Устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ по авт. св. № 1073728, отличающееся тем, что, с целью повышения точности оценки измеряемых параметров,в него введены регистр знака, буферный регистр, блок деления , счетчик, вторая схема сравнения, схема совпадения знаков и элемент И, причем первый и второй входы второй схемы сравнения подключены к информационным входам арифметического устройства, вькод второй схемы сравнения соединен с входом схемы совпадения знаков и входом регистра знака, выход которого подключен к входу буферного регистра, а выход буферного регистра соединен с вторым входом схемы совпадения знаков, управляющий вход буферного регистра подключен к управляющему входу арифметического устройства, первый и второй управляющие входы регистра знака соединены соответственно с управляющими входами арифметического устройства и второго (Л регистра, вход счетчика подключен к служебному выходу входного блока, три входа элемента И соединены соответственно с выходом счетчика, выходом схемы совпа;цения знаков и управляющим входом арифметического устройства, а выход элемента И подключен к управляющему входу блока ел Сл деления, информационный вход которого соединен с выходом арифметического устройства, а выход - с входами о ел второго регистра и первой схемы сравнения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 V 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (6!) 1073728 (21) 3677522(24-25 (22) 23.12.83 (46) 23.05.85.Бюл. У 19 (72) В.И.Лемец,.В.А. Иариненко, П.Ф.Федосеев, В.П.Шевченко и П.И.Тишин (71) Казахский опытно-экспериментальный завод геофизических приборов "Казгеофизприбор" Научно- производственного объединения "Рудгеофизика" и Казахский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института разведочной геофизики Научнопроизводственного объединения "Рудгеофизика" (53) 550.83(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 1073?28, кл. 6 01 Ч 3/08, 1982 (прототнп), (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЛИНЕЙНОЙ

ОБРАБОТКИ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ СИГНАЛОВ по авт. св. В 1073728, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки измеряемых параметров,в него введены регистр знака, буферный регистр, блок деле» ния, счетчик, вторая схема сравнения, схема совпадения знаков и элемент И, „„SU„„1157505 А причем первый и второй входы второй схемы сравнения подключены к информационным входам арифметического устройства, выход второй схемы сравнения соединен с входом схемы совпадения знаков и входом регистра знака, выход которого подключен к входу буферного регистра, а выход буферного регистра соединен с вторым входом схемы совпадения знаков, управляющий вход буферного регистра подключен к управляющему входу арифметического устройства, первый и второй управляющие входы регистра знака соединены соответственно с управляющими входами арифметического устройства и второго регистра, вход счетчика подключен к служебному выходу входного блока, три входа элемента И соединены соответственно с выходом счетчика, выходом схемы совпадения знаков и управляющим входом арифметического устройства, а выход элемента И подключен к управляющему входу блока деления, информационный вход которого соединен с выходом арифметического устройства, а выход - с входами второго регистра и первой схемы сравнения.

1157505

Изобретение относится к измерительным устройствам для геоэлектроразведки и может применяться при. измерениях зашумленных, многократно повторяемых сигналов в методе вызван" ной поляризации (ВП) и методе переходных процессов (МПП ).

По основному авт.св. В 1073728 известно устройство для нелинейной

t0 обработки электроразведочных сигналов, содержащее входной блок, первый и второй регистры, схему сравне" ния, арифметическое устройство, запоминающее устройство, устройство управления и два коммутатора, причем информационный выход входного блока соединен с входом запоминающего устройства, а служебный выход входного блока соединен с входом устройства управления, выход запоминающего устройства соединен с первым входом арифметического устройства и через первый коммутатор - с входом первого регистра, выход первого регистра подключен к входу арифметического устройства, выход которого соединен с входом второго регистра и первым входом схемы сравнения, выход второго регистра соединен с вторым входом схемы сравнения и через первый коммутатор с входом первого регистра, также выход второго регистра через второй коммутатор соединен с выходом всего устройства, выход схемы сравнения соединен с вторымвходом устрой- 35 ства управления, выходы устройства управления соединены с управляющими входами первого и второго регистров, запоминающего устройства, арифметического устройства и коммутаторов $1 14О

