Устройство для вычисления оценки значений коэффициентов отражения

 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в геофизической аппаратуре , предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях. Целью изобретения является повышение точности вычисления оценки значений коэффициентов отражения за счет учета доли энергии, вносимой случайными помехами в отраженньм сигнал. Устройство содержит блок управления, измеритель временных интервалов, аналого-цифровой преобразователь, блок задержки кодов, два регистра и арифметический блок. Для достижения цели в устройство введены блок нормировки ампли- - туд, 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 вьщеления. первого импульса. Введенные элементы вместе с их связями позволяют учитывать как энергию помехи, вносимой в отраженньш сигнал в случае стационарности помех, так и взаимную энергию отраженного сигнала и помехи. Поскольку в вычислениях энергий используются нормированные значения амплитуд, то коэффициент пропорциональности |5 в выражении для оценки значения коэффициента отражения V., -( - Зэсп -Эп)/э где 3ch - общая энергия сигнала и помехи; Э-,„ взаимная энергия прямого зондирующего сигнала и помехи; Э„ - энергия помехи; Э - энергия прямого зондирующего сигнала, можно подоб рать экспериментально таким образом , чтобы компенсировать взаимную энергию отраженного сигнала и помехи взаимной энергией зондирующего сигнала и помехи. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. с S (Л с: ю 00 00 о ел

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9)80(ш 1 2 (50 4 G 01 V 1/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3777769/24-25 (22) 01.08 ° 84 (46) 07.02,87, Бюл, М - 5 (7l) Научно-производственное объединение по рудной геофизике Рудгеофизика" (72) Н.М, Шагиев (53) 550.83(088,8) (56) Патент СНА - 3555499, кл. 340-3, 1971

Авторское свидетельство СССР

N - 949586, кл. G 01 V 1/38, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N- 934410, кл, G О1 V l/38, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ОЦЕНКИ ЗНАЧЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТРАЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в геофизической аппаратуре, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях. Целью изобретения является повышение точности вычисления оценки значений коэффициентов отражения за счет учета доли энергии, вносимой случайными помехами в отраженный сигнал, Устройство содержит блок управления, измеритель временных 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 коэффициента отражения У =(э„,- э-- э„)/э

Зс где Э (— общая энергия сигнала и помехи; „ — взаимная энергия прямого зондирующего сигнала и помехи;

Э„ — энергия помехи; Э вЂ” 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, 2 ил.,1288645

Изобретение относится к техничес1

К0Н физике и может быть использовано при совместной работе с геофизической аппаратурой, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях, O

Цель изобретения - повышение точности вычисления оценки значений ко эффициентов отражения эа счет учета доли энергии, вносимой случайными помехами в отраженный сигнал.

На фиг.l изображена структурная схема устройства для вычисления оценки значений коэффициентов отражения; на фиг.2 — функциональная схема формирователя упреждения.

Устройство для вычисления оценки значений коэффициентов отражения содержит блок 1 управления, измеритель

2 временных интервалов, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 нормировки амплитуд, блок 5 задержки кодов, коммутатор 6, формирователь 7 упреждения, цифровой согласованный фильтр 8, четыре регистра 9 — 12 и арифметический блок 13. Вход блока

1 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 управляющим вхбдом устройства, а выход 16 — с управляющим входом цифрового согласованного фильтра 8, .магистральный вход которого соединен с выходом коммутатора 6, а магистральный выход через регистры 9 — 12 подключен к входам арифметического блока 13, выход которого соединен с выходом устройства, Четыре управляющих выхода цифрового согласованного фильтра 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 нормировки амплитуд подключен к выходу измерителя 2 временных интервалов 2, второй вход — к первому сигнальному входу устройства, а третий вход — к выходу аналого-цифрового преобразователя 3, вход которого соединен с вторым сигнальным входом устройства.

