Многоканальное устройство для предварительной обработки данных геофизических исследований

 

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления и блок фильтрации, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом устройства , отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности , в него введены датчик сигнала начала отсчета и блок контроля каналов, включающий два формирователя прямоугольных импульсов и вычислители отнощения сигнал-шум по числу контролируемых каналов, информационные входы которых соединены с выходом блока фильтрации, a выходы подключены соответственно к входам первого формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора , управляющие входы вычислителей отношения сигнал-щум соединены соответственно с выходами второго формирователя прямоугольных импульсов , вход которого подключен к выходу датчика сигнала начала отсчета, причем каждый вычислитель отношения сигнал-шум содержит два элемента коммутации , два интегратора, два узла приведения знака сигнала, делитель и узел сравнения, выход которого является выходом вычислителя, a вход подключен к выходу делителя, информационные входы которого соединены соответственно с выходами интеграторов , вход каждого элемента коммутации черев соответствующий узел СО приведения знака сигнала соединен с информационным входом соответст | вующего интегратора, информационные со ;о оо входы элементов коммутации соединены с информационным входом вычислителя , управляющие входы которого соединены соответственно с управляющими входами элементов коммутации, интеграторов и делителя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Otll

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I . Ур з:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3582658/18-24 (22) 13. 01. 83 (46) 15.06.84. Бюл. Р 22 (72) Л.Н. Гольдфельд, Л.И. Коган, В.И. Прахов и Я.Е. Фильгус (71) Ташкентский электротехнический институт связи и Вкное отделение

Института океанологии им. П.П. Ширшова (53) 68 1.387.2(088.8) (56) 1. Патент CIIIA М 3525072, кл. 340-155, опублик. 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

М- 684479, кл. С 01 Ч 1/28, G 01 $ 9/60, 1979 (прототип). (54) (57) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления и блок фильтрации, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения помехозащищенности, в него введены датчик .сигнала начала отсчета и блок контроля каналов, включающий два формирователя прямоугольных импульсов и вычислители отношения сигнал-шум, SU„„1097993 A

pcs» С 06 F 3 05 С 01 Ч 1 28 по числу контролируемых каналов, информационные входы которых соединены с выходом блока фильтрации, а выходы подключены соответственно к входам первого формирователя прямоугольных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, управляющие входы вычислителей отношения сигнал-myM соединены ! соответственно с выходами второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу датчика сигнала начала отсчета, причем каждый вычислитель отношения сигнал-шум содержит два элемента коммутации, два интегратора, два узла Е приведения знака сигнала, делитель и узел сравнения, выход которого является выходом вычислителя, а вход подключен к выходу делителя, информационные входы которого соединены соответственно с выходами интеграторов, вход каждого элемента коммутации черев соответствующий узел Ю приведения знака сигнала соединен 1 © с информационным входом соответст- а 1 вующего интегратора, информационные входы элементов коммутации соединены с информационным входом вычислителя, управляющие входы которого соединены соответственно с управляющими входама элементов коммутации, интеграторов и делителя.

1097993

Целью изобретения является повышение помехозащищенности.

Поставленная цель достигается

45 тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления и блок фильтрации, выход которого соединен с информационным входом коммутатора, вы(0 ход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является выходом устройства, введены датчик сигнала начала отсчета и блок контроля каналов," включающий два формирователя прямоугольных импульсов и вычислители отношения сигнал-шум по числу контро- .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах сбора, обработки и передачи данных геофизических исследований. 5

Известна система f13 обработки данных геофизических исследований, содержащая последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления, блок фильтрации, аналого-цифровой IO преобразователь (АЦП), арифметическое устройство и запоминающее устройство.

Однако в данной системе увеличение уровня внешних шумов приводит к увеличению погрешности дискретизации аналоговьм сигналов в АЦП, что снижает помехозащищенность системы сбора данных.

Наиболее близким по технической 20 сущности к изобретению является устройство f23 сбора данных морских геофизических исследований, содержащее последовательно соединенные блок датчиков, блок усиления, блок фильт- 2s рации, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок записи данных и запоминающее устройство, а также арифметическое устройство, вход которого соединен с выходом

АЦП, а выход — с управляющим входом блока записи данных, введение которого в устройство позволяет уменьшить расход носителя путем уплотнения потока данньм.

Однако в данном устройстве отсутствует адаптация к изменению уровня внешних шумов, что приводит к увеличению погрешности преобразования аналоговьм сигналов В АЦП и снк 40 жает помехозащищенность при увеличении уровня внешних шумов. лируемых каналов, информационные входы которых соединены с выходом блока фильтрации, а выходы подключены соответственно к входам первого формирователя прямоугольных имлульсов,"выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, управляющие входы вычислителей отношения сигнал-шум соединены соответственно с выходами второго формирователя прямоугольных импульсов, вход которого подключен к выходу датчи ка сигнала начала отсчета, причем каждый вычислитель отношения сигналшум содержит два элемента коммутации, два интегратора, два узла приведения знака сигнала, делитель и узел сравнения, выход которого является выходом вычислителя, а вход подключен к выходу делителя, информационные входы которого соединены соответственно с выходам интеграторов, вход каждого элемента коммутации через соответствующий узел приведения знака сигнала соединен с информационным входом соответствующего интегратора, информационные входы элементов коммутации соединены с информационным входом вычислителя, управляющие входы которого соединены соответственно с управляющими входами элементов коммутации, интеграторов и делителя.