Недостатком этого устройства яв ляется сравнительно низкая скорость сходимости оценок целевых параметров к истинному значению в условиях действия характерных в геоэлектрораз-45 ведке помех, представляющих смесь небольших флуктуационных и редких (аномальных )импульсных помех большой амплитуды. Недостаток устройства обусловлен тем, что при исключении 50 наиболее удаленных от оценки отсчетов при воздействии лишь небольших помех могут быть исключены подряд на нескольких периодах сигнала отсчеты, имеющие одинаковые 55 знаки разности с текущими оценками измеряемых величин, что иногда приводит к смещению оценок.

Цель изобретения - повышение точности оценки измеряемых параметров.

Поставленная. цель достигается тем, что в устройство для нелинейной обработки электроразведочных сигналов, введены регистр знака, буферный регистр, блок деления, счетчик, вторая схема сравнения, схема совпадения знаков и элемент И, причем первый и второй входы второй схемы сравнения подключены к информационным входам арифметического устройства, выход второй схемы сравнения соединен с входом схемы совпадения знаков и входом регистра знака, выход которого подключен к входу буферного регистра, а выход буферного регистра соединен с вторым входом схемы совпадения знаков, управляющий вход буферного регистра подключен к управляющему входу арифметического устройства, первый и второй управляющие входы регистра знака соединены соответственно с управляющими входами арифметического устройства и второго регистра, вход счетчика подключен к служебному выходу входного блока, три входа элемента И соединены соответственно с выходом счетчика, выходом схемы совпадения знаков и управляющим входом арифметического устройства, а выход элемента И подключен к управляющему входу блока деления, информационный вход которого соединен с выходом арифметического устрой" ства, а выход - с входами второго регистра и первой схемы сравнения.

На чертеже предс гавлена структурная схема устройства.

Устройство для нелинейной обработ" ки электроразведочных сигналов содержит входной блок 1, запоминающее устройство 2, первый коммутатор

3, первый регистр 4, счетчик 5, устройство 6 управления, вторую схему 7 сравнения, арифметическое устройство 8, регистр 9 знака, элемент И 10, блок Il деления, схему

12 совпадения знаков, второй регистр 13„первую схему 14 сравнения, второй коммутатор I5 и буферный регистр 1б. Информационный выход входного блока 1 соединен с входом запоминающего устройства 2. Служебный Ф выход входного блока 1 соединен с входом устройства 6 управления.

Выход запоминающего устройства 2

1!57505

50 соединен с первыми входами второй схемы 7 сравнения и арифметического устройства 8, а также через первый коммутатор 3 — с входом первого регистра 4. Выход первого регистра 4 подключен к вторым входам второй схемы 7 сравнения и арифметического устройства 8. Выход арифметического устройства-8 соединен с входом блока

11 деления, выход которого соединен !0 с входом второго регистра 13 и первым входом первой схемы 14 сравнения. Выход второго регистра 13 соеди" нен с вторым входом первой схемы

14 сравнения и через первый коммутатор 3 — с входом первого регистра 4.

Выход второго регистра 13 также через второй коммутатор 15 соединен с выходом всего устройства. Вход счетчика 5 соединен со служебным 20 выходом входного блока 1, а его выход - с первым входом элемента И 10.

Выход второй схемы 7 сравнения соединен с информационным входом регистра знака 9 и с первым входом схемы !2 25 совпадения знаков. Выход регистра знака 9 подключен к входу буферного регистра 16, Управляющий вход буферного регистра 16 соединен с управляющим входом арифметического устройства 8. Второй вход схемы 12 совпадения знаков соединен с выходомбуферного регистра 16, а ее выход соединен с вторым входом элемента

И !О. Третий вход элемента И !0 со- 35 единен с управляющим входом арифметического устройства 8. Первый и второй управляющие входы регистра знака 9 соединены с управляющими входами арифметического устройства 8 40 и второго регистра 13. Выходы устройства 6 управления соединены с управляющими входами первого 4 и второго

13 регистров, запоминающего устройства 2, арифметического устройства 8 1 и коммутаторов 3 и 15.

