Устройство для выравнивания частотного спектра сейсмических сигналов Советский патент 1977 года по МПК G01V1/36 

В настоящее время для подавления резонансных колебаний слоя воды в морской сейсморазведке используют алгоритм самонастраивающейся обратной фильтрации, котор1-.)й обеспечивает автоматическое выравшшание амплитуд частотного спектра регистрируемых сейсмических сигналов. Прототипом изобретения является устройство, позволяющее выравнивать спект ральиь/е госгавяяющнс различных записей 2j Устройство включает набор узкополосных фильтров, KOTopr.io разделяют сигнал на час тотные составляющие. Выделенная частотная составляющая сигнала поступает на .схему вырлвшшания, содержащую двухполупериодный выпрямитель и химический интегратор, а также сумматор и регистратор. Химический интегратор представляет собой миниатюрлую электролитическую ванну со свинцовым анодом и медным катодом. При наличии разности потенциалов на электродах ванны на ее аноде откладывается медь катода с интенсивностью, зависящей от подаваемого напряжения, В резуль тате сопротивление анода меняется пропорционально интегралу выходного напряжения выпрямителя, т.е. пропорционально амплитуде, соответствующей частотной сотавляющей. Так работает схема при первом обороте барабана с магнитной пленкой в ре жиме Анализ. 1фи следующем обороте барабана - в режиме выравнивание - сиг нал снова разделяется спектральным анализатором на отдельные частотные составляю щие. Но каждая составляющая подается не на выход выпрямителя, а на вход усилителя коэффициент усиления которого изменяется в зависимости от сопротивления анода химического интегратора таким образом, чтобы частотная составляющая на выходе усилителя имела требуемую амплитуду. После усиления все частотные составляющие, выравненные по амплитуде, складываются и на выходе устройства образуется сигнал с требуемым частотным составом. Описанное устройство имеет существенные недостатки, Так, для точного выравни вания частотного спектра требуется, чтобы величина сопротивления анода химического интег ратора была обратно пропорциональна приложенному к нему напряжению. Для обеспечения этого проводят кропотливую работу по подготовке параметров химического интегратора. Кроме того, необходимость двухкратного воспроизведения магнитной записи для циклов анализ и выравнивание снижает производительность труда и удорожает обработку. Наконец после каждого цикла работы химического интегратора осуществляется восстановление химического процесса, что также снижает производительность труда. Целью изобретения является обеспечение обратной фильтрации, переменной во времени. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены амплитудные ограничители и фильтр нижних частот, причем к выходам узкополосных фильтров подключены входы амплитудных ограничителей, выходы которых соединены со входами сумматора, а выход сумматора через фильтр нижних частот подключен к регистратору. На фиг. 1 показана блок-схема предложенного устройства, на фиг, 2 - амплитудночастотный спектр сейсмического сигнала с помехами типа водного резонанса, на фиг. 3 - амплитудно-частотный спектр после выравнивания. Устройство для выравнивания частотного спектра сейсмических сигналов содержит источник сигнала 1, узкополосные фильтры 2-5 для выделения спектральных составляющих сигнала, амплитудные ограничители 6-9 для ограничения по одному уровню амплитуд выделенных спектральных составляющих, сумматор 10, фильтр нижних частот 11 и регистратор 12. Устройство работает следующим образом. Обрабатываемый сигнал с выхода источника 1 подается на запараллеленные входы узкополосных фильтров 2-5. Количество этих фильтров определяется частотным диапазоном сейсмических сигналов и выбранной дискретностью резонансных частот фильтров. Выделенные частотные составляющие, имеющие различные амплитуды, поступают на амплитудные ограничители 6-8, где осуществляется ограничение амплитуд частотных составляющих по одному уровню. Выравненные по амплитуде частотные составляющие подаются на сумматор 10, после которого сигнал поступает на фильтр нижних частот 11 для подавления высокочастотных компонент, йаличие которых о словлено амплитудным ограничением синусоидальных составляющих. Для определеьшя парамётсюв фильтра нижих частот рассмотрим некоторые спектральые преобразования. В устройстве уровень ограничения выбирается таким, чтобы ограничиваемое синусоидальное напряжение было близким к прямоугольному колебанию - меандру. Таким образом, после амплитудного огра шчення будем иметь совокупность меандров . (t) с частотами Ci) -- I Ifle - периоды синусоидальных составляющих. Известно, что -функции 6.