Устройство для вычисления оценки значений коэффициентов отражения

(51) 4 С 01 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОСУДАРС ПО ДЕЛАМ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ)1 949586, кл. С 01Авторское свидеМ 934410, кл, С О 1 В 5 одственно офизикеобъед дгеоф 555499,тельство СССР Ч 1/38, 1980 тельство СССР 7 1/38, 1980 ОО Об Рй К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОЦЕНКИ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к областитехнической физики и может быть использовано в геофизической аппаратуре, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных илитологических особенностей донныхотложений на акваториях. Целью изобретения является повышение точностивычисления оценки значений коэффициентов отражения за счет учета долиэнергии, вносимой случайными помехами в отраженный сигнал, Устройствосодержит блок управления, измерительвременных интервалов, аналого-цифровой преобразователь, блок задержки кодов, два регистра и арифметический блок. Для достижения цели в устройство введены блок нормировки амплитуд, коммутатор, цифровой согласованный фильтр, третий и четвертый регистры и формирователь упреждения, формирователь упреждения содержит два триггера, две схемы И, счетчик, реверсивный счетчик, регистр, схему сравнения и схему выделения. первого импульса. Введенные элементы вместе с их связями позволяют учитывать как энергию помехи, вносимой в отраженный сигнал в случае стационарности помех, так и взаимную энергию отраженного сигнала и помехи. Поскольку в вычислениях энергий используются нормированные значения амплитуд, то коэффициент пропорциональности Р в выражении для оценки значения коэф. фициента отражения=(эсд -Р эзоп-э)(эзс где Э - общая энергия сигнала и помехи; З, - взаимная энергия прямого зондирующего сигнала и помехи;3 - энергия помехи; Эъс - энергия прямого зондирующего сигнала, можно подобрать экспериментально таким об-. разом, чтобы компенсировать взаимную энергию отраженного сигнала и помехи взаимной энергией зондирующего сигнала и помехи, 1 з,п.ф-лы,Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при совместной работе с геофизической аппаратурой, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях,ЭЦель изобретения - повышение точности вычисления оценки значений ко эффициентов отражения эа счет учетадоли энергии, вносимой случайнымипомехами в отраженный сигнал.На фиг.1 изображена структурнаясхема устройства для вычисленияоценки значений коэффициентов отражения," на Фиг.2 - Функциональная схема формирователя упреждения.Устройство для вычисления оценкизначений коэффициентов отражения содержит блок 1 управления, измеритель2 временных интервалов, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 нормировки амплитуд, блок 5 задержки кодов, коммутатор 6, Аормирователь 7упреждения, цифровой согласованныйфильтр 8, четыре регистра 9 - 12 иариАметический блок 13. Вход блока1 управления соединен с первым уп. равляющим входом устройства, а выход - с управляющими входами измерителя 2 временных интервалов, аналого-цифрового преобразователя 3, блока 5 задержки кодов, с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра 8 и с входом 14 формирователя 7 упреждения, вход 15 которого соединен с вторым управляющимвходом устройства, а выход 16 - суправляющим входом цифрового согласованного фильтра 8, .магистральныйвход которого соединен с выходомкоммутатора 6, а магистральный выходчерез регистры 9 - 12 подключен квходам арифметического блока 13, выход которого соединен с выходом устройства,Четыре управляющих выхода цифрового согласованного Аильтра 8 подключены к управляющим входам регистров 9 - 12, пятый управляющий выход - к управляющему входу арифметического блока 13, а шестой - к управляющему входу коммутатора 6, магистральные Входы которого подключены к выходу блока 4 нормировки амплитуд, причем первый вход непосредственно, а второй через блок 5 задержки кодов. Первый вход блока 4 нормировкиамплитуд подключен к выходу измерителя 2 временных интервалов 2, второй вход - к первому сигнальному 5 входу устройства, а третий вход - квыходу аналого-цифрового преобразователя 3, вход которого соединен с вторым сигнальным входом устройства.