автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Обоснование и разработка информационных измерительных систем геоэлектроразведки для изучения комплекса параметров электромагнитных полей вызванной поляризации

лгзкнгРйдскаЁ ОРДКМ лгшош г OPKSBA ОПТЙПРЬОКСИ газдосцш:

ЭЖБЕПЮТВЯЯИЧЕСЖав VkOTBXFt ЕК2ЭК В.К.УЛЫШОБЁ CJaCüö&Hj

йа npsi-ÄX

ТЙХШ5 Иавег Епановнп

всслЕдовдняг к разработка ншкгршцаокжх и:?.чг!>атБльгогх

СИСТЕК ГЕСЭЛЕКТРОРАЗВЕДКН ДЛЯ ВЗУЧЕНИЯ КСМЯДККСЙ ПАРАМЕТРОВ ¡ШХТРОИШЖГШЯ ПОЛЕЙ ВИЗВ&'ХПСЗ волагязоттн

Специальность: С5.11.1Б - Вифорагационно-изксрЕтияы-не сясгсга

•&BT0PE4EPfi?

диссертация на сон станке ученей степени кандидата технических наук

Ленинград 1981

¡?айотл выполнена на заводе ЦПО ~?7Д-

гегз^нзяка"

2аучкий р7ковожиггель -. Оасг. деятель иагкя я техник» РСФСР

доктор теззшчзскаа шик пт>«рессгр Чернивсхий й.й.

-.Фкцга.гькыс олокенты:

дехтггр тггямчгсхи2 иа5Е ¡¡грарвесоэ ЗСснграагсва Г.А.

кандидат тетнггсйстсяI наук доаен-г Крастов £-3.

йсжу^ая оргавиаацка - Зрсяззэ^стветю-гзсдогячЕСЕсе об-ьедн-,,аняе "Южхдпгкьлог'лк"

'¿аяята состоятся " " 1991 г. з час. та за-

сегзмми споакалязироваяпого совета К 060.38.04 Ленянградемго 'тдгиа. Ленина я орде>!а О«тябрьсяой Резорцин электротехнического кнетятута миенп В.2.Ульянова <Ленина) по адресу: Лккйяград, ух Ероф.Попова, £.

С диссертацией мокко озвакскятьса в оиблиотеке ян статута.

йвт!?ре®ера'Г разослал " " 1991 г.

•'чеш^й секретарь сж'.шажизироьаняого совета

Ккрков Й-В.

оаппн хш'ШстЕргстикй vaeüte

Мгтод визваввой яодврязашп» (БП) занюсаст одко мз ввдугпх мест'ь' кокпгсксе геоЗиззячсскнх исследований и ккр'лсо nprassitEscrec у СССР к за ГРС-ехок. О;; основан на «гзгчянии B?opt?^iruz элск.т1>с:хаг:»м-НЫ5 полей, возкисгхЕИЕ кв границе раздела твердей » >з:дгсой сдэ горны* пород под действием искгссггг.спво ссзгавае.чогс элокгргчсс;:».»-го поле. Характер изменений вторичного подя слегаю; об;з.зсх запу-скт о? первичного поля, строений к составе пород, что п&звалЕ-гт использовать кслснке BU при гео^иэнчеекяг вссяедовапкаЕ.

Вопросами теории к практики истода ВК и его тежнйческого обеспечение занимались кногие исегелоыателк, гичккак г ¿tí го геофизика Е.Шлгиберяе, сне в 3912 году прсдгсхлвьсго кяеч п1— пользовании явлйкня ВП с геожог(гчзсмям псла:;к. пзчазо прокчялэк-яого применения метода относится к кокпг пигкдссчги:: годов. Г; го становление и развитие свазамо с работай!: ccpctc^íím и aajwte-jkr,.«* геофкзикоп: В.Я.Дахкова, В.Л.SCcíf аропз., ñ. í- .Коркк.зьц^'са, O.K.Süt.o-ниоаа, С.Н.№йюаш, Л.3.Бобровиккрвд, А.В.Кулвяога, Д.КгеДта, Б.Ьухгсйиа, Д.Марвала,Т.Скгеаа, и др.

