Коррелятор

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХСЙИЦВЗТ МЕПИИКРЕСПУЬЛИК З(511 С 06 Р 15/336 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОВСНОМУ СВИДЕТСЛЬСТВУ(71) Нарофоминское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки(56) 1, Поляков М.К. Теория аналоговой и цифровой сейсморазведочной аппаратуры. М "Недра", 1973.2. Тумаркин В.А. Исследование иразработка аппаратуры для корреляци.онной обработки вибросейсмическихданных. А/р диссертации. М., 1978,с. 16-19.(54)(57) КОРРЕЛЯТОР, содержащий мультиплексор, блок вычитания, регистратор, выход которого является выходом коррелятора, демультиплексор, информационный и управляющий входы которого являются соответственно пер" вым информационным входом и входом синхронизации коррелятора, выходы демультиплексора соединены с информационными входами соответствующих й регистров, регистр опорного сигнала, информационный вход которого является вторым информационным входом коррелятора, преобразователь десятичного коа в двоичный,.вход которого является входом задания кода длины опорного сигнала, блок управления, содержащий мультивибратор, элемент И, дешифратор, одновибратор, элемент ИЛИ, элемент 2 И-ИЛИ, первый и второй триггеры, первый, второй и третий счетчики, разрядные выходы первого из которых соединены с соответствующими вхо- ъ дами дешифратора, выход последнегоразряда которого через одновибратор,соединен с тактовым входом второгосчетчика, единичным входом первоготриггера ипервым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен кпервому входу элемента 2 И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ объединен свторым входом элемента 2 И-ИЛИ, тактовым входом третьего счетчика иподключен к выходу мультивибрааора,управляющий вход которого объединен с первым входом элемента И и подключены к единичному выходу первоготриггера, нулевой вход которого соединен с выходом третьего счетчика,второй вход элемента И объединен стретьим входом элемента 2 И-ИЛИ и подключен к единичному выходу второготриггера, нулевой выход которого под- арфключен к четвертому входу элемента 2 И-ИЛИ, единичный вход второготриггера соединен с выходом второгосчетчика, установочные входы которого объединены с установочными входами третьего счетчика, о.т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения коррелятора, в него введены иэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и и счетчиков, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выходы соединены ссоответствующими информационнымивходами мультиплоксора,управляющий вход которого соединен с выходамидешифратора и одновибратора блокауправления, выход мультиплексорасоединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу дополнительного кода130874 преобразователя десятичного кода вдвоичный, выход блока вычитания соединен с информационным входом регистратора, управляющий вход которогообъединен с тактовым входом первогосчетчика блока управления и управля-.ющим входом демультиплексора, первыевходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединены и подключены к выходам мультивибратора и элемента И блока управления, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к выходам соотИзобретение относится к устройствам обработки информации и можетбыть использовано, например, для получения импульсных сейсмограмм припроведении сейсморазведочных работ 5на нефть, газ и другие полезные ископаемые с применением вибрационныхисточников возбуждения упругих колебаний.Известно устройство, преобразующее 1 Оцифровую сейсмическую информацию путем вычисления корреляционных функцийсейсмического сигнала, в котором операция умножения заменена суммированием логарифмов сомножителей. Перед выполнением накопления операции парныхпроизведений осуществляются операциипотенционирования и выравнивания порядков Я .Недостатком этого устройства является большой объем оборудования,обусловленный наличием блоков лога-;рифмирования и потенцирования, выполненных на постоянных запоминающих устройствах, 25Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является сейсмический порядковый коррелятор, содер"жащий блок управления, блок выделенияпорядков й знаков выборок, сумматор ЗОпорядков, сумматор мантисс, блокнормализации, вычитатель,дешифратор,регистры, мультиплексоры, демультиплексоры, блоки накапливающей памяти:,регистратор 2 .) З 5Устройство сконструировано так, что в нем за один такт выполняется параллельное вычисление парных произветствующих и регистров, управляющиевходы которых объецинены и подключены к выходу элеменга ИЛИ блока управления, третий вход элемента И которого подключен к выходу регистра опорного сигнала, управляющий вход которого подключен к выходу элемента 2 И-ИЛИ блока управления, установочные входы третьего счетчика которого подключены к выходу прямого кодапреобразователя десятичного кода вдвоичный ведений для М отсчетов функции взаи- . мокорреляции, а результаты Б тактов работы (И - численно равно длине опорного сигнала) суммируются в выходной накапливающей памяти канала объемов в М слов. В связи с этим в данном корреляторе требуется накапливающая йамять большого объема.