автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование организации и возможностей оптимизации цифровой системы сбора геофизической информации для морской сейсморазведки

1. Введение. - з.

2.Исследование структур цифровых ССГИ в сейсморазведке,- 7. 2,1.Обзор цифровых ССГИ в сейсморазведке и их анализ. - 8.

2.2.Постановка и формализация задачи оптимизации

ССГИ для морской сейсморазведки. - 26.

2.3.Выбор структуры цифровой ССГИ для морской сейсморазведки. . 35. Выводы. - 41.

3.Оптимизация системы сигналов в цифровых ССГИ. - 42.

3.1.Свойства цифровых систем сигналов, - 42. 3.2.Организация и структура модемов сигналов Уолша. - 79. 3.3.Методы формирования сигналов Уолша. - 94.

Выводы. - 114.

4.Помехоустойчивость ССГИ)на сигналах Уолша. - 115. Выводы. - 129.

5.Методы инженерного расчета ССГИ на сигналах

Уолша. - 130. 5.1.Описание канала связи матрицей перекрестных искажений. - 130.

5.2.Проектирование цифрового сейсмического канала. - 138.

5.3.Методика инженерного расчета ССГИ для морской сейсморазведки на сигналах Уолша. - 145. Выводы. - 148. Заключение. - 149. Источники. - 151. Приложения. - 158.

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года предусматривают: "Обеспечить создание и выпуск цифровых сейсморазведочных комплексов для проведения геофизических работ по разведке нефти, газа и других полезных ископаемых". Существующие системы сбора геофизической информации /ССГИ/ для морской сейсморазведки на базе сейсмостанций ССЦ-2,"Прогресс" и аналоговых сейсмокос не удовлетворяют высоким требованиям по надежности, динамическому диапазону, количеству каналов, спроектированы для сухопутья и не являются оптимальными для морской сейсморазведки. Вопросы оптимизации цифровой ССГИ для морской сейсморазведки не были предметом специального исследования. Поэтому в настоящее время тема диссертационной работы является актуальной.

Как правило в ССГИ в качестве носителей информации используются . синусоидальные колебания или периодические последовательности импульсов, а частотное и временное уплотнение каналов является традиционным /1,2,3,4,5,6,7,8/. Однако с развитием теории сложных сигналов появился новый вид разделения каналов -кодовое разделение каналов, основанное на использовании сложных сигналов, и в частности на сигналах Уолша /3,9,10,11,12,13,14/. Сигналы Уолша нашли широкое применение в таких областях как уплотнение телефонных речевых и цифровых трактов передачи /3,9, 15,16,17/, цифровая фильтрация /18,19,20,21,22,23/, анализ, синтез и обработка сигналов /10,13,24,25,26,27,28/, сжатие информации/3,13/, определение динамических характеристик объектов управления /28,29/. В работах, связанных с использованием сложных сигналов в технике связи, не рассматриваются вопросы передачи информации в распределенных структурах, которыми являются ССГИ, и влияния частотных свойств линии связи на сложные сигналы для этого случая.

В связи с этим целью настоящей работы является:

- исследование возможностей оптимизации цифровой ССГИ для морской сейсморазведки;

- исследование возможностей применения в цифровых ССГИ для морской сейсморазведки кодового разделения каналов на основе использования систем сложных сигналов: Уолша, Хафмена, Хаара, Радемахера;

- исследование методов формирования сигналов - носителей информации в ССГИ для морской сейсморазведки;

- исследование влияния частотных свойств канала связи на канальные сигналы в цифровых ССГИ для морской сейсморазведки и разработка рекомендаций по расчету цифрового сейсмического канала и ССГИ с кодовым разделением каналов.

Во втором разделе исследованы.существующие отечественные и зарубежные ССГИ и особенности проведения сейсморазведочных работ на шельфах морей. Осуществлена постановка и формализация задачи оптимизации ССГИ для морской сейсморазведки. Проведен первый шаг оптимизации ССГИ. Выбрана структура ССГИ.