В настоящее вреиз режагцее влинякс ка соперЕснстлопапис кото-диси и техяиск измерения ГЛ озсагивает угенень развитая' средсхз хз-керениК.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПГОБЯЕКЫ. Кетод ЕП явлгетсе одпии *з осноглрг, геофизкческиж кетодоп, прииенпеггогг дм поксмссе к разведки кесгг--роиений ргдии* полезли* ископаекаг, используется дха рез:яп»й .-.i-дач гидрогеологии и инженерной геологии. В последнее еракп. кгтог, находит все более яирское прккензгеие при ¡тойceas исстарохде^ий нефти, а также в геологической жарткроиакии. Kíjomc гтоге предпрх-нимаотсв попытки использовать изменений параметров ВС (гарядг с электропроводное?«! к радон другие язракетроп), пабядамжкг дхк-те^ьное ярека ка определенной плс^ад», в калестге предзеетннков землетрясений.

Нарядг с эти*, кетор. ЕП относится к "тг.х.г.'л.«" кэтодак resySK-зипеекяг исследований, т.е. ic методе», «рвбуввдп» больнмг трудозатрат к и*екм;и* откосктелыю больгуа стожость пропсдкг».:х ксследош:-кий. Широкое? применение метода об-.лсияетсе ряде« его ггреккужестг;. среди кготерьгх гхз.вщж является вожчсгность Еыавленмя различных, в той числе мелких, и Егсрапленкнх, к е ст г>р яхч е н я i рудг«ыг полезных к с-

jcoskíck,:*, Потребности а сырье ва«гжда»т производить п.висхя все 6о-•я.-* я г^убозо аазегавднх объектов в tíoaee трудиык геологи-

jc.icsííHs. В саязк с э-пн агтуальна задачи aosáscáfti эконо-схг-й п гйсяогкчсской эффективности исследований. ДМ реяеиия -г«-,..'_•.jhkv.1 ' зазач тр^б^ется соверягксггвованиЕ инфорийдионкыг изнерн-?iíí.r. гз ся:_тэм ггоздэктрораззадхи «етодея SO (SHC 2В). Бурное рази:-™-"-. -цементной «jasar а, э частности, микропроцессорной техники .юзвсхгст реализовать s полевой аереиосноа аппаратуре достаточно rjciiKí гау»кг.аи. Однако, это требует уазработзи новых принципов построакие I-ITÍC 3FI и созерягветэования гагсритлов обработка гео-.¡лектрора пьсдочня х сигналов.

iíFJ2úD PnscTLf авгавтса теоретическая и практическая разработка ЗИС СИ а чх улгтрологнчестсого обеспеченна, испытание разработанной аппаратуры з лайораторшл а производственных услооияг и эпедрение -а в производство.

осзозянхи задачами работы авдяэтся-.

-- -irfasxa аозможкиз путей совергекствованая ЯНС ВЦ с межи) по-звиэния геологической а зкономкпссзсой 1зФфективностн гэрфиэячесхих работ;

- исследованхя скгиадоз и псигх, де11СТВ4лскил при нрсаеденяи г гс элегтоорг.->oes,очныz работ;

- пояск алгоритмов цедавой обработки геезлежтроразаедочных сигналов, о6еспгчнва»ця2 высокую пoseнеустойчивость измерительных устройств;

- определение требуемыл гарактгристкх измерительного' канала, и s: и как з i-.p у*г аппарата»*! избыточность- ИЯС ВП при оадааяой допустимой погреияоети оценивания целезыл параметров;

- реализация разработанных алгоритмов я устройств, экспериментальное исследование опытных образцов аппаратуры в лабораторных л пелеаых 7слозиаз.

ЗЛГЧНДЯ ЗОВКЗНй проведенных исследований состоит в следующем.

1. Наследована характеристики горизонтальных компонент электрического поля искусственного и естественного происхождения в диапазоне частот от 0,01 до 100 Гц, накоплены з цифровом виде ласси-зы записей реальных сигналов.' Рассмотрены иоде ля сигналов и помех, глрахтзрнах для геозлектроразведхи.

Z. Иоят^сн оптимальный алгоритм целевой.обработки геоэлехтро-Г-азЕедочные сигналов для цифровых 5ШС ВЦ.

- s -

S. Ьыпохмек анализ погрешностей: акт-^ктгд'Мi и ft-аоози: nape-pos БЕ прй кногсчастогшлг йа»е?>еняЕг в схзлае «яыоаеккс чаете-: хроипзгцкв измерительного к гекергтсрногс. устройств E.T'J F-П.

4. ¿¡оказана возможность скигенис чзсгетк двсгрстЕзааич errar-ЕЕ, *7ТС ПОЗВОЛЯЕТ рЗСЕКрИТЬ дкапгэок рабочкг чзстст ERZ я?::

анкчемшоп частоте дкегяэгтазгцим обргбЕгляаенсго сягкггь.

