Устройство подавления шумов в сейсмических сигналах
ОП HCAH HE
ИЗОБРЕТЕНИЯ.
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических
Респубпик
<о960693 (Г(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.03. 81 (21) 3255680/18-25 с присоединением заявки ¹ (51) М.Кл з
G V 2/28
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53) УДК 550.834
{088. 8) Опубликовано 23.0982. Бюллетень ¹ 35
Дата опубликования описания 23.09.82
К.М.Порожняков, М.В.Рапопорт, В.A.Т и В.И.Окулов
I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПОЦАВЛЕНИЯ ШУМОВ В СЕЙСМИЧЕСКИХ
СИГНАЛАХ
Изобретение относится к сейсми- . ческой разведке и предназначено для подавления шумов в сейсмических сигналах.
При.сейсмической разведке с использованием поверхностных источников возбуждения необходимо производить накапливание принимаемых сейсмических сигналов для улучшения отношения полезный сигнал/помеха. При.менение в накопителе дополнительных эФфективных устройств для подавления шумов может существенно улучшить отношение полезный сигнал/помеха, что позволяет при малом числе накоплений получать результаты более высокого качества, чем при большом числе накоплений без помехоподавляющих схем.
Сокращение необходимого числа накоплений позволяет уменьшить общее время регистрации колебаний, что ведет к повышению производительности полевых сейсморазведочных работ.
Известно устройство для преобразования сейсмической информации, содержащее цифровой интегратор и фильтры Е13.
Недостатком устройства является отсутствие схем для подавления помех с частотным составом, близким к сейсмическим колебаниям.
Наиболее близким техническим решением является цифровой накопитель сейсмических сигналов, содержащий устройство для подавления шумов, состоящее из блока уставок порогов, компаратора, выход которого подключен к входу селектора. помех, выход которого соединен с входом. цифрового интегратора (2).
Однако известное устройство характеризуется недостаточной эффективностью подавления стационарных помех и, как следствие этого, низкая производительность сейсмо- разведочных работ.
Недостаточная эффективность подавления стационарных помех обьясняется принятым принципом действия, который основан на поочередном сравнении каждого отсчета текущего возбуждения и среднего значения от- счетов трассы от навала записи до .текущей выборки. Если амплитуда отсчета текущей выборки превышает ареднее значение, умноженное на пороговую константу, выставляемую блоком уставок порогов, то такой отсчет считается искаженным помехой, и его, 960693 значение уменьшается селектором помех.
Известно, что сейсмические помехи бывают двух типов: импульсные, длительность которых много меньше длительности сейсмической записи, 5 и стационарные, длительность которых близка к длительности сейсмической записи. Данное устройство способно обнаруживать только импульсные помехи, амплитуда которых су- .10 щестненно пренышает средний уровень; сигналов сейсмограммы. Стационарные же шумы (микросейсмы, шум работающих двигателей, проезжающий транспорт и т.п .) не обнаруживаются f5 и не подавляются. Это вынуждает компенсировать недостаточную эффективность подавления помех, увеличением числа накоплений, что приводит к снижению производительности полевых ;щ работ.
Цель изобретения — повышение эффективности подавления стационарных шумов в сейсмических сигналах.
Поставленная цель достигается тем, 5 что н устройство подавления шумов в сейсмических сигналах, содержащее блок устанок порогов, выходы которого. подключены к первым входам компаратора, выход которого соединен с первым нходом селектора помех, вы ход которого подключен к входу цифрового интегратора, введены запоминающее устройство (ЗУ) и блок анализа когерентности сигналов, причем . вход устройства соединен с первой ячейкой ЗУ и с первым входом блока анализа когерентности сигналов, выход которого подключен к второму входу компаратора, его второй вход соединен с выходом цифрового инте- 40 гратора, третий вход блока анализа когерентности подключен к последней ячейке ЗУ, средняя ячейка которого подсоединена ко второму входу селектора помех. 45
Принцип действия устройства обес печивает выполнение накапливания сейсмических сигналов с подавлени ем.стационарных помех. Подавление помех основано на статистическом анализе когерентности (подобия) накаплива-, емых сигналов.В скользящем временном окйе для каждого сейсмического канала вычисляется оценка когерентности сигналов текущего воэбужде- 55 ния и ранее накопленных.
