Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов

СЭОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3659 6 01 Ч 3 08 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Жильников В,Д. и др. "Переносная аппаратура ВЛ-Ф. Сб. фГеофизическая аппаратура вып. 65,Л., 1978. с, 45-50.2 а Авторское свидетельство СССРф 646292 г кл, С 01 Ч 3/08 г 1976(прототип).3. Авторское свидетельство СССРй 0 заявке Р 3400093/18-25/,кл. а 01 ч 3/08, 1982 (прототип) .(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения, арифметическое. устройство, одинвход которого соединен с выходомпервого регистра, а выход - с первым ЯО 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 точности измерений и увеличения 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 черезвторой коммутатор с выходом всего устройст-е ва и через первый коммутатор с входом первого регистра, а также с вто- фД 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.Изобретение относится к измерительным устройствнм для геоэлектроразведки и может применяться при измерениях зашумленных, многократноповторяемых сигналов в методе вызванной поляризации (ВП) и методепереходных процессов (ИПП),Известно устройство для обработки электроразведочных сигналов, осложненных как малыми флуктуационными (нормальными), так и редкими импульсными ,аномальными) помехами,содержащее параллельно подключенныек входному усилителю вольтметр ифазометр, приЧем фазометр содержитформирователи импульсов, подключенные к селектору, соединенному сосчетчиком периодов и последователь"но соединенными счетчиком и делителем числа усредненных отсчетов, нагруженном выходным индикатором (1).Недостатком устройства являетсяего слабая защищенность от импульсных помех,Известно устройство для нелинейной обработки электроразведочныхсигналов, в котором отсчеты, искаженные аномальной помехой, исключаютсяблагодаря использованию нелинейныхалгоритмов обработки, содержащеевходной блок, соединенный с регистром текущего отсчета, блок разности,регистр предыдущей оценки, схемусравнения и схему уставки ошибки.Исключение аномальных импульсных помех в этом устройстве основано натом, что на выход устройства пропускают только те отсчеты, которые,следуя один за другим, отличаютсямежду собой не более чем на величину заранее заданной ошибки и повторяются заданное количество раз (2),Данное устройство обладает низкой точностью обработки и невысокойпроизводительностью в условиях воздействия импульсных и флуктуационных помех, так как неповторяющиесяподряд отсчеты (в том числе и неискаженные) отбрасываются,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для нелинейнойобработки злектроразведочных сигналов, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравнения и арифметическое устройство,один вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход - спервым входом схемы сравнения, атакже устройство управления, соединенное сосхемой сравнения.Устройство эффективно обрабатывает сигналы, зашумленные как нормальными, так и аномальными помехами,за счет ограничения больших выбросов на заданном уровне и за счет накопления отсчетов, имеющих малыеразбросы (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 надзаданной, или потери производительности при фотсутствии априорных сведений о вероятностных характеристи 15 ках помехи,Цель изобретения - повышение точности измерений и увеличение производительности труда.Поставленная цель достигается тем,70 что в устройство для нелинейной обработки, злектроразведочных сигналов,содержащее входной блок, первый ивторой регистры, схему сравнения,арифметическое устройство, один вход25 которого соединен с выходом первогорегистра, а выход - с первым входомсхемы сравнения, а также устройствоуправления, соединенное со схемойсравнения, введены запоминающее устЗ 0 ройство, первый и второй коммутаторы, причем информационный выход входного блока соединен с входом запоминающего устройства, выход которогочерез первый коммутатор соединен с35входом первого регистра и подключен к первому входу арифметическогоустройства, выход которого подключен к входу второго регистра, соединенного через второй коммутатор свыходом всего устройства и через40 первый коммутатор с входом первогорегистра, а также с вторым входомсхемы сравнения, второй вход устрой.ства управления подключен к служебному выходу входного блока, а выхо 45 ды устройства управления соединеныс управляющими входами первого ивторого регистров, запоминающегоустройства, арифметического устройства и коммутаторов.