(t) разлагаются ряд Фурье (тригонометрическая форма): 4 Аi e,-(t)-(5-i-nuu t-b-SH-n3a; t + + ). Очевидно, что при синтезе имеющейся совокупности прямоугольных колебаний будем иметь: Т14А Гт)1 ., Se-Ct);:r-msi-ncju.t-i--т-Ss-in3ay.i-«i:-i 1Т- -i-i -i -t -f .SSTH +.-.J Анализируя равенство (2), видим, что в результате анализа и синтезе исходной функции с помощью прямоугольных колебаний (а не гармонических) появляются боле высокочастотные компоненты с частотами , Есг;.,. . , с соответствующими ампли тудами1/з,1/5 , . , . Очевидно, что после синтеза (суммирования) эти высокочастот ные компоненты можно отфильтровать с по мощью фильтра нижних частот, причем час тота среза фильтра cf 3., При выполнении названных процедур устройство будет работать аналогично устройствам, в к торых используются гармонические составляющие. Однако при Э.ТОМ возникают некоторые ограничения, сущность которых сводится к следующему, Поскольку имеется дискретное разложение исходной функции на конечное число т, гармонических составляющих ( а в нашем случае М8а}щров), существуют граничные частотыХ- - и U-..j. Понятно, что для ис ключения влияния высокочастотных компонент ; обусловленных проведенным амплиту ным огра1шчением, необходимо выполнение след ющего условия: . imoix 3 imiTT(3) Поясним сказанное примером. Пусть мы имеем дискретное разложение, где ,nii7i 2tCf.m.-n , irnoix 2iri r27r-50rn. При амплитудном ограничении синусоидального колебания частоты f . равной 1О ГЦ, возникают дополнительные частоты 30, 50 ГЦ ( см, равенство (1), т. е. в приведенном примере видно, что наряду с 60 частотами f -j-r,oij( 5О гц будут присутствовать и частоты 30, 50 гц, наличие i-iurcjрых обусловлено только проведением амплитудного ограничения. В то же время, если устранить (с помощью ФНО ч-астот :, обусловленные амплитудным ограничением, т, е. частоты ЗО, 5О гц, го в преобразуемом сигнале будут подавлены полезные спектральные составляющие, поскольку в дискретном разложении присутствуют частоты от 10 до 50 ГЦ, Из неравенства (3) следует, например что устройство будет работать без погрещностей при наличии сигналов со спектрами частот, например 10-ЗО, 15-45, 20-60, 25-75, 30-90 гц, В сейсморазведке очень часто приходится иметь дело с сигналами, имеющими примерно такие же полосы частот. Поясним работу устройства с точки зрения реализации алгоритма обратной фильтрации, переменной во времени, на примере подавления помех типа водного резонанса. Как известно, при проведении морской сейсморазведки в зависимости от глубины моря и отражающих природных граштц наблюдается несколько максимумов в частотном спектре ffi, f п, тliфиг, 2) за счет наличия в водном слое резонансных явлений. После обработки на устройстве за счет выравш вания амплитуд всех частот1Е )х составляющих спектр сигнала имеет , показаниыГг на фиг. 3, При этом за счет того, что исходный спектр входного сейсмического сигнала меняется во времени, а спектр сигналов на выходе остается вьГравненным, а потому неизменным, обеспечивается ренлизмция алгорнтма обратной фильтрации, лереме;;: ;; во вро « мени. Изготовлено li опробовгшо устройство, соответствующее изобретению. Обработаны тестовые и полевые магнитные сейсмограммы. В результате обработки качество сейсмической .записи значительно улучшено. Так, в частности, при обработке сейсмической информации на данном устройстве пол остью подавлены многократные отражеш я типа водного резонанса, присутствовавшие на первичной записи. За счет этого стоновится возможным выделить полезную сейсмическую информацию. Формула изобретения Устройство для выравнивания частотногс. спектра сейсмических сигналов, содержащее узкополосные фильтры, сумматор и регистратор, отличающееся тем,