Устройство подавления шумов в сейсмических сигналах Советский патент 1982 года по МПК G01V1/36 

Изобретение относится к сейсми- ческой разведке и предназначено для подавления шумов в сейсмических сигналах. Присейсмической разведке с использованием поверхностных источников возбуждения необходимо производить накапливание принимаемых сейсмических сигналов для улучшения отношения полезный сигнал/помеха. Применение в накопителе дополнительных эффективных устройств для подавления шумов может существенно улучшить отношение полезный сигнал/помеха, что позволяет при малом числе накоплений получать результаты более высокого качества, чем при большом числе накоплдЯий без помехоподавляющих схем Сокращение необз одимого числа накоплений позволяет уменьшить общее время регистрации колебаний, что ведет к повышению производительности полевых сейсморазведочных работ. Известно устройство для преобраз вания сейсмической информации, содеряащее цифровой интегратор и филь ры til. Недоста.тком устройства является отсутствие схем для подавления помех с частотным, составом, близким к сейсмическим колебаниям. Наиболее близким техническим решением является цифроврй накопитель сейсмических сигналов, содержгицИй устройство для подавления шумов, состоящее из блока уставок порогов, компаратора, выход которого подключен к входу селектора.помех, выход которого соединен с входом цифрового интегратора 2. Однако известное устройство характеризуется недостаточной эф- . фективностью подавления стационарных помех и, как следствие этого, низкая производительность сейсморазведочных работ. Недостаточная эффективность подавления стационарных помех объясняется принятым принципом действия, который основан на поочередном сравнении каждого отсчета текущего возбуждения и среднего значения отсчетов трассы от начала записи до .текущей выборки. Если амплитуда отсчета текущей выборки превышает среднее значение, умноженное на пороговую константу, выставляемую блоком уставок порогов, то такой отсчет/ считается искаженным помехой, и его значение уменьшается селектором помех . Известно, что сейсмические помехи бывают двух типов: импульсные, длительность кртррых много меньше длительности сейсмической записи, и стационарные, длительность кбторцх близка к длительности сейсмической записи. Данное устройство способно обнаруживать только импуль ные помехи, амплитуда которых существенно превышает средний уровень сигналов сейсмограммы. Стационарные же шумы (микросейсмы, шум работающих двигателей, проезжающий транспорт и т.п.) не обнаруживаются и не подавляются. Это вынужд1ает ком пенсировать недостаточную эффективность подавления помех; увеличением числа накоплений, что приводит к снижению производительности полевых работ. Цель изобретения - повышение эффективности подавления стационарных шумов в сейсмических сигналах. Поставленная цель достигается те что в устройство подавления шумов в сейсмических сигналах, содержащее блок уставок порогов, выходы которо го. подключены к первым входам компаратора, выход которого соединен с первым входом селектора помех, выХОД которого подключён к входу цифрового интегратора, введены запоминающее устройство (ЗУ) и блок ана лиза когерентности сигналов, причем вход устройства соединен с первой ячейкой ЗУ и с первым входом блока анализа когерентности сигналов, выход которого подключен к второму вхо ду компаратора, его второй вход соединен с выходом цифрового интегратора, третий вход блока анализа когерентности подключен к последней ячейке ЗУ, средняя ячейка которого подсоединена ко второму входу селектора помех. Принцип действия устройства обесI печивает выполнение накапливания сейсмических сигна:лов с подавлением, стационарных помех. Подавление помех основано на статистическом анали зе когерентности (подобия) накаплива емых сигналов.В скользящем временном окне для каждого сейсмического канала вычисляется оценка когерентности сигналов текущего возбуждения и ранее накопленных, В статистической теории сигналов применяются несколько различных оценок когерентности сигналов.В предлагаемом устройстве можно использовать некоторые из. них. Например, можно использовать коэффициент корреляции рх-а сигналов х| и у в скользящем окне, можно также использовать коэффициент подобия. Обозначая оценку когерентности для отсчета xj, вычисленную по любому принятому алгоритму, через т,получаем выражение min j rtiax где величины г и г определяют диапазон возможных изменений оценки Ч Алгоритм подавления помех в общем виде заключается в следующем. Задается п значений порогов Р, та,ким образом,, что , ,.И) Если ЕСЛИ Pf,. о . Еслиаз Р. то Xgj,,0, где Ц k2 . . .k J, - коэффициенты ослабления сигнала. Т.е., чем меньше оценка когерентнос.ти сигналов в данном-окне трассы , тем сильнее сигнал ослабляется, вплоть до,нуля. В частности, при п . 