Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ , содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения , арифметическое, устройство, один вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход - с первым входом схема сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения производительности труда, в него введены запоминающее устройство, первый и второй коммутаторы, причем информационный выход входного блока соединен с входом запоминающего устройЪтва ,выход которого через первый коммутатор соединен с входом первого регистра и подключен к первому вхсаду арифметического устройства,выход которого подключен к входу второго регистра , соединенного через второй коммутатор с выходом всего устройства и через первый коммутатор с вхо (Л дом первого регистра, а также с вторым входом схемы сравнения, второй с вход устройства управления подключен к служебному выходу входного блока, а выходы устройства управления соединены с управляющими входами первого и второго регистров, запоминающего устройства, арифметического устройства и коммутаторов. ч1 00 Ю

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 G 01 V 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

:1,,l «I

) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21 ) 3515660/i 8-25 (22) 26.11.82 (46) 15 ° 02.84. Бюл. h. 6 (72) В.А.Мариненко, М.A.Ìàðèíåíêo, В.A.Ñoëíöåâ и П.Ф.Федосеев (71) Опытно-экспериментальный завод геофизических приборов (53) 530.836(088.8) (56) 1. Жильников B.Ä. и др. "Переносная аппаратура ВЛ-Ф. Сб. Геофизическая аппаратура ., вып. 65

Л., 1978. с. 45-50.

2à Авторское свидетельство СССР

Р 646292, кл. G 01 Ч 3/08, 1976 (прототип) .

3. Авторское свидетельство СССР

liO заявке 9 3400093/18-25/, кл. G 01 V 3/08, 1982 (прототип} . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ

ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения, арифметическое, устройство, один вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход — с первым..SU„„1073728 входом схемы сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точи ос ти и э мерен и и и ув ели чени я производительности труда, в него введены запоминающее устройство, первый и второй коммутаторы, причем информационный выход входного блока соединен с входом запоминающего устройства,выход которого через первый коммутатор соединен с входом первого регистра и подключен к первому входу арифметического устройства, выход которого подключен к входу второго регистра, соединенного через второй коммутатор с выходом всего устройст-

Fg ва и через первый коммутатор с входом первого регистра, а также с вто- фф рым входом схемы сравнения, второй вход устройства управления подклю- С чен к служебному выходу входного блока, а выходы устройства управле- ф ния соединены с управляющими входами первого и второго регистров, запоминающего устройства, арифметического устройства и коммутаторов.

1073728

Изобретение относится к измерительным устройствнм для геоэлектроразведки и может применяться при из мерениях зашумленных, многократно повторяемых сигналов в методе вызванной поляризации (an) и методе переходных процессов (МПП) .

Известно устройство для обработки электроразведочных сигналов, осложненных как малыми флуктуационными (нормальными), так и редкими импульсными аномальными) помехами, содержащее параллельно подключенные к входному усилителю вольтметр и фазометр, приЧем фазометр содержит формирователи импульсов, подключенные к селектору, соединенному со счетчиком периодов и последователь" но соединенными счетчиком и делителем числа усредненных отсчетов, нагруженном выходным индикатором (1).

Недостатком устройства является его слабая защищенность от импульсных помех.

Известно устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов, в котором отсчеты, искажен ные аномальной помехой, исключаются благодаря использованию нелинейных алгоритмов обработки, содержащее входной блок, соединенный с регистром текущего отсчета, блок разности, регистр предыдущей оценки, схему сравнения и схему уставки ошибки.

Исключение аномальных импульсных помех в этом устройстве основано на том, что на выход устройства пропускают только те отсчеты, которые, следуя один за другим, отличаются между собой не более чем на величи.ну заранее заданной ошибки и повторяются заданное количество раз (2).

Данное устройство обладает низкой точностью обработки и невысокой производительностью в условиях воздействия импульсных и флуктуационных помех, так как неповторяющиеся подряд отсчеты (в том числе и неискаженные) отбрасываются.

