Коррелятор

 

КОРРЕЛЯТОР, содержащий 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 Л регистров, регистр опорного сигнала , информационный вход которого является вторым информационным входом коррелятора, преобразователь десятичного кома в двоичный, .вход которого является входом задания кода длины опорного сигнала, блок управления, содержащий мультивибратор, элемент И, дешифратор, одновибратор, элемент ИЛИ, элемент 2И-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 одновибраторэ. соединен с тактовьм входом второго счетчика, единичным входом первого триггера и первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента 2И-1ШИ, второй вход элемента ИЛИ объединен с вторым входом элемента 2И-1ШИ, тактовым входом третьего счетчика и подключен к выходу мультивибратора, управляющий вход которого объединен с первым входом элемента И и подключены к единичному выходу первого триггера, нулевой вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй вход элемента И объединен с (П третьим входом элемента 2И-ИЛИ и подключен к единичному выходу -второго триггера, нулевой выход которого подключен к четвертому входу элемента 2И-ИЛИ, единичный вход второго триггера соединен с выходом второго счетчика, установочные входы которо:о го объединены с установочными входами третьего счетчика, о.т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упроX ) щения коррелятора, в него введены и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и п счетчи ков, 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 допол1штельного кода

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ИЦ Ю

РЕСПУБЛИК

3(S1) G 06 F 15/336

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выходы соединены с соответствующими информационными входами мультиплоксора, управляющий (21) 3590639/24-24 (22) 22.02.83 (46) 23.12.84. Бюл. Р 47 (72) А.Д.Пахотин, В.В.Спирин, М.Б.Шнеерсон и В.А.Гродзенский (71) Нарофоминское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки (53) 681.3(088.8) (56) 1. Поляков М.К. Теория аналоговой и цифровой сейсморазведочной аппаратуры. М., "Недра", 1973.

2. Тумаркин В.А. Исследование и разработка аппаратуры для корреляционной обработки вибросейсмических данных. A/р диссертации. M., 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 первым информационным входом и входом синхронизации коррелятора, выходы демультиплексора соединены с информационными входами соответствующих

fl регистров, регистр опорного сигнала, информационный вход которого является вторым информационным входом коррелятора, преобразователь десятичного ко а в двоичный,.вход которого является входом задания кода длины опорного сигнала, блок управления, содержащий мультивибратор, элемент И, дешифратор, одновибратор, элемент ИЛИ, элемент 2И-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 2И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ объединен с вторым входом элемента 2И-ИЛИ, тактовым входом третьего счетчика и подключен к выходу мультивибрафора, управляющий вход которого объединен с первым входом элемента И и подключены к единичному выходу первого триггера, нулевой вход которого соединен с выходом третьего счетчика, ф второй вход элемента И объединен с третьим входом элемента 2И-ИЛИ и подключен к единичному выходу второго триггера, нулевой выход которого подключен к четвертому входу элемента 2И-ИЛИ, единичный вход второго триггера соединен с выходом второго счетчика, установочные входы которого объединены с установочными входами третьего счетчика, о.т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью упрощения коррелятора, в него введены и элементов ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ и и счетчиков, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов ИСвход 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! 130874 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 управля-. ющим входом демультиплексора, первые входы 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 может быть использовано, например, для получения импульсных сейсмограмм при проведении сейсморазведочных работ на нефть, газ и другие полезные ископаемые с применением вибрационных источников возбуждения упругих колебаний.

Известно устройство, преобразующее 1О цифровую сейсмическую информацию путем вычисления корреляционных функций сейсмического сигнала, в котором операция умножения заменена суммированием логарифмов сомножителей. Перед вы- 15 полнением накопления операции парных произведений осуществляются операции потенционирования и выравнивания порядков f1) .

Недостатком этого устройства яв- 20 ляется большой объем оборудования, обусловленный наличием блоков лога рифмирования и потенцирования, выполненных на постоянных запоминающих .. устройствах. 25

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сейсмический порядковый коррелятор, содер" жащий блок управления, блок выделения порядков и знаков выборок, сумматор ЗО порядков, сумматор мантисс, блок нормализации, вычитатель, дешифратор, регистры, мультиплексоры, демультиплексоры, блоки накапливающей памяти:, регистратор (2) . э 55

Устройство сконструировано так, 1 что в нем за один такт выполняется параллельное вычисление парных произветствующих п регистров, управляющие входы которых объецинены и подключены к выходу элеменrа ИЛИ блока управления, третий вход элемента И которого подключен к выходу регистра опорного сигнала, управляющий вход которого подключен к выходу элемента 2И-ИЛИ блока управления, установочные входы третьего счетчика которого подключены к выходу прямого кода преобразователя десятичного кода в двоичный. ведений для М отсчетов функции взаи- . мокорреляции, а результаты N тактов работы (N — 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 порядковыи формат что приводит к услож» нению 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 мощнбсти.

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 синхрони. I 130874 зации 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 2И-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 2И-ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ объединен с вторым входом элемента 2И-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 2И-ИЛИ и подключен к единичному выходу второго, триггера, нулевой выход которого подключен к четверто1 му входу элемента 2И-ИЛИ, единичный вход второго триггера соединен с выходом второго счетчика, установочные входы которого объединены с установочными входами третьего счетчика,,введены ц элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

-и tl 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 входом демультиплексора, первые входы эле- ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединены и подключены к выходам мультивибратора и элемента И блока управления, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены к выходам соответствующих и регистров, управляющие входы которых объединены и подключены к выходу

l0 элемента ИЛИ блока управления, третий вход элемента И которого подключен к выходу регистра опорного сигнала,управляющий вход которого подключен к выходу элемента 2И-ИЛИ блока управле15 ния, установочные входы третьего счетчика которого подключены к выходу прямого кода преобразователя десятичного кода в двоичный.