Формирователь упреждения содержит два триггера 17 и 18, две схемы И

19 и 20, счетчик 21, реверсивный счетчик 22, регистр 23, схему 24 сравнения и схему 25 выделения первого импульса, причем вход последней соединен с входом 14 формирователя

7 упреждения и первьми входами схем

И 19 и 20, а выход — с первым входом триггера 18, второй вход которого соединен с входом 15 формирователя

7 упреждения. Первый выход триггера

18 соединен,с вторым входом схемы И

20, а второй выход — с первым входом триггера 17, выход которого под25 ключен к второму входу схемы И 19, выход которой соединен с входом счетчика 21и вьтчитающим входом реверсивного счетчика 22, суммирующий вход которого подключен к выходу cxe3g мы И 20.

Магистральный выход реверсивного счетчика 22 подключен к магистральным входам регистра 23 и схемы 24 сравнения, выход которой соединен с выходом 16 формирователя 7 упреждения. Выход счетчика 21 подключен к управляющему входу регистра 23 и второму входу триггера 17, а второй магистральный вход схемы 24 сравнен ния соединен с магистральным выходом регистра 23, Устройство предназначено для совместной работы с сейсмоакустической аппаратурой. Командный импульс, совпадающий по времени с созданием звуковой волны в воде, через первый управляющий вход поступает на блок 1 управления, где по его переднему фронту формируются импульсы запуска измерителя 2 временных интервалов, аналого-цифрового преобразователя 3, блока 5 задержки кодов и формирователя 7 упреждения, Импульсы запуска представляют из себя последовательность импульсов. с периодом Т = 1/Е >, где f — частота дискретизации ана9 лого-цифрового преобразователя 3.

В измерителе 2 временных интервалов производится подсчет импульсов

1288645 запуска и формируется код текущего времени t . = iT, последний подается на первый вход блока 4 нормировки амплитуд, на второй вход которого через первый сигнальный вход устрой- 5 ства поступают коды коэффициентов передачи излученного и отраженного сигналов.

Аналоговый сигнал с приемной системы r сейсмоакустической аппаратуры через второй сигнальный вход поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где он преобразуется в цифровую форму. 11ифровые коды с аналого-цифрового преобразователя

3 подаются на третий вход блока 4 нормировки амплитуд.

Блок 4 нормировки амплитуд, в общем случае, представляет собой арифметическое устройство, которое реализует следующую формулу:

А = А.

1 К ° пер

25 где Л„ — нормированная (приведенная к 1 м) амплитуда входного сигнала;

А, — текущее значение амплитуды входного сигнала; 30 текущее время (время от ко.мандного импульса до момента измерения текущего зна— чения амплитуды входного сигнала);

К„„ — коэффициент передачи сигнала в тракте сейсмоакустической аппаратуры, В частном случае, если К„, представляется как 2, блок нормировки амплитуд может содержать умножитель для получения произведения А; . t; и регистр сдвига, на котором осуществляется деление на К„,р путем сдвига вправо кода полученного произведения 45 на i разрядов.

Нормированные текущие значения амплитуд подаются на первый вход коммутатора 6 непосредственно, а на второй вход его через блок 5 задержки кодов. Последний представляет собой блок памяти с последовательной записью считывания кодов. Регулировка времени задержки кодов осуществляется путем выбора числа ячеек памяти п, участвующих в режиме запись считывание. Управление коммутатором

6 осуществляет цифровой согласованный фильтр 8, коды амплитуд на который подаются с коммутатора 6 ° В 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 em таким образом, что выход блока 5 задержки кодов оказывается подключенным к входу цифрового согласованного фильтра

8, который по сигналу "Конец записи" переходит в режим фильтрации. Время задержки кодов равно длительности импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра 8, поэтому на вход последнего подается снова прямой зондирующий сигнал, только задержанный на время Т,р = n Т. Через время Т на выходе цифрового согласованного фильтра 8 появляется сигнал, амплитуда которого равна энергии прямого зондирующего сигнала: где 8 „ — амплитуда выходного сигнала цифрового согласованного фильтра;

Т -n,T — длительность импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра, равная длительности зондирующего сигнала;

Т вЂ” интервал дискретизации;

n — число отсчетов импульсной о характеристики;

Я вЂ” амплитуда зондирующего

"з сигнала;