В статистической теории сигналов применяются несколько различных оценок когерентности.сигналов. В предлагаемом устройстве можно.ис- 60 пользовать некоторые иэ. них. Например, можно использовать коэффициент корреляции 9„ сигналов х; и у н скользящем окне, можно также использовать коэффициент подобия.
Обозначая оценку когерентности для отсчета xj, вычисленную по любому принятому алгоритму, черезов. получаем выражение „ Ltn|n L3 "lmax где величины (и с, определяют пи и г < х диапазон возможных изменений оценки (Алгоритм. подавления помех в общем виде заключается в следующем.
Задается и значений порогов Р>, та,ким образом, что и< "1<Р2<- <Р <
max
Если Р„<, то х861х=х j. Если Рп <<$> Ec JIM Р и 2 (j < Р ХВЬ)х=ху ) - . ЕслиЧЗ<Р1, То хеь1х=о, k < k2 < ° ° < k и - коэффициенты ослабления сигнала. Т.е., чем меньше оценка когерентноати сигналов в данном окне траасй, тем сильнее сигнал ослабляется, вплоть до,нуля. В частности, при n =, 1 алгоритм предельно упрощается до однопороговой схемы. если P < «1, то хеь1х=х если P) 1, то х Sblx= О. На чертеже представлена структурная схема устройства подавления помех для цифрового накопителя сейсмических сигналов. Вход устройства соединен с первой ячейкой стекового запоминающего устройства ЗУ 1 и с первым входом блока 2 анализа когерентности сигналон. Выходы блока 3 устанок порогов подключены к первым входам компаратора 4, второй вход которого соединен с выходом блока 2 анализа когерентности. Выход компаратора 4 подключен к первому входу селектора 5 помех, второй вход которого соединен со средней ячейкой стеконого ЗУ 1. Выход селектора 5 помех подключен к входу цифрового интегратора б, выход которого является выходом устройства и соединен со вторым входом блока 2 анализа когерентности, третий вход которого соединен с последней ячейкой стеконого ЗУ 1. Устройство работает следующим образом. Просмотр сигналов в скользящем временном окне осуществляется с помощью стекового ЗУ 1 бункерного типа емкостью N слов. Запись в его первую ячейку очередного операнда выэынает проталкивание содержимого стека, т.е. сдвиг вправо на один шаг всех зранимых операндов, а содержимое последней ячейки (номер N). выталкивается, если стек заполнен. Считывание данных может производиться иэ первой, последней (Номер N) и средней (номер j) ячеек, где 1<3 N, н частном случае j = N/2. 960693 Блок 2 анализа когерентности про-. изводит вычисления в данном скользящем окне оценок когерентности сигналов текущего возбуждения и ранее накопленных. Технически аппаратурные реализации известных алгоритмов 5 оценок когерентности близки между собой и содержат подобные узлы: сумматоры, умножители, делители и др. В частном случае блок 2 анализа когерентности представляет собой 10 коррелятор. Оценка когерентности сигналов в скользящем окне вычисляется по рекуррентным алгоритмам, согласно которым новое значение оценки g вычис- 15 ляется на основании предыдущей )-1 Это позволяет резко уменьшить число арифметических операций, необходимых для вычислений, и обеспечивает требуемую производительность блока 2 анализа когерентности при малом объеме оборудования. На блоке 3 уставок порогов вручную или автоматически устанавливаются ВНа еННН порогов Р1 i Р Р 3 .Рп 25 Компаратор 4 схемно сравнивает значения оценок когерентности и порогов Р, вырабатывая на выходе сигналы результата сравнения. Селектор 5 помех в зависимости от сигналов компаратора 4 пропускает отсчеты редактируемой трассы беэ искажений, либо ослабляет,их, вплоть до нуля. Цифровой интегратор б осуществляет суммирование с запоминанием в памяти накопленных значений сейсмических сигналов, вызванных различными воздействиями. Перед началом работы оператор задает номер возбуждения (М)2), начиная с которого включаются схемы устройства. Посредством блока 3 уставок порогов задаются значения порогов Р1 †.