Наиболее близким к изобретению является устройство для нелинейной обработки электроразведоЧных сигналов, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения и арифметическое устройство, один вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход — с первым входом схемы сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения.

Устройство эффективно обрабатывает сигналы, = àøóìëåííûå как нормальными, так и аномальными помехами, за счет ограничения больших выбросов на заданном уровне и за счет накопления отсчетов, имеющих малые разбросы (3).

Однако для оптимизации работы устройства-прототипа необходимы сведения о вероятности импульсной (аномальной) помехи и о дисперсии флуктуационной (нормальной) помехи, поэтому в ряде случаев (при часто меняющихся районах работы, при грозовых разрядах) определение вероятностных характеристик экономически нецелесообразно, и для таких случаев недостатком прототипа является возможность превышения погрешности над заданной, или потери производительности при отсутствии априорных сведений о вероятностных характеристиках помехи.

Цель изобретения — повышение точности измерений и увеличение производительности труда.

Поставленная цель достигается тем, 79 что в устройство для нелинейной обработки, электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения, арифметическое устройство, один вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход — c первым входом схемы сравнения, а также устройство управления, соединенное со схемой сравнения, введены запоминающее устЗО ройство, первый и второй коммутаторы, причем информационный выход входного блока соединен с входом запоминающего устройства, выход которого через первый коммутатор соединен с

35 входом первого регистра и подключен к первому входу арифметического устройства, выход которого подключен к входу второго регистра, соединенного через второй коммутатор с выходом всего устройства и через

40 первый коммутатор с входом первого регистра, а также с вторым входом схемы сравнения, второй вход устройства управления подключен к служебному выходу входного блока, а выхо45 ды устройства управления соединены с управляющими входами первого и второго регистров, з апоминающего устройства, арифметического устройства и коммутаторов.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов содержит входной блок 1, первый регистр 2, второй регистр 3, арифметическое устройство 4, схему сравнения 5, запоминающее устройство б, устройство управления 7, первый и второй коммутаторы 8 и 9. Информаци60 онный выход входного блока 1 соединен с входом запоминающего устройства б. Служебный выход входного блока 1 соединен с входом устройства управления 7. Выход запоминающего устройства б соединен с первым вхо1073728

g5 Х +Х

2 (((К(р (2) помех. дом арифметического устройства 4 и через первый коммутатор 8 с входом первого регистра 2. Выход первого регистра 2 подключен к входу арифметического устройства 4, выход которого соединен с входом второго регистра 3 и первым входом схемы сравнения 5. Выход второго регистра 3 соединен с вторым входом схемы сравнения 5 и через первый коммутатор 8 с входом первого регистра 2.

Выход второго. регистра 3 также че.Рез коммутатор 9 соединен с выходом всего устройства. Выход схемы сравнения 5 соединен со вторым входом устройства управления 7, выходы кото рого соединены с управляющими входами первого 2 и второго 3 регистров, запоминающего устройства б, арифметического устройства 4 и коммутаторов 8 и 9. Входное устройство 1 предназначено для дискретизации поступающего на его вход периодического сигнала, аналого-цифрового преобразования в код дискретных отсчетов и формирования служебной информации и содержит аттенюатор, усилитель, устройство ныборки, аналого-цифровой преобразователь и устройство синхронизации, не приведенные на чертеже.

Запоминающее устройство б предназначено для хранения N+1 отсчетов .