Формирователь упреждения содержитдва триггера 17 и 18, две схемы И19 и 20, счетчик 21, реверсивныйсчетчик 22, регистр 23, схему 24сравнения и схему 25 выделения первого импульса, причем вход последнейсоединен с входом 14 формирователя7 упреждения и первьии входами схемИ 19 и 20, а выход - с первым входомтриггера 18, второй вход которого 20 соединен с входом 15 формирователя7 упреждения. Первый выход триггера18 соединен,с вторым входом схемыИ20, а второй выход - с первым . входом триггера 17, выход которого под ключен к второму входу схемы И 19,выход которой соединен с входомсчетчика 21 и вычитающим входом реверсивного счетчика 22, суммирующийвход которого подключен к выходу схе мы И 20.Магистральный выход реверсивногосчетчика 22 подключен к магистральным входам регистра 23 и схемы 24сравнения, выход которой соединен свыходом 16 Аормирователя 7 упреждения. Выход счетчика 21 подключен куправляющему входу регистра 23 ивторому входу триггера 17, а второймагистральный вход схемы 24 сравнеА 0 ния соединен с магистральным выходом регистра 23Устройство предназначено для совместной работы с сейсмоакустическойаппаратурой. Командный импульс, совпадающий по времени с созданием звуковой волны в воде, через первый управляющий вход поступает на блок 1управления, где по его переднемуфронту Аормируются импульсы запускаизмерителя 2 временных интервалов,аналого-цифрового преобразователя 3,блока 5 задержки кодов и Формирователя 7 упреждения, Импульсы запускапредставляют из себя последовательность импульсов с периодом Т = 1 Л ,где 1 - частота дискретизации аналого-циАрового преобразователя 3,В измерителе 2 временных интервалов производится подсчет импульсовзапуска и формируется код текущего времени и = Т, последний подается на первый вход блока 4 нормировки амплитуд, на второй вход которого через первый сигнальный вход устрой ства поступают коды коэффициентов передачи излученного и отраженного сигналов,Аналоговый сигнал с приемной системысейсмоакустической аппаратуры через второй сигнальный вход поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где он преобразуется в цифровую Форму, Цифровые коды с аналого-цифровогопреобразователя 3 подаются на третий вход блока 4нормировки амплитуд.Блок 4 нормировки амплитуд, в общем случае, представляет собой арифметическое устройство, которое реализует следующую формулу:А = Анпер25где Л - нормированная (приведеннаяк 1 м) амплитуда входногосигнала;А, - текущее значение амплитудывходного сигнала; 30текущее время (время от ко.мандного импульса до момента измерения текущего значения амплитуды входногосигнала);К - коэффициент передачи сигнала в тракте сейсмоакустической аппаратуры,В частном случае, если К,р представляется как 2, блок нормировки амплитуд может содержать умножитель для получения произведения А; С; и регистр сдвига, на котором осуществ- лЯетсЯ деление на К,р путем сдвига вправо кода полученного произведения 45 на х разрядов.Нормированные текущие значения амплитуд подаются на первый вход коммутатора 6 непосредственно, а на второй вход его через блок 5 задержки кодов, 11 оследний представляет собой блок памяти с последовательной записью считывания кодов. Регулировка времени задержки кодов осуществляется путем выбора числа ячеек памяти и , участвующих в режиме запись считывание. Управление коммутатором 6 осуществляет цифровой согласованный Фильтр 8, коды амплитуд на который подаются с коммутатора 6В исходном состоянии коммутатор б подключает выход блока 4 нормировки амплитуд к входу цифрового согласованного фильтра 8, который по импульсам запуска производит запись импульсной характеристики, в качестве которой используется прямой зондирующий сигнал, поступающий с сейсмоакустической аппаратуры.