1 алгоритм предельно упрощается до однопороговой схемы. если то xgbix «: ; если то XBJ,, 0. На чертеже представлена структурная схема устройства подавления помех для цифрового накопителя сейсмических сигналов. Вход устройства соединён с первой ячейкой стекового запоминающе- . го устройства ЗУ 1 и с первым входом блока 2 анализа когерентности сигналов . Выходы блока 3 уставок порогов подключены к первым входам компаратора 4, второй вход которого соединен с выходом блока 2 анализа когерентности. Выход компаратора 4 подключен к первому входу селектора 5 помех, второй вхоц которого соединен со средней ячейкой стекового ЗУ 1. Выход селектора 5 помех подключен к входу цифрового интегратора 6, выход которого является выходом устройства и соединен со вторым входом блока 2 анализа когерентности, третий вход которого соединен с последней ячейкой стекового ЗУ 1. Устройство работает следующим образом. Просмотр сигналов в скользящем временном окне осуществляется с помощью стекового ЗУ 1 бункерного типа емкостью N слов. Запись в его первую ячейку очередного операнда вызывает проталкива.ние содержимого стека, т.е. сдвиг вправо на один шаг всех зранимых операндов, а содержимое последней ячейки (номер N) выталкивается, если стек заполнен. Считывание данных может производиться из первой, после дней, (номер N) и средней (номер j) ячеек, где К5 N, в частном случае j N/-2. Блок 2 анализа когерентности про изводит вычисления в данном скользящем окне оценок когерентности си налов текущего возбуждения и ранее накопленных. Технически аппаратурные реализации известных алгоритмо оценок когерентности близки между собой и содержат подобные узлы: сумматоры, умножители, делители и др. В ч&стном случае блок 2 анали за когерентности представляет собо корреля ор. Оценка когерентности сигналов в скользящем окне вычисляется по рекуррентным алгоритмам, согласно ко торым новое значение оценки f , вглч ляется на основании предыдущей i.: Это позволяет резко уменьшить число арифметических операций, необходимых для вычислений, и обеспечи вает требуемую производительность , блока 2 анализа когерентности при малом объеме оборудования. На блоке 3 уставок порогов вручную или автоматически устанавливаются значения порогов Р, Р, Компаратор 4 схемно сравнивает значения оценок когерентности Ч и порогов Р, вырабатывая на выходе сигналы результата сравнения. Селектор 5 помех в зависимости от сигналов компаратора 4 пропускает отсчеты редактируемой трассы без искажений, либо ослабляет, их, йплоть до нуля. Цифровой интегратор 6 осуществляет суммирование с. запоминанием в памяти накопленных значений сейсмических сигналов, вызванных различны ми воздействиями. Перед началом работы оператор задает-номер возбуждения (M:j2) , начиная с которого включаются схемы устройства. Посредством блока 3 уставок -порогов задаются значения порогов Px|-:-Pf,. Сейсмические сигналы вызванные первыми (до М) воздействиями, накапливаются в памяти цифрового интегратора 6 без подавления помех. Затем включаются схемы.подав ления помех, и сигналы от возбуждения, начиная с номера М, накапливаются с учетом их когерентности и с подавлением зашумленных участков Пусть к моменту поступления на вход устройства очередного отсчета сейсмических сигналов х устройство подавления помех включено, в памяти цифрового интегратора б хранятся от счеты накопленных трасс, стековое ЗУ 1 заполнено отсчетами а в блоке 2 анализа когерентности сигналов хранится ранее вычисленная оценка когерентности Ij.-i Очередной отсчет записывается в первую ячейку стекового ЗУ 1 и проталкивает стек, в результате чего выталкивается операнд х, : из последней ячейки (номер N). Выталкиваемый операнд поступает на третий вход блока 2 анализа когерентности сигналов, на второй вход которого из ЦИФРОВОГО интегратора 6 поступает соответствующий отсчет Угп-М 2 анализа когерентности производит вычитание из предьщущей оценки tj-i членов, содержащих x.f, Ут-N- Затем на первый вход блока 2 анализа когерентности поступает новый отсчет х из первой ячейки стекового ЗУ 1, а на второй вход блока 2 анализа когерентности из цифрового интегратора 6 поступает соответствующий отсчет Vm- Блок 2 анализа когерентности вычисляет новую оценку ij с добавлением вклада, вносимого отсчетами х и j .согласно рекуррентному алгоритму. Эта оценка, отнесенная к отсчету Х;, находящемуся в средней ячейке стекового ЗУ 1, поступает на второй вход компаратора 4, на первые входы которого поступают значения порогов Р, Pi --Pn 3 блока 3 уставок порогов. Компаратор 4 производит сравнение значения оценки когерентности - со значениями порогов в соответствии с (1) и вырабатывается сигнал результата сравнения, который подается на первый вход селектора 5 помех. На второй вход селектора 5 помех поступает из средней ячейки (номер j) стекового ЗУ 1 редактируемый отсчет. В соответствии с (1) селектором 5 помех производится ослабление этого отсчета в зависимости от значения оценки когерентности. Полученный в результате отсчет поступает на вход цифрового интегратора-6, который осуществляет его суммирование с соответствующим отсчетом у ранее накопленных сигналов и записывает полученную сумму в свою память. С поступлением на вход устройства следующего отсчета принимаемых сигналов х рассмотренный цикл рабо-ты устройства подавления шумов и накопителя повторяется. В результате накопления сигналов, полученных от заданного числа возбуждений,в памяти цифрового интегратора 6 оказываются накопленными сейсмические сигналы с высоким отношением полезный сигнал/помеха. С выхода цифрового интегратора б полученные значения сейсмических сигналов снимаются для дальнейших преобра зова НИИ. Применение предлагаемого изобретения обеспечивает большой технико-экономический эффект за счет повышения устойчивости сейсморегистрирующих систем к стационарным шумам.