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналовсодержит входной блок 1, первый регистр 2, второй регистр 3, арифметическое устройство 4, схему сравнения 5, запоминающее устройство б,устройство управления 7, первый ивторой коммутаторы 8 и 9. Информаци 60 онный выход входного блока 1 соединен с входом запоминающего устройства 6. Служебный выход входного блока 1 соединен с входом устройствауправления 7. Выход запоминающего65 устройства б соединен с первым вхо 1073728р(К( р) (2) помех. дом ариФметического устройства 4и через первый коммутатор 8 с входом первого регистра 2, Выход первого регистра 2 подключен к входуарифметического устройства 4, выходкоторого соединен с входом второгорегистра 3 и первым входом схемысравнения 5, Выход второго регистра 3 соединен с вторым входом схемысравнения 5 и через первый коммутатор 8 с входом первого регистра 2.Выход второго. регистра 3 также че.рез коммутатор 9 соединен с выходомвсего устройства. Выход схемы сравнения 5 соединен со вторым входомустройства управления 7, выходы которого 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 поступающегона его вход периодического сигнала,аналого-циФрового преобразования вкод дискретных отсчетов и Формирования служебной информации и содержитаттенюатор, усилитель, устройствоныборки, аналого-циФровой преобразователь и устройство синхронизации,не приведенные на чертеже.Запоминающее устройство б предназначено для хранения И+1 отсчетов .Арифметическое устройство предназначено для суммирования поступающих на его входы отсчетов, а припоступлении управляющего сигнала свыхода устройства управления .7 - длявычисления модуля разности и можетбыть выполнено на основе сумматоров .Устройство управления 7 Формирует адреса и управляющие сигналы .(Записьф, Считывание для запоминающего устройства б, сигналыфЗапись для регистра 3, сигналдля управления алгоритмом работыарифметического устройства 4 и сигнал для осуществления вывода информации) и выполнено на основе стандартных цифровых элементов. Устройство работает по алгоритму,полученному при использовании теории ранговых оценок, Алгоритм получен для характерных в геоэлектроразведке помех, плотность распределения которых можно К(х) представить следующим образом(х) = -б) и о, Ь+ ЕЦ), ( т) где В(06) - нормальный закон с ма,тематичесйим ожиданием, равным нулю и с дисперсией 6Ь (х) - Функция распределениявыбросов, т.е. редких, ио больших по значению, ошибок;Я - вероятность появления Выражение (1) можно трактоватьследующим образом,С вероятностью (1-) сигнал претерпевает изменение по нормальномузакону, причем б мало, т,е. сигнал искажается малыми флуктуационными помехами с вероятностью (1-Я ),но иногда с вероятностью Дон изменяется по закону Ь(х), причем в этомслучае. уровни сбоев могут быть большими, а их закон может отличатьсяот нормального (имеются в виде аномальные импульсы помехи, возникающие при газовых разрядах, мощныхэлектрических установок) . В тех случаях, когда заранее неизвестны вероятностные характеристики, реальнымпредложением можно считать лишь наличие импульсных и флуктуационныхпомех, но с переменными Я, 6 и Ь.20 Иэ теории ранговых оценок длявыражения (1), но с переменными Я,6 и й, можно получить выражение, минимизирующее погрешность оценивания перебор всех отсчетов отХХ1 до и;и - общее число измерений.Таким образом, в качестве оценкивыбирается медиана некоторого вновьпостроенного ряда, состоящего из полусумм (2),Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов работает следующим образом. Входнойблок 1 осуществляет дискретизациюи преобразование в код входного пе риодического сигнала и определение втечение одного периода сигнала одного или нескольких целевых параметров (одна или несколько точек на переходной характеристике, амплитудные 45 или фазовые параметры) . Каждый изцелевых параметров обрабатываетсяодинаково, поэтому дальнейшее описание работы для упрощения производится для одного параметра, Отсчеты Х;на информационном выходе входногоблока 1 в каждом периоде отличаетсядруг от друга из-за воздействия помехи,.т.е.Х=д+фгде В - истинное. значение оцениваемого параметра;реализация помехи.