Э„ — энергия прямого зондирующего сигнала °

Кроме того, через время Т,р цифровой согласованный фильтр формирует управляющую команду "Конец фильтрации", которая поступает на регистр

9 и записывает код Э в этот резс гистр, Импульсы запуска блока 1 управления поступают также через вход 15

1288645 формирователя 7 упреждения на первые входы схем И 19 и 20 и на вход схемы 25 выделения первого импульса (фиг,2). В последней из серии импульсов запуска выделяется первый им- 5 пульс, который поступает на вход триггера 18 и устанавливает его в единичное состояние, разрешая тем самым прохождение импульсов запуска через схему И 20.на суммирующий вход

10 реверсивного счетчика 22, в котором формируется код числа импульса и подается на схему 24 сравнения. В последней производится сравнение текущего кода с кодом, зафиксированным

15 в регистре 23, который представляет код времени (Т,) распространения звуковых колебаний по пути излучатель — дно — приемник, при предыдущем зондировании с учетом вычета со20 держимого счетчика 21 (3T ) .

При поступлении импульса 11Дно" с высокочастотного эхолота сейсмоакустической аппаратуры через второй управляюший вход устройства и вход 15 формирователя 7 упреждения на второй вход 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 выхода триггера 17 поступает на второй вход схемы И 19 и импульсы запуска начинают проходить через эту схему на вычитающий вход реверсивного счетчика 22 и на вход счетчика 21, емкость которого выбрана равной Зт, При заполнении емкости счетчика 21 в нем формируется импульс переполнения, который поступает на второй вход триггера 17, сигнал с которого запрещает прохождение импульсов запуска через схему И 19, Кроме того, импульс переполнения поступает на управляющий вход регистра 23 и переписывает код содержимого реверсивного счетчика

22 (Т вЂ” ЗТ ) в регистр 23, Во время работы реверсивного счет50 чика 22 на суммирование, текущие коды числа импульсов в схеме 24 сравнения сравниваются с кодом (Т, — ЗТ ), записанным в регистре 23, и при их равенстве в схеме сравнения вырабаты55 вается команда, которая поступает на второй управляющий вход цифрового согласованного фильтра 8 и включает его в режим фильтрации. В это время сигнал с приемной системы сейсмоакустической аппаратуры, поступающий на вход устройства, представляет "чистую

It помеху, а в качестве импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра 8 используется запомненный прямой зондирующий сигнал, Через время Т на выходе цифрового согласованного фильтра 8 появляется сигнал, амплитуда которого равна "взаимной" энергии прямого зондирующего сигнала и " чистой" помехи.

S „,„ (т ) = S ÄÄ (n т) ьо

- S t(n -К)т) S,$(n,— К)Т1 = Э„„, К=1 гце S „„(ò,)= амплитуда сигнала на выходе цифрового согласованного фильтра; амплитуда зондирующего сигнала; амплитуда помехи на входе цифрового согласованного фильтра; взаимная энергия прямого зондирую-. щего сигнала и помехи.

В это время в цифровом согласованном фильтре 8 вырабатывается управляющая команда "Конец фильтрации, которая поступает на управляющий вход регистра 10, записывая 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, и переводит последний в режим записи импульсной характеристики. Так как в это время сигнал на входе приемной системы сейсмоакустической аппаратуры еще представляет чистую помеху", то в качестве импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра 8 запишется "чистая помеха" ° Через время Т, вырабатывается команда "Конец записи", которая поступает на коммутатор 6 и переключает его, подключая выход блока 5 задержки кодов к входу цифрового согласованного фильтра 8, и переводит

1288645

15

50 последний в режим фильтрации. В это время аналоговый сигнал на входе устройства все еще представляет "чистую помеху", поэтому через время Т на выходе цифрового согласованного 5 ,фильтра 8 появляется сигнал, амплитуда которого равна энергии помехи:

$ „1(п -K) T j $ ((и, -К) Т )

Ки) ho

= $ ((п — К) Т 1 = 3„

К=1 и

$

S — амплитуда помехи на входе цифрового согласованного 25 фильтра;

3„ — энергия помехи на входе цифрового согласованного фильра, 30

Одновременно с этим в цифровом согласованном фильтре 8 вырабатывает.— ся управляющая команда Конец фильтрации", которая поступает на управляющий вход регистра ll записывая в него код Э, на управляющий вход коммутатора 6, переключая его так, I чтобы выход блока 4 нормировки амплитуд был непосредственно подключен

40 к входу цифрового согласованного фильтра 8, и переводит последний в режим записи импульсной характеристики. Так как из кода времени до прихода отраженного сигнала вычитается 45 код времени, равный трем длительностям импульсной характеристики — ЗТ, 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 фи ьтра 8, и переводит последний в режим фильтрации.