аны" ггсгрегностк нзмереккй ампхктзгддах к фззозш; парансгро.-.' i;..

кнгсаение велел ствие дискретизации заЕукденного псг*одячссго~.>

k2xí.

5. Падзгчеаы кгрзяекгя дха определении требуексго чкс-ее. гаг?;-апгаого-цифрового - преобразователи:, веходв кз допустимого у»е-

¡*hhs погрсвшестей акпгктудно-фазевме тара«стров еп, зкзбаккмг нтованкем обрабатываемого сягнажа.

6. Разработана я иссдедова»!Ы одяоканадыше к кногок^кхдышс ■ройсхва цифровой обработки геоэдекТрораззедсшна сигналов, uS-¿авяие повывенкоб точность» к прокзводнтегьноеть», насопой стс— tbc универсальности в автоыатхз&ци»! процесса. игаеренкЕ.

7. разработаны методики поверкк ИЗС дли ■честотпого варианта >сда ЕП.

Новизна шоккретикг технически* реаенкй подтверждена пять» et— )сзсяи« езвдетедьетиаки.

ЕРДКТНЧЕСЕАЯ ЦЕННОСТЬ состоит в разработке и внедоекмя р гг"--5сдство иобые измерктедыгнх си стек геоэлектрегразьедпк, обхадав-t по сравнению с сгзсстззтмеикк боаее висской точкостье, г.ойехг— гсйчнвость» к прсизвсдигедьность», засопэй степень» егтм-^тг--.--¡i процесса яодученке и обработки измерительной ^"с,

Еснечво* итоге, позволяет сократить стоимость гесй!"5!гческкх ис-адозанмй и проводить повеги в райснад с бедее слосяяяш гееяоги-скюен j-ciOBKaJtíí. Z'aapsfierüHias м гггкергяеннгп жетадкга эоверп: зггедяет контролировать меггрояогкческие г&ргктеркстики к кг вину яге к эЕслгуатацвк.

B2E.2P2SEE РДБОТК. Результата работы кепехьзолыы в вкпус.чае-й заводом "КззгеоФкзпркбор" аппаратуре SS3-20Í, а таг. яе в батываелой в СКВ завода аппаратуре 32H-20S, вапусп которой яха-руется на 1933 г. В 1390 г. ваютеко 5 гсмгздестов аппаратуры 3-204, н в 1991 г. запланирован выпусг. 2D комплектов. Утвергдев-ñ готовой экономический эффект от исяодьэоаанке одного кокпле-гта паратурв 2£3-204 составляет 10451 fi'S.

аппаратура 2НН-204 аттестована, как средство измерений я е «¡на в государственный реестр.

Результата знедрениа подтверждена актами о виедрснях.

МРОЕДЯНЯ осяоанид пслохеняЯ работы поводилась на: V Зсесг поя яокаере1щян "'Задехяость и качество фуэнщяогшроваямд иифоряв окиых сгтс& и их элементов" СЗозоскеарск, 1385 Г.}; 71 Рвсяу£ гансгаЯ нагчнс-тезеткческой гсонференции молодых учены* я спецза; тез геологов, (Караганда, 1986 г.); Всвеоазной ваупно-твяпиче« сгьФ@ренцнк "йзтоматизаиаа проектирования я управления кжчесг: !.лсжм, 1381 г.); встрече специадястов "Зсяодьзованяе вича< тчдъней и микропроцессорной техники при разработке гэсщязиче-аптасатури" {Яосхза, ВЛНХ, 1Э8в г.).

Образея аппаратуры ЭИВ-204 эссяонхровадся на иеядунароз -нставхе "Ггологая 90" (Иостгза, 1330 Г.), и ка заставке "Наухг

гугним в ссс?" {лс-гин, жаг, 1эзз г.).

ГГТБЛЗЗыШЗЗ. Но теме диссертации опубдыхеганно 13 печатныл ■5от, з тс« чясде подучено 5 авторских сзадь;тягьстз.

СТРУЭТУРй Я СЕъйК РаБОТЫ. Диссертация состоит аз оенст пасти и придозеяии. Основная часть содержат ввядекаа, три г_г; ааключгние я список литература, изложенные на 135 страница! ж ¡¡опасного текста. Работа ядлхстрхрована 31 рисунком и 7 таблицг Сп-нсск литературы содержат 46 наяменованкй. В прндежевяя праве: акты о знздргкнн.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

БО БВ2Д2ВНН обоснована актуальность выбранной тема, граткаа зарактеристиха работа, сформулирована ее цель, приве, результата к осяозкыг положении, бынос!оше на зажхту.

