коммутаторы 17 и 18. На адресный вход второго коммутатора 18 поступает код, соответствующий числу i

+ lnt(-2) т-е- в качестве первого средин- ного члена выбирается кодовое слово

1

). Блок 21 задания кода задает

код, соответствующий числу единица в случае чётного числа членов, и задает код, соответствующий числу 0 в случае нечетного числа членов ряда. Во втором сумматоре 20 осуществляется суммирование кодовых слов, поступающих на его входы. В случае четного числа членов выделяемого ряда код

на адресном входе третьего коммутатора 17 на единицу больше кода на адресном входе коммутатора 18, т.е. на выходе третьего коммутатора 17 выделяется кодовое слово

N(l+1+lnt -к-) Ри нечетном числе членов выделяемого ряда коды на адресных входах третьего и четвёртого коммутаторов 17 и 18 одинаковы и на их выходах выделяются одно и тоже кодовое слово N(i+lnt

-я-) В первом сумматоре 19 осуществляется суммирование кодовых слов с выходов коммутаторов 17 и 18. Для четного числа членов медленное значение NJ опреДеляет- ся как

m -1

m - 1

N (|+ mt ) + м (, + , + ,nt ELZH)

NI-55

а для нечетного числа членов

Ni 2NO + Int )/2.

т.к. нл пыхсде первого сумматора 19 результат представляет собой сумму двух кодовых слов, то для нахождения медианного значения N1 применяется деление на два путем монтажного сдвига информационных разрядов второго регистра 10.

Формула изобретения 1. Устройство для нелинейной обработки электроразведочного сигнала, содержащее первый регистр, подсоединенный, выходом к первому входу схемы сравнения, входной блок, подключенный рлужебным выходом по входу блока управления, а информационным выходом - к информационному входу блока ранжирования, подсоединенного выходами к информационным входам первого и второго коммутаторов и блока выделения медианы, подсоединенного выходом к информационным входам второго регистра, соединенного выходом с первым информационным входом блока накопления результата, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости в условиях импульсных помех, в него дополнительно введены элемент ИЛИ, элемент И и блок вычитания, подключенный входами к выходам первого и второго коммутаторов, а выходом - к информационному входу первого регистра и второму входу схемы сравнения, соединенной выходом с первым входом элемента И, подключенного выходом к первому входу элемента ИЛИ, соединенного выходом с входами записи первого и второго регистров, а второй информационный вход блока накопления результата подключён к выходу первого регистра, причем блок управления первым импульсным выходом подсоединен к входу записи блока ранжирования, вторым импульсным выходом - к второму входу элемента И и третьим импульсным выходом - к второму входу элемента ИЛИ и входу записи блока накопления результата, при этом первый, второй, третий и четвертый кодовые выходы блока управления соединены соответственно с адресными входами первого и второго коммутаторов, блока выделения медианы и блока ранжирования.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е R- с я тем, что блок выделения медианы содержит третий и четвертый коммутаторы, пер- вый и второй сумматоры и блок задания

5 кода, соединенный выходом с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к адресному входу четвертого коммутатора, а выходом - к адресному входу третьего коммутатора, информационные

0 входы которого подсоединены к информационным входам четвертого коммутатора, причем первый сумматор подключен входами к выходам третьего и четвертого коммутаторов.

5 3, Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что блок управления содержит элемент ИЛИ-НЕ, формирователь серии импульсов, первый и второй формирователи импульсов, первый и второй счетчики им0 пульсов, блок задания интервала, третий и четвертый сумматоры, первые входы которых подсоединены к выходам блока задания интервала, а вторые входы - к выходу первого счетчика импульсов, подключенного

5 информационным входом к выходу формирователя серии импульсов и входу первого формирователя импульсов, а установочным входом - к установочному входу формирователя серии импульсов и выходу второго фор0 мирователя импульсов, подсоединенного входом к одному из входов элемента ИЛИ- НЕ, к установочному входу второго счетчика импульсов, входу формирователя серии импульсов и выходу счетчика времени, соеди5 не нного входом с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенного выходом к информационному входу второго счетчика импульсов, причем выходы элемента ИЛИ-НЕ первого формирователя и второго формиро0 вателей импульсов подсоединены соответственно к первому, второму и третьему импульсным выходом, выходы первого счетчика импульсов, третьего сумматора, четвертого сумматора и второго счетчика

5 импульсов - соответственно к первому, второму, третьему и четвертому кодовым выходам блока управления, а вход счетчика времени и второй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом блока управления.

I.

j

Использование: в электроизмерительной технике для электроразведки, а также при разработке аппаратуры для электрических, акустических и т.п. исследований. Сущность изобретения: в устройстве нелинейной обработки электроразведочного сигнала производят последовательные выборки сигнала путем его аналого-цифрового преобразования, запоминают конечное число выборок, ранжируют, исключают часть выборок и определяют медианную выборку оставшейся части выборок для формирования результата. Оставшуюся часть выборок выделяют из расположенных подряд ранжированных выборок, составляющих определенную и постоянную долю от всех выборок, для которой разность двух крайних выборок является наименьшей по абсолютной величине, а определенную и постоянную долю задают равной четверти, всех выборок. 2.з.п.ф-лы, 5 ил, ел с

Фи а 2