Ка фиг. 1 изображено устройство, структурная схема; на фиг. 2 вЂ,схема коммутаторами на фиг. 3 — схема блока контроля каналов; на фиг. 4— схема вычислителя отношения сигнал/ шум, на фиг. 5 — схема делителя.

Устройство содержит блок 1 датчиков, блок 2 усиления, блок 3 фильтрации, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, арифметический блок 6, блок 7 памяти, блок 8 записи данных, блок 9 контроля каналов, датчик 10 сигнала начала отсчета, переключатели 11, селектор каналов 12, формирователь 13 прямоугольных импульсов, вычислители 14 отношения сигнал-шум формирователь

15 прямоугольных импульсов, элементы 16 коммутации, узлы 17 приведения знака сигнала, интеграторы 18, делитель 19, узел 20 сравнения, элементы 21 коммутации, логарифматоры

22, узел 23 вычитания. . Устройство работает следующим образом.

3 1097993

Аналоговые сигналы от блока 1 датчиков (см. фиг. 1) через блок 2 усиления поступают на блок 3, с выхода которого сигналы всех каналов подаются на коммутатор 4, а сигналы контролируемых каналов (число которых должно быть нечетным и зависит от общего числа каналов сбора данных, например, равно трем при использовании 24-х каналов сбора данных) по- 10 даются на блок 9 контроля каналов.

В блоке 9 (фиг. 3) сигнал каждого из контролируемых каналов поступает на соответствующий вычислитель 14, который служит для измерения отношения сигнал-шум в контролируемом канале. Вычислители 14 управляются формирователем 13 прямоугольных импульсов. При поступлении на формирователь 13 сигнала с датчика 10 сиг- 20 нала начала отсчета формирователь 13 вырабатывает первый импульс запуска длительностью „, равной среднему времени существования сигнала в контролируемом канале. Первый импульс 2S запуска отпирает элемент коммутации

16 (см. фиг. 4). При этом адцитивная смесь сигнала И, (С) и шума V (t) подается с блока 3 фильтрации через отпертый элемент коммутации 16 и узел З0

17 на интегратор 18, на выходе которого формируется напряжение U (7;), определяемое выражением

71

01(ГЛй (Ос(ц!сиФ 1О м!си=0 (и+О (Ф) 35

0 (Ц- средний уровень сигнала за интервал T

40

Uù — средний уровень шума за интервал 7„, напряжение U (Y „), определяемое выражением с

U,(.„) Ю ()/at 0(,) о

По окончании второго импульса запуска элемент коммутации 16 ветви измерения уровня myMa запирается, интегратор 18 этой ветви переходит в режим запоминания, а формирователь

13 вырабатывает третий импульс запуска, длительность которого Т выбирается из условия „(ь (<с,, где п — время переходных процессов в делителе 19.

Третий импульс запуска отпирает элементы 2 1 коммутации (фиг. 5) делителя 19. Задним фронтом третьего импульса запуска производится стирание сигналов в интеграторах 18 обеих ветвей вычислителя 14 для подготовки их к работе в следующем цикле измерений.

При отпирании элементов 21 коммутации на логарифматоры 22 обеих ветвей делителя 19 подаются напряжения

П (ь ) и П2(,,) соответственно. При этом на выходе логарифматора 22 логарифмирующей ветви уровня шума формируется напряжение где К вЂ” коэффициент передачи лога1 рифматора 22, а на выходе логарифматора 22 логарифмирующей ветви уровня шума формируется напряжение и(" ) 1 2("") 1 и(Напряжения U> и U4 подаются на соот— ветствующие входы узла 23 вычитания, на выходе которого формируется напряжение U, определяемое выражением

По окончании первого импульса запуска элемент коммутации 16 ветви

45 измерения уровня сигнала запирается и интегратор 18 этой ветви, переходит в режим запоминания, а формирователь 13 вырабатывает второй импульс залуска той же длительности, отпирающии элемент коммутации 16 ветви иэ50 мерения уровня шума. При этом напряжение шума U (t) (сигнал на этом временном интервале в канале отсутствует) подается с блока 3 фипьтрации через элемент коммутации 16 и узел 17 приведения знака сигнала на 14нтегратор 18 ветви измерения уровня шума, на выходе которого формируется

Как видно иэ этого выражения, уровень напряжения U (t) определяется отношением сигнал-шум в контролируемом канале.