а П2РЕСЙ ГЛ2Ш£ кратко описаны явление ВН. методы измерен»: изучаемая при -том параметры. При зтса рассмотрена уярсве структураал езеиа ШС 2П„ которая, в общем случае, состоит иа ;'.е?аториого (ГУ) и измерительного (НУ) устройств. Зкисднен ал тягзадов и поа«ж, дейстзувдих при проведении гаоэлектроразведо газот нетсдаян 52 я сопротивлений. Рассмотрены записи реал таг:<а.доз, подученные з ижрровом виде при помощи эксперименталь -асасца аппаратуры 22Н-205, приведены результаты обработки .'а пи сея та 3231. ях спектральные характеристика. Исследованы га

- ъ -

теристики горизонтальны* компонент электрического падя искусственного и естественного происхождений з диапазоне частот от 0,01 до 100 Гц. Показано, что наиболее подходящим описанием сигналов ЕК является представление их ъ гармоническом ортогональном базисе. Г промышленных районах значительную интенсивность имепт периодические помехи частотой 50 Гц. Спектральные линии этой помехи обычно не совпадают со спектральными линиями полезного сигнала. Ккааннр помехи, обусловленные различными случайными факторами, представляют собой смесь флуктуационных н импугьснык помех, и имеют непрерывный частотный спектр неравномерный по частотной оси с резки»-: под-ьекои в области низких частот. Значительная часть энергии та г ¡г г помех обычно лежит в области частот, находящихся нкге первой гаг-ионики полезного сигнала. Для борьбы с псиегами в ИКС геоэлектро-разведкн с успехов может бить применена. частотная к статистическая предварительная фильтрация сигналов. На основе анализа сигналов и помех предложено устройство, позволяющее форкировать электричгску» модель геоэлектроразведочныЕ сигналов, близких к реальным. Это устройство кокет быть полезно при проведении различных исследований и апробации ИИС геоэлектроразведкк на всех этапаг се разработки.

Далее в главе рассмотрены недостатки суцествутащз ВДС ВП н предложены пути совершенствования КИС с целью повьтешия геологической и экономической эффективности геофизических исследований. совершенствование КИС ВП с целью увеличения геологической эффективности исследований возможно за счет повышения точности и достоверности регистрируемой информации и увеличения информативности измерений. Показано, что одной из вахнейВйж вдвакгеристип ИКС ЕП, определяющей стоимость и качество проведения исследований, является помехоустойчивость ее ИУ. К преимуществам частотного варианта метода ВП относят его повышенную помехоустойчивость к аддитивным электромагнитный помехам, реализуемую за счет узкополосной Фильтрации. Кроме тог-о, что аналогозые фильтра на частотах в районе? 1 Гц (типичных для метода ВЯ) реализуются с болыгнми тесннческики трудностями, применение высокодобротннх фильтров приводят к недопустимо больному увеличению времени установления сигнала на выходе Фильтров. Ввиду того, что трудно обеспечить высокую температурную стабильность частотных характеристик таких Фильтроз, возникает необходимость в периодической калибровке измерительного канала. Указанные особенности аналоговых Фильтров стр5Ййтёльно сказываются на

процззбдительности геофизических исследований. Предпочтительным аукнется применение в ИИС ВП цифровых фильтров, которые обладают днраккх разнообразие!« и Ей с ока А стабильностью передаточных характер« етйк.

Снижение трудозатрат и поеыаение производительности проводимых сл.6от методам ВП может быть обеспечено путем сокращения времени измерения непосредственно на каждой точке и на выполнение вспомогательных операций, а так же уменьиения численности обслуживающего персонала- резервом повыаения эффективности геофизических работ является автоматизация всех этапов получения и обработки измерительной информации. Перспективным представляется хомпдексирова-ние в одном измерительном устройстве функций, выполняеммых а настоящее время различной аппаратурой, предназначенной для исследований несколькими методами.

Наиболее просто реализация указанных направлений мохет быть обеспечена путем создания ИИС ВП нового поколения на микропроцессорной основе. На основании анализа функций, выполняемых ИИС ВП, и современных требований, предъявляемых к ним, предложено устройство для обработки геоэлектроразведочных сигналов.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвзщена выбору.исследованию и реализации алгоритмов и устройств цифровой обработки сигналов для ЛИС геоэлектроразведки. Основное внимание уделено вопросам, связанным с разработкой измерительных устройств для частотного варианта метода ВП.