По окончании записи импульснои характеристики цифровой согласованный фильтр вырабатывает сигнал "Конец записи", который поступает на коммутатор 6, переключая его таким образом, что выход блока 5 задержкикодов оказывается подключенным к входу цифрового согласованного фильтра 8, который по сигналу "Конец записи" переходит в режим Фильтрации. Времязадержки кодов равно длительности импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра 8, поэтому на вход последнего подается снова прямой зондирующий сигнал, только задержанный на время Т р = п,Т. Через время Т на выходе цифрового согласованного фильтра 8 появляется сигнал, амплитуда которого равна энергии прямого зондирующего сигнала: ьо= я,. Н -к)Т 3 БН,-к)ТЗ = э, К=1.где 8- амплитуда выходного сигнала цифрового согласованного фильтра;Т =п,т - длительность импульснойхарактеристики цифровогосогласованного фильтра,равная длительности зондирующего сигнала;Т - интервал дискретизации;п - число отсчетов импульснойохарактеристики;Я - амплитуда зондирующего"Зесигнала;Э - энергия прямого зондирующего сигнала,Кроме того, через время Т,р цифровой согласованный фильтр формируетуправляющую команду "Конец фильтрации", которая поступает на регистр9 и записывает код Э в этот резсгистр,Импульсы запуска блока 1 управления поступают также через вход 15формирователя 7 упреждения на первыевходы схем И 19 и 20 и на вход схемы 25 выделения первого импульса(Фиг,2). В последней из серии импульсов запуска выделяется первый импульс, который поступает на входтриггера 18 и устанавливает его вединичное состояние, разрешая темсамым прохождение импульсов запускачерез схему И 20.на суммирующий вход10реверсивного счетчика 22, в которомформируется код числа импульса и подается на схему 24 сравнения. В последней производится сравнение текущего кода с кодом, зафиксированным15в регистре 23, который представляеткод времени (Т,) распространениязвуковых колебаний по пути излучатель - дно - приемник, при предыдущем зондировании с учетом вычета со 20держимого счетчика 21 (ЗТ),При поступлении импульса "Дно" свысокочастотного эхолота сейсмоакустической аппаратуры через второй управляюший вход устройства и вход 15формирователя 7 упреждения на второйвход триггера 18, последний устанавливается в нулевое состояние, тем самым по первому выходу запрещает прохождение импульсов запуска через схему И 20, а по второму выходу устанавливает триггер 17 в единичное состояние. Разрешающий сигнал с выходатриггера 17 поступает на второй входсхемы И 19 и импульсы запуска начинают проходить через эту схему навычитающий вход реверсивного счетчика 22 и на вход счетчика 21, емкостькоторого выбрана равной ЗТ, При заполнении емкости счетчика 21 в немформируется импульс переполнения,который поступает на второй входтриггера 17, сигнал с которого запрещает прохождение импульсов запускачерез схему И 19, Кроме того, импульспереполнения поступает на управляющий вход регистра 23 и переписываеткод содержимого реверсивного счетчика22 (Т - ЗТ ) в регистр 23,Во время работы реверсивного счет 50чика 22 на суммирование, текущие кодычисла импульсов в схеме 24 сравнениясравниваются с кодом (Т, - ЗТ,), записанным в регистре 23, и при их равенстве в схеме сравнения вырабаты 55вается команда, которая поступает навторой управляющий вход цифровогосогласованного Фильтра 8 и включает8 вых (Тср) Злых (пс ьоЯ (п -К) ТЯ, (п, -К.) Т= Э где Б,х (Т) -амплитуда сигнала на выходе цифрового согласованного Фильтра;амплитуда зондирующего сигнала; амплитуда помехи на входе цифрового согласованного Фильтра;взаимная энергия прямого зондирую-. щего сигнала и поЗс мехи,В это время в цифровом согласованном фильтре 8 вырабатывается управляющая команда "Конец фильтраций,которая поступает на управляющийвход регистра 1 О, записывая в негокод Эна управляющий вход коммутатора 6, переключая его так, чтобы выход блока 4 нормировки амплитудбыл непосредственно подключен к входу цифрового согласованного фильтра8, и