С выхода делителя l9 вычислителя

14 (фиг. 4) напряжение U (7 ) подается на узел 20 сравнения, где сравнивается с пороговым напряжением

Unop, соответствующим допустимому

1097993 отношению сигнал — шум в контролируемом канапе

О„„=К„Ь 1 О

Допустимое отношение сигнал-шум, а значит и U определяется по доPQP 1 пустимой величине погрешности квантования аналогового сигнала в АЦП 5. 10

Если уровень напряжения U больme U, на выходе узла 20 сравнейор ния вырабатывается сигнал, соответствующий уровню логической единицы, если Uy меньше U gp на выходе узла 15

20 сравнения формируется сигнал, соответствующий уровню логического нуля. Сформированные таким образом двоичные сигналы подаются с выходов вычислителей 14 блока 9 контроля ка- 20 налов на входы формирователя 15, формирующего сигнал управления коммутатором 4.

По окончании третьего импульса запуска элементы 2 1 коммутации, сигналы в интеграторах 18 обеих ветвей стираются, после чего вычислители

14 готовы к новому циклу измерений.

Интервал измерения Тп = 2 „+ i> гораздо меньше интервала следования аналоговых сигналов по каналам Г на практике

Т с ), (10 — 20) Тк.

Формирователь 15 при поступлении

35 на него двоичных сигналов с выходов вычислителей 14 вырабатывает импульсы, управляющие переключателями 11 коммутатора 4. Если на входы формирователя 15 поступает с вычислителей

14 больше логических единиц (что свидетельствует о хорошем состоянии каналов сбора данных), на переключатели 11 коммутатора 4 не подается сигнал управления в формирователе

15, переключатели 11 коммутатора 4 при этом соединяют четные выходы блока 3 с четными входами селектора

12 каналов, а нечетные выходы блока 3 — с нечетными входами селектора

12 каналов. При этом сигналы всех ка50 налов сбора данных подаются на селектор каналов 12 коммутатора 4, который поочередно коммутирует их на вход АЦП 5. Если на входы формирователя 15 поступает с вычислителей

14 больше логических нулей (что свидетельствует о плохом состоянии каналов: сбора данных), на переключатели 11 коммутатора 4 с формирова- теля 15 подается управляющий импульс, переключатели 11 при этом соединяют попарно нечетные выходы блока 3 с

его четными выходами (первый со втоо рым, третий с четвертым и т.д,). В этом случае на селектор 12 каналов коммутатора 4 подаются попарно суммируемые сигналы четных и нечетных каналов, при этом увеличивается отношение сигнал-шум в объединенных каналах за счет того, что полезные сигналы складываются арифметически, а шумы складываются по среднеквадратичному значению. Селектор 12 каналов коммутатора 4 поочередно коммутирует объединенные каналы на вход

АЦП 5 (см. фиг. 1). Уменьшение вдвое числа обрабатываемых в АЦП 5 каналов эа счет объединения соответствующих четных и нечетных каналов при постоянной скорости считывания приводит к тому, что каждый отсчет аналогового сигнала, поступившего с выхода коммутатора 4, обрабатывается АЦП 5 дважды. Тем самым при ухудшении состояния каналов сбора геофизических исследований в передаваемые сообщения вводится избыточность, а суммирование каналов ко два приводит к увеличению отношения сигналшум °

В АЦП 5 происходит равномерная непрерывная дискретизация аналоговых сигналов с наименьшим шагом дискретизации и с наибольшим числом двоичных разрядов в регистрируемых кодовых словах. Далее полный поток данных может быть передан в арифметический блок б или в электронную вычислительную машину и на блок 8 записи данных. В арифметическом блоке б по заданной программе осуществляется анализ спектра и энергетического уровня шумов и сигналов. Эти данные позволяют на основании критериев

Квиста-Котельникова или Железнова устанавливать величину оптимального шага квантования по уровню и времени.

Определенные .арифметическим блоком

6 оптимальные параметры кодирования в виде цифровых кодов с выхода арифметического блока 6 подаются на управляющий вход блока 8 записи данных, где после дешифратора устанавливаются на запоминающем регистре М определяют оптимальные параметры потока данных, поступивших в блок 7 памяти.

1097993

Введение блока 9 контроля каналов и использование коммутатора 4 позволяет повысить помехозащищенность за счет адаптивного введения избыточности в формируемый поток данных.

При увеличении уровня внешних шумов выше допустимого вдвое уменьшается число обрабатываемых сигналов, при этом каждый отсчет обрабатываемого в АЦП 5 аналогового сигнала передается двумя кодовым и словами, что позволяет повысить помехозащищенность

Устройство в составе системы может применяться для проведения морских геофизических исследований, его использование позволяет обеспечить требуемую помехозащищенность в условиях действия нестационарных внеш10 них шумов за счет адаптации по числу обрабатываемых каналов.

1097993

1097993

Составитель А. Жеренов

Редактор Н. Горват Техред М.Надb Корректор Г. Решетник

Заказ 4207/40 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4