Входная информация в этом устройстве используется в формате с плавающей запятой, но для вычислений используется только порядок предварительно нормализованных значений двоично-кодированных отсчетов информации. В результате, для повышения точности обработки здесь возникает необходимость в предварительной регулировке амплитуды входных сигналов и преобразования стандартного формата входной информации в специальный порядковый формат, что приводит к усложнению устройства и дополнительному увеличению аппаратурных затрат. Таким образом, недостатками известного устройства являются значительный объем оборудования и, как следствие этого, большое потребление мощности,Цель изобретения - упрощение коррелятора и уменьшение потребляемой им мощности.Указанная цель достигается тем, что в коррелятор, соцержащий мультиплексор, блок вычитания, регистратор, выход которого является выходом коррелятора, демультиплексор, информационный и управляющий входы которого являются соответственно первым информационным входом и входом синхронизации коррелятора, выходы демультиплексора соединены с информационными входами соответствующих и регистров, регистр опорного сигнала, информационный вход которого является вторым информационным входом коррелятора, преобразователь десятичного кода в двоичный, вход которого является входом задания кода длины опорного сигнала, блок управления, содержащий мультивибратор, элемент И, дешифратор, одновибратор элемент ИЛИ, .элемент 2 И-ИЛИ, первый и второй триггеры, первый, второй и третий счетчики, разрядные выходы первого из которых соединены с соответствующими входами дешифратора, выход последнего разряда которого через одновибратор соединен с тактовым входом второго счетчика, единичным входом первого триггера и первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента 2 И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ объединен с вторым входом элемента 2 И-ИЛИ, тактовым входом третьего счетчика и подключен к выходу мультивибратора,. управляющий вход которого объединен с первым входом элемента И и подключен к единичному выходу первого триггера, .нулевой вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй вход элемента И объединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ и подключен к единичному выходу второго, триггера, нулевой выход которого подключен к четверто 1му входу элемента 2 И-ИЛИ, единичный вход второго триггера соединен с выходом второго счетчика, установочные входы которого объединены с установочными входами третьего счетчика, ,введены П элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и П счетчиков, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выходы соединены с соответствующими информационными входами мультиплексора, управляющий вход которого соединен с выходами дешифратора и одновибратора блока управления, выход мультиплексора соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу дополнительного кода преобразователя десятичного кода в двоичный,.выход блока вычитания соединен с информационным входом регистратора, управляющий вход которого объединен с тактовым входом первого счетчика блока управления и управляющим входомдемультиплексора, первые входы эле-ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединены иподключены к выходам мультивибратораи элемента И блока управления, вторыевходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к выходам соответствующих ирегистров, управляющие входы которыхобъединены и подключены к выходу 1 О элемента ИЛИ блока управления, третийвход элемента И которого подключен квыходу регистра опорного сигнала,управляющий вход которого подключен квыходу элемента 2 И-ИЛИ блока управле ния, установочные входы третьегосчетчика которого подключены к выходу прямого кода преобразователя десятичного кода в двоичный.На фиг.1 приведена блок-схема уст ройства; на фиг.2 - блок-схема блокауправления; на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства.Устройство (фиг.1) содержит демультиплексор 1, И регистров 2, блок 25 3 управления, и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, и счетчиков 5, преобразователь 6 десятичного кода в двоичный,мультиплексор 7, блок 8 вычитания,регистратор 9 и регистр 10 опорногосигнала.Блок 3 управления (фиг.2) содержитмультивибратор 11, элемент ИЛИ 12,элемент И 13, первый счетчик 14, дешифратор 15, первый триггер. 16, одновибратор 17, элемент 2 И-ИЛИ 18, вто. рой триггер 19, второй и третий счетчики 20.Коррелятор построен на использовании алгоритма определения вероят ности совпадения знаков сигналов,участвующих в корреляции (3), взаимокорреляционная функция РопределяетсяКИ) =2 РИ)-1, (1)где Р - вероятность совпадениязнаков коррелируемых функ"ций на интервале корреляции в момент времени Сдля дискретного представления сигналов выражение (1) имеет вид: 50 РКИс=2 - -1Я(2)Эгде КЬ - число совпадения знаков выборок коррелируемых функцийна интервале корреляции 55 Я - интервал корреляции, равныйколичеству выборок опорногосигналас-.,1,2,3, 1130874С точностью до постоянного множителя 2/М оценку значений функции взаимной корреляции по (2) можно производить, пользуясь выражениемМ 5Ис=Р 1 с- -(3)2 .Выражение (3) является математическим описанием алгоритма работы коррелятора, В соответствии с ним для определения значения Юс необходи мо вычислить число совпадений знаков выборок сигналов на интервале корреляции и из него вычесть половину чис" ла выборок опорного сигнала, Каждое последующее значение йс+1, Юс+2 вы числяется аналогичным образом, после выполнения сдвига коррелируемых сигналов в соответствии с известным обобщением алгоритмом вычисления при дискретном представлении сигналов.Устройство работает следующим образом.