Подавление стационарных помех в процессе записи позволяет существенно снизить число накоплений. Кроме того, увеличение отношения полезный сигнал/помеха в процессе записи дает возможность получать результаты, с большим динамическим диапазоном, что обеспечивает большую глубинность и детальность получаемых структур, что в конечном итоге, способствует повышению эф фективности сейсморазведочных рабо

Формула изобретения

Устройство подавления шумов в сейсмических сигналах, содержащее блок уставок порогов, выход которого подключен к первым входам компаратора, выход которого соединен с первым входом селектора -помех, выход которого подключен к входу цифрового интегратора, о т л и ч а юш. е е с я тем, что, с целью повы цения эффективности подавления стационарных шумов в сейсмических сигналах, в него введены запоминающее устройство и блок, анализа когерентности сигналов, причем вход устройства .соединен с первой ячейкой запоминающего устройства и с первым входом блока анализа когерентности сигналов, вьлход которого подключен к второму входу компаратора, второй вход блока анализа когерентности сигналов соединен с выходом цифрового интегратора,, а третий вход подключен к последней ячейке запоминающего устройства, средняя ячейка которого подсоединен к второму входу селектора помех.

Источники информации принятые во внимание.при экспертизе 20 1. Патент США № 3288985, кл. 235-61.119, опублик. 1966.

2. Патент США 3894222, кл. 235-151.3, опублик. 1975 (прототип) .