Арифметическое устройство предназначено для суммирования поступающих на его входы отсчетов, а при поступлении управляющего сигнала с выхода устройства управления .7 — для вычисления модуля разности и может быть выполнено на основе сумматоров . устройство управления 7 формирует адреса и управляющие сигналы . (Запись, Считывание для запоминающего устройства б, сигналы Запись для регистра 3, сигнал для управления алгоритмом работы арифметического устройства 4 и сигнал для осуществления вывода информации) и выполнено на основе стан— дартных цифровых элементов. устройство работает по алгоритму, полученному при использовании теории ранговых оценок, Алгоритм получен для характерных в геоэлектроразведке помех, плотность распределения которых можно f(x) представить следующим образом

f{х)= (-f ) и {о,6„I+ f,(„), где < (О, 6 ) — нормальный закон с ма.тематичесйим ожиданием, равным нулю и с дисперсией 6 1

h (x) — функция распределения выбросов, т.е. редких, ио больших по значению, ошибок;

Я вЂ” вероятность появления

Выражение (1) можно трактовать следующим образом.

С вероятностью (1-P) сигнал претерпевает изменение по нормальному закону, пРичем б„ мало, т.е. сигнал искажается малыми флуктуационными помехами с вероятностью (1-Я ), но иногда с вероятностью Дон изменяется по закону h(x), причем в этом случае. уровни сбоев могут быть большими, а их закон может отличаться от нормального (имеются в виде аномальные импульсы помехи, возникающие при газовых разрядах, мощных электрических установок) . В тех слу- 5 чаях, когда заранее неизвестны вероятностные характеристики, реальным предложением можно считать лишь наличие импульсных и флуктуационных помех, но с переменными Я, 6 и h.

Я Иэ теории ранговых оценок для выражения (1), но с переменными Я, 6 и h можно получить выражение, минимизирующее погрешность оценивания перебор всех отсчетов от

Х

Х

1 до и;

n — общее число измерений.

Таким образом, в качестве оценки выбирается медиана некоторого вновь построенного ряда, состоящего из полусумм (2) . устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов работает следующим образом. Входной блок 1 осуществляет дискретизацию и преобразование в код входного пе40 риодического сигнала и определение в течение одного периода сигнала одного или нескольких целевых параметров (одна или несколько точек на переходной характеристике, амплитудные или фазовые параметры) . Каждый из целевых параметров обрабатывается одинаково, поэтому дальнейшее описание работы для упрощения производится для одного параметра. Отсчеты Х; на информационном выходе входного блока 1 в каждом периоде отличается друг от друга из-за воздействия помехи,.т.е. х,. =в+ где  — истинное. значение оцениваемого параметра; реализация помехи.

По окончании преобразования на служебном выходе входного блока 1 формируется сигнал, по которому устройство управления 7 формирует команду записи и адрес ячейки sanoминающего устройства б. После прохожцения N периодов в записи в запоминающее устройство 6N бтсчетов в

65 устройстве осуществляется определе1073728 ние медианы ряда, составленного из суммы Х;+Х, где j u i могут принимать любые значения от 1 до N.

Для определения медианы устройство управления 7 после записи в запоминающее устройстно 6 отсчетов формирует сигнал, разрешающий запись перного отсчета, хранящегося в запо. минающем устройстве б, в первый регистр 2. После этого устройство управления 7 начинает последовательный опрос всех N отсчетов, хранящихся в запоминающем устройстве б (в арифметическом устройстве 4 находятся суммы поступающих отсчетов), и отсчет, храняющийся в первом регистре 2. Первая сумма Х +Х записывается но второй регистр 3, 10 и с выходов второго регистра 3 постузапоминающем устройстве б, во втором регистре 3 оказывается наибольшая иэ сумм, образующихся с первым счетом, т.е. max(Х;+Х„), а в первый регистр 2 записывается второй отсчет, и повторяется бперация переЙ 1 бора. После завершения )! пере2 боров будет найден наибольший член нариационного ряда. Код адреса слагаемыхх з апомин аетс я В устройств е управления 7 и при определении предыдущих членов вариационного ряда сумма, образованная этими слагаемыми, н е вычисляется . Предыдущие члены вариационного ряда определяются аналогично. После определения членов ряда дальнейшее опреде Ч+ 1

2 ление прекращается, и в устройстве управления 7 вырабатывается сигнал, отпирающий второй коммутатор 9, и содержимое регистра (т.е. средний член вариационного ряда) поступает на выход устройства (результат можно разделить на два исключением младшего разряда). Сценка значения измеряемого параметра 8 определяется в промежутке между приходом

N-ного и И+1-ro отсчетов.