При этом в работе коррелятора можно. выделить три операции: демуль". типлексация, вычисление (в соответствии с выражением (3) , мультиплексация, Для достижений заданного быстродействия в предлагаемом корреляторе, как и в известном, использован принцип консервации, т.е. совмещения З 0 всех трехопераций во времени, в течение одного такта работы коррелятора. Управление работой коррелятора происходит под действием управляющих сигналов с выходов блока 3 управле" 35 ния Началом такта работы является первый синхронный импульс (СИ) с. входа синхронизации коррелятора очередного Ос-го) кадра входной информации, т.е. совокупность очередных 1 с-х выбо.4 о рок всех И каналов, передаваемых последовательно в общем мультиплексном канале. Для организации конвейерной обработки демультиплексор 1 и мультиплексор 7 выполнены с использовани ем буферной памяти.)В демультиплексоре буферная па.мять, выполненная на регистре сдвига как преобразователь последовательно го И -разрядного (по величине кадра)входа в параллельный, необходима для того, чтобы результат демультиплексации хранить до тех пор, пока не закончится операция вычисления преды дущего кода входной информации. К приходу первого СИ с входа синхронизации очередного кадра информации содержимое демультиплексора 1 должно быть переписано в 1 регистров 2,В буферную память мультиплексора 7 переписывается содержимое счетчиков 5 после окончания операции вычисления, но не ранее чем закончится операция мультиплексации результатов вычисления предыдущего такта работы коррелятора и не позднее начала очередного такта работы. Другими словами, результат вычислений переписывается из счетчиков 5 в мультиплексор 7 в промежуток времени между кадрами входной информации. Из счетчиков 5 одновременно по импульсу записи (ИЗ) из блока 3 управления содержимое переписывается в мультиплексор 7 под действием управляющих сигналов ВК 1-ВКц (фиг,2,3) с выхода дешифратора 15 блока 3 управления. Из мультиплексора результат вычисления поступает в блок 8 вычитания, выпол-. ненный на сумматоре, на вторые входы которого с преобразователя 6 десятичного кода в двоичный поступает двоичный дополнительный код числа -- .М2Преобразователь Ь десятичного кода в двоичный по заданному оператором значению Н в десятичном коде формирует двоичный код числа Б в блок 3 управления и двоичный дополнительный 1 М код отрицательного числа -- в блок2 8 вычитания. Выполнение операции вычитания по выражению (3) после мультиплексации выборок исключает необходимость установки И блоков,вычитания, т,е. после каждого счетчика 5, и позволяет обойтись лишь одним блоком вычитания, что позволяет уменьшить аппаратурные затраты на реализапию коррелятора. С выхода вычитателя информация поступает в регистратор 9, служащий для представления цифровой информации в графической форме.В выполнении третьей операции, операции вычисления, участвуют регистры 2, регистр 10 опорного сигна" ла, элементы ИСКПЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, счетчики 5.Вычисление функции. взаимокорреляции начинается. с момента, когда в регистр 10 опорного сигнала записан опорный сигнал, в регистрах 2 хранится Н первых кадров входной информации, Работа коррелятора до момента С не отличается от работы коррелятора после Со за исключением того,7 113что из блока 3 управления в мультиплексор 7 подается сигнал, запрещающий выдачу информации в регистратор9. При этом регистр 10 опорного сигнала управляется теми же сигналами,что и регистры 2,После прихода И .-го синхроимпульса П -го кадра входной информации,т.е. после окончания операции демультиплексации, элемент ИЛИ 12, блока3 управления вырабатывает ИЗ (фиг,3).По этому импульсу содержимое счетчиков 2 переписывается в мультиплексор 7, содержимое регистров 2 сдвигается на один такт, а в освободившиеся ячейки записывается содержимоедемультиплексора, По завершении этихпроцедур в регистрах 2 хранятся знаки выборок 3-1 предыдущих кадров изнаки выборок К-го кадра, Коррелятор 2готов к выполнению очередного тактаработы. Блок 3 управления в соответствии с кодом, поступившим из преобразователя 6 десятичного кода в двоичный. вырабатывает Н тактирующих нмпульсов (фиг.3), по которым выполняется опрос регистров 2 и регистра 10опорного сигнала без стирания нахо-дящейся там информации. Считываемые 0874из регистров 2 знаки выборок поступают на элементы ИСКЛЮЧАКЮ 1 ЕЕ ИЛИ 4,где сравниваются со знаком выборкиопорного сигнала. В случае совпаде ния знаков вырабатывается импульс,подсчитываемый соответствующим счетчиком 5.По окончании такта работы в счетчиках 5 будет хранится результат об-., О - работки 1-го кадра, в демультиплексоре 1 - распределенный по каналамк+1 кадр, а из мультиплексора 7 будет выведен на регистр результат обработки Ккадра. По П -му СИ форми руется ИЗ и очередной такт работыкоррелятора начинается.В предлагаемом корреляторе благодаря использованию знаковых данныхдля обработки сигналов вместо такихФ О .арифметических узлов, как сумматорпорядков, сумматор мантис, накапливающая память, применены элементыИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и счетчики, обеспечивающие упрощение коррелятора и снижение потребляемой мощности без снижения точности обработки в рамкахразрешающей способности, динамического диапазона применяемых в сейсморазведке регистраторов.анов Корректор О.ТигорПодписное Тираж 69 ударственн м изобретен ква, Ж, го комитета СССРй и открытий Раушская наб д