На вход цифрового согласованного фильтра 8 подается задержанный сигнал и через время Т на выходе его появляется сигнал, амплитуда которого равна энергии смеси сигнала с помехой.

S (Т) =S„,„(ïт) =)."((S., ((n К)Т) К„((и.-К)Т)))и

KnI х f S„((n -K)7) + S„((n,-К) Т)) (иО (= KgS., ((n -K)T) + 2$, r (п -К)Т j x

К 1 х $ „((и — К)Т) S, (и -К)т)) =

3 + 23 „+ Э„= Э где $вв(х (T

S — амплитуда отраженного сигнала на входе цифрового согласованного фильтра;

S„ — амплитуда помехи на входе цифрового согласованного фильтра;

3„ — энергия отраженного сигнала;

Э„„ — взаимная энергия отраженного 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 и

1288б45 вычисление оценки значения коэффициента отражения по следующей формуле:

-Рэ „- э„

5 э Э л где V — оценка значения коэффици3 ента отражения; общая энергия сигнала и сп 10 помехи; коэффициент, который выбирается экспериментально;

Э вЂ” взаимная энергия прямого зсмк зондирующего сигнала и помехи;

Э„ — энергия помехи;

Э вЂ” 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 рас- 25 четы, погрешность определения значений коэффициентов отражения сильно зависит от соотношения .сигнал/помеха — d, Так, при d = 15 погрешность составляет 57, а при d = 7 погрешность возрастает до 157 ° В связи с этим необходимо учитывать долю энергии помехи вносимой в отраженный сигнал, В предлагаемом устройстве учитывается как энергия помехи, вно35 симой в отраженный сигнал (в случае стационарности помех), так и "взаимная энергия отраженного сигнала и помехи, а так как в вычислениях энергий используются нормированные значения амплитуд, то можно подобрать коэффициент 1 таким образом, чтобы компенсировать указанную взаимную" энергию взаимной энергией зондирующего сигнала и помехи, тем самым повысить точность вычисления оценки значений коэффициентов отражения.

Формула изобретения

1, Устрсйство для вычисления оценки значений коэффициентов отражения, содержащее блок управления, вход которого соединен с первым управляющим входом устройства, измеритель вре55 менных интервалов, аналого-цифровой преобразователь, блок задержки кодов, управляющие. входы которых соединены с выходом блока управления., два регистра и арифметический блок, вход которого соединен с выходом первого регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности вычисления 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 блока управления и первым управляющим Вхо дом 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, четыре управляющих выхода цифрового согласованного фильтра подключены к управляющим входам соответствующих .регистров, пятый управляющий выход — к управляющему входу арифметического блока, 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 задержки кодов, вход последнего соединен с выходом блока нормировки амплитуд, первый вход которого соединен с первым сигнальным входом устройства, второй вход — с выходом измерителя временных интервалов, а третий вход — с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход последнего соединен с вторым 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 выJ2

1288645

ynpcr щи

СУЯН

Hb V уп

fOQ ход — с первым входом второго триггера, выход которого подключен к второму входу второй схемы И, выход которой подключен к входу счетчика и вычитающему входу реверсивного счетчика, суммирующий вход последнего соединен с выходом первой схемы

И, 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 сравне5 ния соединен с выходом формирователя упреждения, а второй магистральный вход схемы сравнения соединен с магистральным выходом регистра °

Составитель H. Журавлева

Редактор А. Шандор Техред В.1(адар. Корректор И. Эрдейи

Заказ 7805/45 Тираж 752 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4