После того, как оценка,6„ по N отсчетам определена, сформирован

50 и записан в запоминающее устройство б N+1 отсчет, производится операция по определению и исключению из запает í — нторой вход схемы сравнения б. Вторая сумма Х +Х „поступает на первый вход схемы сравнения 5 и в том случае, если вторая сумма больше первой, по сигналу с выхода схемы сравнения 5 устройство управления 7 разрешает запись во второй 75 регистр 3 новой суммы. Если же вторая сумма меньше первой, то во втором регистре 3 остается первая сумма до тех пор, пока на первый вход схемы сравнения 5 не придет сумма, 30 большая по величине, чем записанная во втором регистре 3. После перебора всех N отсчетов, храняющихся в поминающего устройстна 6 отсчета,„ наиболее отличающегося от оценки 8<.

Для этого в первый регистр 2 по команде с выхода устройства управления 7 через первый коммутатор 8 записывается с выхода второго регистра 3 содержащаяся там оценка В„истинного значения параметра 8 . Одновременно с выхода устройства управления 7 поступает сигнал на изменение операции, выполняемой арифметическим устройством 4. После прихода этого сигнала арифметическое устройство 4 выполняет операцию вида(8,-Х ), r.е. находит модуль разности между поступающими на его входы отсчетами.

Устройство управления 7 производит последов ат ельный опрос хранящихся в запоминающем устройстве 6N+1 отсчетов. Модуль разности (8„- X„), полученный на выходе э апоминающего устройства 6, записывается во второй регистр 2 и сравнивается с модулем разности между оценкой 0„и вторым отсчетом Х2. Если (8„— К2) больше (8 -)(„1, схема сравнения 5 вырабатывает сигнал, разрешающий зау сь во второй регистр 3 значения(6<-Х ).

Если модуль разности (О„-Х ) меньше (3„-X„), то во втором регистре 3 остается первый модуль разности до тех пор, пока с выхода арифметического устройства 4 не поступит число, превышающее (9 †)(Ä). После перебора N+1 отсчетов, храняющихся в запоминающем устройстве б, во втором регистре 3 оказынается наибольший модуль разности, а в устройстве управления 7 — код адреса отсчета, наиболее отклоняющегося от полу ен ной по первым Ж отсчетам оценки С„

Этот отсчет стирается из запоминающего у"тройства 6, т.е. н запоминающем устройстне б освобождаются ячейки для записи N+2 отсчета, По оставшимся )М отсчетам повторяется операция определения медианы ряда, составленного по полусумм„ Операция исключения отсчетов, наиболее удаленных от полученной оценки, спо- ообствует более быстрому получению точной оценки и позволяет сократить объем памяти запоминающего устройства 6 и устройства управления 7.

Определение оценок продолжается до тех пор, пока не будет достигнута заданная точность, что определяется либо каким-либо внешним устройством, вычисляющим показатель верности, либо оператором.

Из описания работы предлагаемого устройства видно, что отсчеты, искаженные импульсной помехой, исключаются и не участвуют в формировании последующих оценок. Большое число членов вариационного ряда (при N отсчетах получается М вЂ, долусумм)

Я+ 4 позволяет эффективно уменьшить пог1073728

Составитель Л. Воскобойников

Редактор М. Келемеш ТехредЛ.Мартяшова Корректор A.Tÿñêî

Заказ 325/46 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Л(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 решность от воздействия флуктуационных помех.

Выигрыш по точности и производительности по сравнению с устройств ом-прототипом обеспечивается з а счет применения алгоритма медианной фильтрации, работающего при априорной неизвестности характеристик помех.