По окончании преобразования наслужебном выходе входного блока 1формируется сигнал, по которомуустройство управления 7 Формируеткоманду записи и адрес ячейки запоминающего устройства б. После прохожцения И периодов в записи в запо- минающее устройство бИ бтсчетов в 65 устройстве осуществляется определе 1073728ние медианы ряда, составленного из суммы Х;+Х , где 3 и 1 могут принимать любые значения от 1 до И .Для определения медианы устройст во управления 7 после записи в запоминающее устройство б отсчетов формирует сигнал, разрешающий запись первого отсчета, хранящегося в запо минающем устройстве б, в первый регистр 2. После этого устройство управления 7 начинает последовательный опрос всех И 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 во второй регистр 3,10 и с выходов второго регистра 3 постузапоминающем устройстве б, во второмрегистре 3 оказывается наибольшаяиэ сумм, образующихся с первым счетом, т.е. щах(Х;+Х), а в первый регистр 2 записывается второй отсчет, и повторяется бперация перей( бора, После завершения И пере 2 боров будет найден наибольший член вариационного ряда. Код адреса слагаемых запоминается В устройстве управления 7 и при определении предыдущих членов вариационного ряда сумма, образованная этими слагаемыми, не вычисляется. Предыдущие члены вариационного ряда определяются аналогично. После определениячленов ряда дальнейшее опредеИ+1глиние 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). Оценка значения измеряемого параметра 0 определяется в промежутке между приходом И-ного и И+1-го отсчетов.После того, как оценка,6 по И отсчетам определена, сформирован 40 50 и записан в запоминающее устройствоб И+1 отсчет, производится операцияпо определению и исключению из запает на второй вход схемы сравненияб. Вторая сумма Х+Хпоступает напервый вход схемы сравнения 5 и втом случае, если вторая сумма больше первой, по сигналу с выходасхемы сравнения 5 устройство управления 7 разрешает запись во второй 25Регистр 3 новой суммы, Если же вторая сумма меньше первой, то во втором регистре 3 остается первая сумма до тех пор, пока на первый входсхемы сравнения 5 не придет сумма,большая по величине, чем записаннаяво втором регистре 3. После перебора всех И отсчетов, храняющихсяв поминающего устройства б отсчета, наиболее отличающегося от оценки 0, 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 6, 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(6-Х ), т.е, находит модуль разности между поступающими на его входы отсчетами. Устройство управления 7 производит последовательный опрос хранящихся в запоминающем устройстве 6 И+1 отсчетов, Модуль разности ( О- Х), полученный на выходе запоминающего устройства б, записывается во второй регистр 2 и сравнивается с модулем разности между оценкой О и вторым отсчетом Хг. Если (8 - Х ) больше (81- Х), схема сравнения 5 вырабатывает сигнал, разрешающий заусь во второй регистр 3 значения(6-Х 2), Если модуль разности (О-Х )меньше (3 - Х), то во втором регистре 3 остается первый модуль разности до тех пор, пока с выхода арифметического устройства 4 не поступит число, превышающее 9 - Х). После перебора И+1 отсчетов, храняющихся в запоминающем устройстве б, во втором регистре 3 оказывается наибольший модуль разности, а в устройстве управления 7 - код адреса отсчета, наиболее отклоняющегося от получен" ной по первым И отсчетам оценки с, Этот отсчет стирается из запоминающего у"тройства б, т.е. в запоминающем устройстве б освобождаются ячейки для записи И+2 отсчета, По оставшимся М отсчетам повторяется операция определения медианы ряда, составленного по полусумм Операция исключения отсчетов, наиболее удаленных от полученной оценки, спо- собствует более быстрому получению точной оценки и позволяет сократить объем памяти запоминающего устройства б 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, иска. женные импульсной помехой, исключаются и не участвуют в формировании последующих оценок. Большое число членов вариационного ряда (при И отсчетах получается М - в , полусумм)ЯФ 1позволяет эффективно уменьшить пог1073728 в ом-прототипом обеспечивается з а счетприменения алгоритма медианной фильтрации, работающего при априорной неизвестности характеристик помех,решность от воздействия флуктуацион. ных помех.Выигрыш по точности и производительности по сравнению с устройстСоставитель Л.ВоскобойниковРедактор М.Келемеш ТехредЛ.Мартяшова Корректор.А.Тяс 711нного комитеений и открыт35, Раушс кая писно к И 5 илиал ППППатент ф, г.ужгород, у тная, 4 25/46ВНИИПпо11303 Тираж осударств ам изобре Москва, З СССРйаб.,