Третий раздел посвящен оптимизации ССГИ на втором и третьем шагах. С этой целью исследованы системы сигналов Уолша, Хафмена, Хаара, Радемахера. Показано, что сигналы Уолша являются оптимальными для ССГИ в морской сейсморазведке. Исследованы модемы и формирователи сигналов Уолша с целью минимизации энергопотребления.

Четвертый раздел посвящен исследованию помехоустойчивости ССГИ с кодовым разделением каналов на сигналах Уолша.

Пятый раздел раскрывает вопросы инженерного расчета ССГИ на сигналах Уолша. Дана методика инженерного расчета цифрового сейсмического канала и ССГИ в целом.

В заключении работы приведены основные выводы.

Научная новизна. Решена задача оптимизации ССГИ, что позволило получить новую ССГИ с кодовым разделением каналов на основе сигналов Уолша, которая обеспечивает высокую пропускную способность /в 4 раза выше чем в ССГИ с временным разделением каналов/ при высокой надежности и низкой вероятности ошибки при воздействии импульсных помех /в 2 раз выше чем в ССГИ с временным разделением каналов / г? - порядок системы сигналов Уолша//. Этот новый результат разрешает основное противоречие существующих ССГИ с временным разделением каналов, которое заключается в том, что они не могут одновременно обеспечить и высокую пропускную способность, и высокую надежность. Тем самым открываются новые перспективы на пути создания многоканальных ССГИ для морской сейсморазведки. Разработан новый метод формирования сигналов Уолша и разработаны новые формирователи сигналов Уолша, реализующие этот метод и позволяющие получить малое энергопотребление.'Впервые получены соотношения для расчета пропускной способности ССГИ для морской сейсморазведки с кодовым разделением каналов на основе сигналов Уолша и даны рекомендации по расчету цифрового сейсмического канала и ССГИ на сигналах Уолша.

Практическая ценность. Решение поставленных задач позволило развить аспекты проектирования ССГИ для сейсморазведки, показать пути эффективного использования технических средств и пути построения оптимальных систем в сейсморазведке.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы не только в морской и сухопутной сейсморазведке, но и при проектировании систем передачи и обработки цифровой информации.

Практическая полезность и новизна разработанных устройств подтверждается авторскими свидетельствами СССР и решениями Государственного комитета при Совете Министров СССР по делам изодретений и открытий на выдачу авторских свидетельств.

Реализация результатов работы. Тема диссертационной работы • тесно связана с планом основных научных работ НИИМоргеофизика, при этом в основу диссертационной работы положены материалы исследований, выполненных лично или при непосредственном участии автора по темам 88-80 и 35-82 в период с 1980 по1983 г. Результаты научных исследований, полученных в диссертации, использованы: Краснодарской опытно-методической конструкторской партией ПГО "Центргеофизика", научно-исследовательским институтом" "НИИМоргеофизика" ВМНПО "Союзморгео" и "ВНЙИгеофизика" НПО "Нефтегеофизика". Экономический эффект от использования в этих организациях результатов, полученных в диссертации, составляет 235,3 т. рублей.

Публикации и апробация результатов работы. По теме диссертации опубликовано 10 работ. Материалы диссертационной работы обсуждались на ученом совете научно-исследовательского института НИИМоргеофизика ВМНПО "Союзморгео", на семинарах кафедры А и Т и кафедры АСУ Таганрогского радиотехнического института им. В.Д. Калмыкова.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов с выводами, заключения и приложений; содержит 157 страниц машинописного текста, 63 рисунков, 10 таблиц, список используемой литературы из 85 наименований, всего в диссертации 165 страниц.

ВЫВОДЫ:

I. ССГИ с кодовым разделением каналов на основе сигналов Уолша в 4 раза эффективнее используют отведенную полосу частот чем ССГИ с традиционным временным разделением каналов и простыми сигналами, что позволяет увеличить пропускную способность ССГИ в 4 раза.

2. В ССГИ для морской сейсморазведки следует применять ШЧ не выше шестого порядка и формат информационного слова с плавающей запятой 8+12 бит.