Блок 11 деления предназначен для выполнения операции деления на заданный коэффициент, а при отсутствии сигнала на его управляющем входе передает кодовую комбинацию с входа на выход беэ изменений.

Счетчик 5 предназначен для выделения периодов с номером больше И+1.

Регистр знака 9 служит для запоминания знака разности между отсчетами и может быть выполнен на основе 3К-триггера.

Устройство работает следующим образом.

Входной блок 1 осуществляет дискретизацию и преобразование в код входного периодического сигнала и определение в течение одного периода сигнала одного или нескольких целевых параметров (одна или несколь. ко точек на переходной характеристике, амплитудные или фазовые параметры ). Каждый из целевых параметров обрабатывается одинаково, поэтому дальнейшее описание работы для упрощения производится для одного параметра.

По окончании преобразования на служебном выходе входного блока 1 формируется сигнал, по которому устройство 6 управления формирует команду записи и адрес ячейки запоминающего устройства 2. После прохождения !! периодов и записи в запоминающее устройство 2 отсчетов в устройстве осуществляется определение медианы ряда, составленного из сумм >(. + х, где и могут

Э принимать. любые значения от 1 до К.

Для определения медианы устройство 6 управления после записи в запоминающее устройство 2М отсчетов формирует сигнал, разрешающий запись первого отсчета, хранящегося в запоминающем устройстве 2, в первый регистр 4. После этого устройство 6 управления начинает последовательный опрос всех М отсчетов,хранящихся в запоминающем устройстве 2, в арифметическом устройстве

8 определяются суммы поступающих отсчетов и отсчета, хранящегося в первом регистре 4. Первая сумма х +

+ х; записывается через делитель без изменений во второй регистр 19, и с выхода второго регистра 13 поступает на второй вход первой схемы 14 сравнения. Вторая сумма x +

+ х„поступает на первый вход первой схемы 14 сравнения, и в том случае, если вторая сумма больше первой, по сигналу с выхода первой схемы 14 сравнения устройство 6 управления разрешает запись во второй регистр 13 новой суммы. Если же вторая сумма меньше первой, то во втором регистре 13 остается первая сумма до тех пор, пока на первый вход первой схемы 14 сравнения не придет сумма, большая по величине, с

l)57505 чем записанная во втором регистре

13. После перебора всех М отсчетов, хранящихся в запоминающем устройстве

2, во втором регистре 13 оказывается наибольшая из сумм, образующихся S с первым отсчетом, т.е, шах х„+

+ х,, а в первый регистр 4 записывается второй отсчет и повторяется операция перебора. После завершения

N+ 1 !О

М переборов будет найден наи2 больший член вариационного ряда.

Код адреса слагаемых запоминается в устройстве управления 6 и при определении предыдущих членов вариацион- IS ного ряда сумма, образованная этими слагаемыми, не вычисляется. Предыдущие члены вариационного ряда определяйтся аналогично.. После определения (н+ 1}+ 2 20

N членов ряда дальнейшее определение прекращается, и в устрой" стве 6 управления вырабатывается сигнал, отпирающий второй коммутатор, 15, и содержимое второго регистра !3 25 (т.е. средний член вариационного ряда, поступает на выход устройства (результат можно разделить на 2 исключением младшего разряда ). Оценка значения измеряемого параметра О„ оп- 34 ределяется в промежутке между приходом N-ro и 1! + 1-го отсчетов.

После того, как оценка В по N отсчетам определена, сформирован и записан в запоминающее устройство

2 N + 1-й отсчет, производится операция по определению и исключению из запоминающего устройства 2 отсчета, наиболее отличающегося от оценки 8 .