Рд. Сейсмические сигналы, вызванные первыми (до М) воздействиями, накапливаются в памяти цифрового интегратора б без подавления помех. Затем включаются схемы. подавления помех, и сигналы от возбуждения, начиная с номера И, накапливаются с учетом их когерентности и с подавлением зашумленных участков. Пусть к моменту поступления на вход устройства очередного отсчета сейсмических сигналов хщ устройство йодавления помех включейо, в памяти цифрового интегратора б хранятся отсчеты накопленных трасс, стековое ЗУ 1 заполнено отсчетами x „-x а в блоке 2 анализа когерентйости сигналов хранится ранее вычисленная оценка когерентности Очередной отсчет х„„ запйсйвается в первую ячейку стекового Зу 1 и проталкивает стек, в результате 65, чего выталкивается операнд хщ из последней ячейки (номер N). Выталкиваемый операнд поступает на третий вход блока 2 анализа когерентности сигналов, на второй вход которого иэ цифрового интегратора 6 поступает соответствующий отсчет у ч. Блок 2 анализа когерентности производит вычитание иэ предыдущей оценки 1 членов, содержащих хп,, у, N Затем на первый вход блока 2 анализа когерентности поступает новый отсчет х èç первой ячейки стекового ЗУ 1, а на второй вход блока 2 анализа когерентности из цифрового интегратора б поступает соответствующий отсчет „. Блок 2 анализа когерентности вычисляет новую оценку 1 с добавлением вклада, вносимого отсчетами х и э„, 1согласно рекуррентному алгоритму. Эта оценка, отнесенная к отсчету x,,находящемуся в средней ячейке стекового ЗУ 1, поступает на второй вход компаратора 4, на первые входы которого поступают значения порогов Р„, P>,...,Р„ из блока 3 уставок по" рогов. Компаратор 4 производит сравнение значения оценки когерентности «(co значениями порогов в соответствйи с (1) и вырабатывается сигнал результата сравнения, который подается на первый вход селектора 5 помех. На второй вход селектора 5 помех поступает из средней ячейки (номер j) атекового ЗУ 1 редактируемый отсчет. В соответствии с (1) селектором 5 помех производится ослабление этого отсчета в зависимости от значения оценки когерентности. Полученный в результате отсчет поступает на вход цифрового интегратора б, который осуществляет его суммирование с соответствующим отсчетом у„ ранее накопленных сигналов и записывает полученную сумму в свою память. С поступлением на вход устройства следующего отсчета принимаемых сигналов х,„,„ рассмотренный цикл работы устройства подавления шумов и накопителя повторяется. В.результате накопления сигналов, полученных от заданного числа возбуждений,в памяти цифрового интегратора 6 оказываются накопленными сейсмические сигналы с высоким отношением полезный сигнал/помеха. С выхода цифрового интегратора 6 полученные значения сейсмических сигналов снимаются для дальнейших преобразований. Применение предлагаемого изобретения обеспечивает большой технико-экономический эффект эа счет повышения устойчивости сейсморегистрирующих систем к стационарным шумам. 960693 Формула изобретения Составитель Т.РайковаРедактор С.Патрушева . Техред Л.Пекарь КорректорС.ШекМар Заказ 7269/53 Тираж 717 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 Подавление стационарных помех в процессе записи позволяет существенно снизить число накоплений. Кроме того, увеличение отношения полезный сигнал/помеха в процессе записи дает возможность получать результаты. с большим динамическим диапазоном, что обеспечивает большую глубинность и детальность получаемых структур, что в конечном итоге, способствует повышению эф фективности сейсмораэведочных работ, Устройство подавления шумов в сейсмических сигналах, содержащее блок уставок порогов, выход которого подключен к первым входам компаратора, выход которого соединен с первым входом селектора помех, выход которого подключен к входу циф рового интегратора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повы8 Шенин эффективности подавления стационарных шумов в сейсмических сигналах, в него введены запоминающее устройство и блок. анализа когерентности сигналов, причем вход 3 устройства .соединен с первой ячейкой запоминающего устройства и с первым входом блока анализа когерентности сигналов, выход которого подключен к второму входу компара10 тора, второй вход блока анализа когерентности сигналов соединен с выходом цифрового интегратора, а третий вход подключен к последней ячейке запоминающего устройства, средняя ячейка которого подсоединена к второму входу селектора помех. Источники информации, принятые во вннмание.при экспертизе Патент США Р 3288985, Кл. 235-61.119, опублик. 1966. 2 . Патент США Р 3894222, кл. 235-151 ° 3, опублик. 1975 (прототип);