На фиг.1 приведена блок-схема уст2О ройства; на фиг.2 — блок-схема блока управления; на фиг.3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит демультиплексор 1, 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 опорного у) сигнала.

Блок 3 управления (фиг.2) содержит мультивибратор 11, элемент ИЛИ 12, элемент И 13, первый счетчик 14, дешифратор 15, первый триггер. 16, одновибратор 17, элемент 2И-ИЛИ 18, вто. Рой триггер 19, второй и третий счетчики 20.

Коррелятор построен на использовании алгоритма определения вероят4р ности совпадения знаков сигналов, участвующих в корреляции (3), взаимокорреляционная функция Р (t) определяется

R(t)=2P(t)-1, (1) где P (t) - вероятность совпадения знаков коррелируемых функций на интервале корреляции в момент времени t для дискретного представления сигналов выражение (1) имеет вид:

50 Pk

И<=2 — -1

Н (2)

Э где Rh — число совпадения знаков выборок коррелируемых функций на интервале корреляции

55 Й вЂ” интеРвал корреляции Равный количеству выборок опорного сигнала

k-,1,2,3,...

1 130874

С точностью до постоянного множителя 2/N оценку значений функции взаимной корреляции по (2) можно производить, пользуясь выражением

N 5

Ис=Pk- - ° (3)

2 .

Выражение (3) является математическим описанием алгоритма работы коррелятора. В соответствии с ним для определения значения Rk необходи- 10 мо вычислить число совпадений знаков выборок сигналов на интервале корреляции и из него вычесть половину числа выборок опорного сигнала, Каждое последующее значение Rk+1 Rk+2 вычисляется 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 ЗО всех трех операций во времени, в течение одного такта работы коррелятора. Управление работой коррелятора происходит под действием управляющих сигналов с выходов блока 3 управле- З5 ния.. Началом такта работы является первый синхронный импульс (СИ) с. входа синхронизации коррелятора очередного (k-ro) кадра входной информации, т.е. совокупность очередных К-х выбо-4о рок всех И каналов, передаваемых последовательно в общем мультиплексном канале. Для организации конвейерной обработки демультиплексор 1 и мультиплексор 7 выполнены с использонани- 45 ем буферной памяти.

В демультиплексоре буферная па.мять, выполненная на регистре сдвига как преобразователь последовательно- 5О го tl -разрядного (по величине кадра)

I входа в параллельный, необходима для того, чтобы результат демультиплексации хранить до тех пор, пока не закончится операция вычисления преды- 55 дущего кода входной информации. К приходу первого СИ с входа синхронизации очередного кадра информации содержимое демультиплексора 1 должно быть переписано в д 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

SKI-ВКп (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 — — .

М

Преобразователь 6 десятичного кода в двоичный по заданному оператором значению N в десятичном коде формирует двоичный код числа N в блок 3 управления и двоичный дополнительный е и код отрицательного числа — — в блок

8 вычитания. Выполнение операции вычитания по выражению (3) после мультиплексации выборок исключает необходимость установки 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 сигнала, 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 N первых кадров входной информации. Работа коррелятора до момента

t не отличается от работы коррелятора после t за исключением того, 7 113 что из блока 3 управления в мультиплексор 7 подается сигнал, запрещающий выдачу информации в регистратор

9. При этом регистр 10 опорного сигнала управляется теми же сигналами, что и регистры 2.

После прихода li .-ro синхроимпульса tl -го кадра входной информации, т.е. после окончания операции демультиплексации, элемент ИЛИ 12, блока

3 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 содержимое демультиплексора. По завершении этих процедур в регистрах 2 хранятся.знаки выборок N-1 предыдущих кадров и знаки выборок k-го кадра. Коррелятор 2 готов к выполнению очередного такта работы. Блок 3 управления в соответствии с кодом, поступившим из преоб разователя 6 десятичного кода в двоичный. вырабатывает N тактирующих нм- 25 пульсов (фиг.3), по которым выполняется опрос регистров 2 и регистра 10 опорного сигнала без стирания нахо- дящейся там информации. Считываемые

0874 8 из регистров 2 знаки выборок поступают на элементы ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ 4, где сравниваются со знаком выборки опорного сигнала. В случае совпаде5 ния знаков вырабатывается импульс, подсчитываемый соответствующим счетчиком 5.

По окончании такта работы в счетчиках 5 будет хранится результат об-, О - работки k-ro кадра, в демультиплексоре 1 — распределенный по каналам

k+1 кадр, а из мультиплексора-7 будет выведен на регистр результат обработки k-1 кадра. По п -му СИ форми5 руется ИЗ и очередной такт работы коррелятора начинается.

В предлагаемом корреляторе благодаря использованию знаковых данных для обработки сигналов вместо таких

Ф

О арифметических узлов, как сумматор порядков, сумматор мантис, накапливающая память, применены элементы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и счетчики, обеспечивающие упрощение коррелятора и снижение потребляемой мощности без снижения точности обработки в рамках разрешающей способности, динамического диапазона применяемых в сейсморазведке регистраторов.

Фиг. 1

1130874

1130874 и / 2

9 Ф Ф Э 9 ° ° ° СИ.

° ° ° ° N

° ®+етц

° ° ° ° Ó1

Корректор О. Тигор

1 ЯЯ4Уб

l) lf ll

Составитель А.Иванова

Редактор С.Патрушева Техред З.Палий

Заказ 9612/36 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП ".Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

4 ° ° Ф Я/(° ° ° ° ЙГ I7