Для этого в первый регистр 4 по,щ команде с выхода устройства управления 6 через первый коммутатор 3 записывается с выхода второго регил стра 13 содержащаяся там оценка 8

Одновременно с выхода устройства

6 управления поступает сигнал на изменение операции, выполняемой арифметическим устройством 8. После прихода этого сигнала арифметическое устройство 8 выполняет опера- у л цию кода 8, — x> (т. е. находит модуль разности между поступающими на его входы отсчетами. Этот же сигнал поступает на первый управляющий вход регистра 9 знака и раэреша- у ет запись в регистр 9 знака при поступлении сигнала на его второй управляющий вход. Устройство 6 управления производит последовательный опрос хранящихся в запоминающем устройстве 2 N + 1 отсчетов. Модуль

1 разности I H„ — x, I, полученный на выходе арифметического устройства

8, передается блоком 11 деления без изменений и записывается во второй регистр 13. Одновременно знак и разности 8„ — х„, полученный на выходе второй схемы 7 сравнения, записывается в регистр знака 9. л

Модуль разности )8„ - х„1, хранящийся во втором регистре 13, сравнивается с модулем разности между оцени кой 0„ и вторым отсчетом х . Если

j8., — х ) больше разности 9„ — х,1, первая схема 14 сравнения вырабатывает сигнал, разрешающий запись во второй регистр 13 значения t 0 х2 а также в регистр 9 знака знака разности д„ - х . Если модуль разности I 8„- х 1 меньше, 8„- х„, то во втором регистре 13 остается первый модуль разности, а в регистре знака - прежний знак разности до тех пор, пока с выхода арифметического устройства 8 не поступит число, л превышающее te„ — x„l. После перебора N + 1 .отсчетов, хранящихся в запоминающем устройстве 2, во втором регистре 13 оказывается наи. больший модуль разности, в регистре

9 знака - знак этой разности, а в устройстве управления 6 - код адреса отсчета, наиболее отклоняющегося от полученной по первым и отсчетам л оценки 8„. Этот отсчет стирается иэ запоминающего устройства 2, т.е. в запоминающем устройстве 2 освобождаются ячейки для записи N + .2-го отсчета. Задним фронтом сигнала, переключающего режим работы арифметического устройства 8, производится запись знака разности, хранящегося в регистре 9 знака, в буферный регистр 16. Таким образом,в буферном регистре 16 хранится знак разности между исключенным отсчетом и оценкой, ! полученной на предыдущем периоде.

По оставшимся отсчетам определял ется вторая оценка В,т.е. для оставшихся м отсчетов повторяется операция определения медианы ряда, составленного иэ полусумм.

После того,как вторая оценка 6 определена и в запоминающем устройстве 2 записан < + 2 отсчет, производная операция исключения иэ за- "

1157505

7 поиинающего устройства 2 отсчета, наиболее отличающегося от оценки 0л. „ при этом предпочтение отдается отсчетам., имеющим знак разности с оценкой л

0, обратный по сравнению со знаком разности между исключенным на предыдущем периоде отсчетом и оценл кой 8„. Для этого в первый регистр

4 по команде с выхода устройства 6 управления через первый коммутатор 10

3 записывается с выхода второго регистра 13 содержащаяся там оцени ка 8 . Одновременно с выхода устрой" ства 6 управления приходит сигнал на изменение операции, выполняемой 15 арифметическим устройством 8, После получения входным блоком It4 + 2-й оценки, на выходе счетчика 5 устанавливается сигнал, позволяющий сработать элементу И )О. Устройство gg

6 управления производит последовательный опрос хранящихся в запоминающем устройстве 2 N + 1 отсчетов. Знак л разности 8 — х„, полученный на вьгходе второй схемы 7 сравнения, по- 25 ступает на первый вход схемы 12 совпадения знаков, на второй ее вход поступает знак разности, хранящийся в буферном регистре 16. Если эти знаки совпадают, сигнал с выхода ЗО схемы 12 совпадения знаков через элемент И 10 поступает на управляющий вход блока ll деления. В этом случае блок Il деления делит код, соответствующий модулю разности

188л — Х„, На ЗадаННЫй КОЭффИцИЕНт

К. Если же знаки на входе схемы 12 совпадения знаков не совпадают, блок 11 деления передает модуль разности (e2- х1) на свой выход без изменения. Кодовая комбинация, полу40 ченная на выходе блока 11 деления, записывается во второй регистр 13, а знак разности 8 - х записывается