переводит последний в режим записи импульсной характеристики, Таккак в это время сигнал на входе приемной системы сейсмоакустическойаппаратуры еще представляет чистуюпомеху", то в качестве импульснойхарактеристики цифрового согласованного фильтра 8 запишется "чистая помеха"Через время Т, вырабатывается команда "Конец записи", котораяпоступает на коммутатор 6 и переключает его, подключая выход блока 5задержки кодов к входу цифрового согласованного фильтра 8, и переводит его в режим фильтрации. В это время сигнал с приемной системы сейсмоакустической аппаратуры, поступающий на вход устройства, представляет "чистую13помеху , а в качестве импульсной характеристики цифрового согласованного Фильтра 8 используется запомненный прямой зондирующий сигнал, Через время Тт на выходе цифрового согласованного Фильтра 8 появляется сигнал, амплитуда которого равна "взаимной" энергии прямого зондирующего сигнала и "чистой" помехи.(Т ) = Б,(п Т) 10 15 50 последний в режим фильтрации. В этовремя аналоговый сигнал на входе устройства все еще представляет "чистую помеху", поэтому через время Тна выходе цифрового согласованного 5,фильтра 8 появляется сигнал, амплитуда которого равна энергии помехи:,вьпна выходе цифрового 20согласованногофильтра;Б - амплитуда помехина входе цифровогосогласованного 25фильтра;3 - энергия помехи навходе цифровогосогласованногофильра, 30Одновременно с этим в цифровом согласованном фильтре 8 вырабатывает. - ся управляющая команда Конец фильтрации", которая поступает на управляющий вход регистра 11, записывая в него код Э, на управляющий вход коммутатора 6, переключая его так, )чтобы выход блока ч нормировки амплитуд был непосредственно подключен40 к входу цифрового согласованного фильтра 8, и переводит последний в режим записи импульсной характеристики. Так как из кода времени до прихода отраженного сигнала вычитается45 код времени, равный трем длительностям импульсной характеристики - ЗТ,т, а это время уже использовано, то на входе устройства должен появиться сигнал, представляющий аддитивную смесь отраженного сигнала и помехи, который записывается в качестве импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра 8. Через время Т вырабатывается команда "Конец записи", которая поступает на коммутатор 6, переключая его так, что выход блока 5 задержки кодов оказывается подключенным к входу цифрового согласованного фильтра 8, и переводит последний в режим фильтрации,На вход цифрового согласованногофильтра 8 подается задержанный сигнал и через время Тна выходе егопоявляется сигнал, амплитуда которого равна энергии смеси сигнала спомехой. х (Бип -К)Т) + КД(п -К)ТЬО ((и, Т) - амплитуда сигнала на выходе цифрового согласованного фильтра;Б - амплитуда отраженного сигналана входе цифрового согласованногофильтра;Б - амплитуда помехина входе цифровогосогласованногофильтра;3, - энергия отраженного сигнала;Э - взаимная энергияотраженного сигнала и помехи,Одновременно с этим в цифровом согласованном фильтре 8 вырабатывается управляющая команда "Конец фильтрации , которая поступает на у)травляющий вход регистра 12, записы вая в него код Э , на управляющий вход коммутатора 6, переключая его так, чтобы выход блока 4 нормировки амплитуд был непосредственно подключен к входу цифрового согласованного фильтра 8, а на управляющий вход арифметического блока 13, В последнем по этой команде производится считывание кодов с регистров 9 - 12 ивычисление оценки значения коэффициента отражения по следующей формуле:3- З - Э5э Эьгде Ч - оценка значения коэффициэента отражения;общая энергия сигнала исп 10помехи;коэффициент, который выбирается экспериментально;Э - взаимная энергия прямогозсмкзондирующего сигнала и помехи;Э - энергия помехи;Э - энергия прямого зондирующего сигнала,Коды оценки 7 через выход устройства подаются в сейсмоакустическую аппаратуру, где они используются,например, для определения типа донного грунта,Как показывают теоретические расчеты, погрешность определения значений коэффициентов отражения сильнозависит от соотношения .сигнал/помеха - й, Так, при й = 15 погрешностьсоставляет 57, а при Й = 7 погрешность возрастает до 157, В связи сэтим необходимо учитывать долю энергии помехи вносимой в отраженныйсигнал, В предлагаемом устройствеучитывается как энергия помехи, вно 35симой в отраженный сигнал (в случаестационарности помех), так и "взаимная" энергия отраженного сигнала ипомехи, а так как в вычислениях энергий используются нормированные значения амплитуд, то можно подобратькоэффициент 1 таким образом, чтобыкомпенсировать указанную взаимную"энергию взаимной энергией зондирующего сигнала и помехи, тем самымповысить точность вычисления оценкизначений коэффициентов отражения.Формула изобретения501, Устрсйство для вычисления оценки значений коэффициентов отражения, содержащее блок управления, вход которого соединен с первым управляющим входом устройства, измеритель вре 55 менных интервалов, аналого-цифровой преобразователь, блок задержки кодов, управляющие. входы которых соединены с выходом блока управления два регистра и арифметический блок, входкоторого соединен с выходом первогорегистра, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностивычисления оценки значений коэффициентов отражения, в него введены блок нормировки амплитуд, коммутатор, цифровой согласованный фильтр, третий и четвертый регистры и формирователь упреждения, причем первый вход последнего соединен с выходом блокауправления и первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а второй вход - с вторым управляющим входом устройства, а выход - с вторым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, выход которого подключен параллельно к входам всех четырех регистров, четыреуправляющих выхода цифрового согласованного фильтра подключены к управляющим входам соответствующих .регистров, пятый управляющий выход - к управляющему входу арифметическогоблока, а шестой - к управляющему входу коммутатора, выход которого соединен с входом цифрового согласованного фильтра, а первый вход - с выходом блока нормировки амплитуд, второй вход - с выходом блока задержкикодов, вход последнего соединен с выходом блока нормировки амплитуд, первый вход которого соединен с первымсигнальным входом устройства, второйвход - с выходом измерителя временных интервалов, а третий вход - свыходом аналого-цифрового преобразователя, вход последнего соединен свторым сигнальным входом устройства,выходы всех четырех регистров подключены к соответствующим входам арифметического блока, выход которого является выходом устройства,2. Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е .с я тем, что формирователь упреждения содержит два триггера, две схемы И, счетчик, реверсивный счетчик, регистр, схему сравнения и схему выделения первого импульса, причем вход последней соединен с первым входом формирователя упреждения и с первыми входами обеих схем И, а выход - с первым входом первого триггера, второй вход которого соединен с вторым входом формирователя упреждения, первый выход - с вторым входом первой схемы И, а второй вы, 1288645 уар Опор дто упри РОД лад ход - с первым входом второго триггера, выход которого подключен квторому входу второй схемы И, выходкоторой подключен к входу счетчикаи вычитающему входу реверсивногосчетчика, суммирующий вход последнего соединен с выходом первой схемыИ, а выход - с входом схемы сравнения и магистральным входом регистра, .управляющий вход которого соединен с выходом счетчика и с вторым входом второго триггера, выход схемы сравне ния соединен с выходом формирователяупреждения, а второй магистральный вход схемы сравнения соединен с магистральным выходом регистра31288 б 45 ег авлев Составитель Н. Редактор А. Шандор Техред В.Кадар/45 Тираж 752ВНИИПИ Государственного комитета по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская н акаэ 7 Подпис 5 1 роиэводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул, Проектна