2 в регистр 9 знака. Затем определяется л 43 знак разности 82 — х и сравнивает2 ся со знаком, хранящимся в буферном л регистре 16. Если знак разности 8 л

- x2 и знак разности между 8 отсче1 том,исключенным на предыдущем периоЗФ де, совпадают, то модуль разности

8z — x2 (, полученный на выходе арифметического устройства 8, делится блоком 11 деления на коэффициент К. в противном случае модуль разности

53 ! 02 - х, передается на вход второго регистра 13 и вход первой схемы 14 сравнения без изменения. Если вели! 1„ л чина — — (8, -х больше 0 — х 1 1 (,К1 и К принимают значения либо 1, либо К в зависимости от результата сравнения знаков, соответственно, и 2 Х1 И 82 Х„СО ЗиаКОМ ХРаНЯ щимся в буферном регистре !6 ), то первая схема 14 сравнения вырабатыва" ет сигнал, разрешающий запись во

) 1л второй регистр 13 значения 10 - x

К 2 1

Если величина )9 - х меньше л к. 2 & — х, то во втором регистре

I.

13 остается . 0 - x до тех .

К 2 1 пор, пока с выхода блока деления. 11 не поступит число, превышающее

1 л

) 0 - х1 После перебора Iu + 1

1 .отсчета, хранящегося в запоминающем устройстве 2, во втором регистре 13 оказывается наибольшая иэ величин л ! 82- х, где К равен заданному коэффициенту К, если знак разл ности 82 - х j совпадает со знаком разности между оценкой д„ и отсчетом, исключенным на предыдущем периоде, в противном случае К = 1.

В регистре 9 знака хранится знак отсчета, образующего наибольшую из

1Л величин 8 - х. а в устройстК. 2 j

3 ве 6 управления - код адреса этого отсчета. Этот отсчет стирается из запоминающего устройства 2, а по оставшимся N отсчетам определяется л следующая оценка 0 . Далее устройство работает аналогично описанному выше.

Устройство проверялось при работе с коэффициентами К, равными

1,5; 2; 3 и 4,наилучший результат был получен при К 2.

Для проверки предлагаемого устрой ства на его вход при нулевом входном сигнале подавалась помеха, имеющая следующую плотность распределения:

f (х)=(1-61 zrp — «-Я

1Г2Гб 1 2 2 7

261

2 х екр—

26,, где E — - вероятность появления импульсной помехи, имеющей

2 дисперсию 62

6, - дисперсия флуктуационной помехи, причем б2 « 6 .

1157505

0,05 0,05 0,00594 0,00608 0,00529

Оэ 1О Оэ 00999 Оэ 00680 Оэ 00524

0,1 0,05 0,00746 0,00590 0,00541

0,00527

0,00624

0,00579

0,01088

О, 1О 0,01336

0,50 0,06377

1,0 0,12726

0,01965 0,00887

Данная помеха является характерной для геоэлектрораэведки, когда с вероятностью (1 - E )F «,1 сигнал искажается небольшими флуктуацион ными помехами, распределенными по нормальному закону с дисперсией но иногда с вероятностью:Е

1 воздействует импульсная помеха с дисперсией 6g

Проверка выполнена для устройства, имеющего и + l 6 ячеек памяти, Иэ таблицы видно, что предла-: гаемое устройство позволяет получить выигрыш при больших Е и 6 по точности по сравнению с известным примерно в 1,5 раза или выигрыш в

10 раэ по сравнению с усреднением. при общем числе отсчетов, равном

7. При проверке известное устройство сравнивалось с предлагаемым и с усреднением при различных f и при

3 4„& 0,01.

Результаты вычисления среднеквадратического отклонения (CKO> погрешности оценивания при усреднении, оце" нивании устройством известным и предлагаемым приведены в таблице.

Выигрыш по точности при фиксированном числе повторных измерений или выигрыш по числ повторных измерений при фиксированной точности обеспечивается за счет введения взвешивания исключаемых отсчетов с учетом знака исключаемого отсчета.

tI57505

Составитель И.Абрамова

Редактор А.Шандор Техред N.Kóçüìà Корректор Е.Сирохман

Заказ 3364/45 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал Hm "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4