Зачастую при проведении геоэлектроразведочных работ для возбуждения искусственных электромагнитных полей используют периодически изменяющийся электрический ток известной частоты « , как правило, в виде прямоугольных импульсов равной длительности чередующейся полярности с паузами или без пауз. Такой ток, а следовательно, в случае линейной реакции среды, и все измеряемые сигналы имеют дискретный частотный спектр, содержащий ряд нечетных гармоник. С учетом помех сигнал, поступающий с датчика электрического иди магнитного поля, можно рассматривать как аддитивную смесь з(1)=з(-Ь)+иСЪ) , где а(-Ь) -.периодический сигнал той же частоты и 'неизвестной формы, являющийся реакцией среды на первичное воздействие, а и(Ъ) - процесс, обусловленный случайными Факторами.

В частотном варианте метода ВП информационными параметрами обрабатываемого сигнала являются амплитуда и Фаза нескольких (чаще двух) гармонических составляющих этого сигнала. Яри этом случайный

гигнал u(t) и выспне гарионичесхие составляющие периодического .•крнала s(t) являются помехой.

В работе реяаетск задача построения частотного фильтра, нак-сучяим образом Выделяющий некоторую k-а гармоническую составляю«?*) толезного сигнала ait) на частоте kw,, . Фильтр долген иметь как «охио еджре узкую полосу пропускания вокруг частоты fc-w, и как «окно лучше подавлять сигнал ра всем остальном частотном диапазоне. Показано, что репение задачи в такой постановке, в классе линейных интегральных операторов, для оценок амплитуды и фа?,ы кт-рй гармоники сигнала s(t) приводит к вычислена коэффициентов разлог

дения сигнала в ряд фурье:

т

сг= ~~ J sdOexpi-jkw^tJdt

с

Частотный коэффициент передачи такого фильтра равен К {jw) = 2 з1пК*-кн„)Т/2}/{Т(н-Ъ*с)} г

Время наблюдения Т должно бнть кратно основному рерноду сигнала. При зтон достигается полное подавление остальных гармонических составляющих сигнала, а с увеличением времени Т пропорционально уменьшается пиринг основного лика коэффициента передачи фильтра.

При выполнении измерений ВП частота тока ГУ может отличаться от частоты синхронизации ИУ ИИС ВП, что вызывает погреиность оценивания Вели )н..- основная частота сигнала, а частота синхрсцшзацт« НУ ИИС, где ^ - относительное отклонение частот, то можно пй^учит^ вцрзженве для оценки С^ в виде л

2- р : «зев {л? ^ j ©i- ï=s ,

С, i ~

где В, = С; {sin( il (ij i-i-H)) Ш î (iy-t-i-k)}, a sa - индекс времени.

- Ряд отсчетов СК нредез^рляет собой дискретную периодическую функцию времени с л&оиодвм T/j . Оценка Скпри некотором Фиксированном m получается как {симплексная сумма всех гармонических составляющих сигнала sit). При этом модули всех составляющих входят в сумму S с весом ВИД» sin(x)/x, а начальные Фазы изменяется на величину 2Ïj ijn+Y, pge V - учитывает знак весовой функции. Таким образом,погреэиоо?}. оценки амплитуды н начальной Фазы любой гарно-

нической составляющей сигнала зависит от величины , формы снгна да, и времени.

Если первичное поле возйукдаыт юшудьсаык прямоугольной форки то полно считать, что амплитуды составляющих принимаемого сигнал убывает примерно пропорционально частоте где а - некс

торсе постоянное значение) и его четные гармоники равны нулю. Крс не того, подохик, что сигнал а(-Ь) содержит ограниченное число первых гармонических составлявших, и их начальные фазы приникаг произвольные и не связанные мегду собой значения.

Нри этих условиях предельная относительная погрешюсть оценг амплитуды будет в случае, когда фазы всеж членов суммы Б будз противополохны Фазе к-го члена. При этом предельная относительна погрешность амплитуды будет равна

У

V ч№(1<- '1 *> = 1.1 -

1=4.15- С % 1/1 ' I -,<)

Л

Оценку Фазы Ср модно представить в виде

/\

I

% - ^ + 2 74 Ьп + А ,

где погренность определенна фазы к-й гармоники, вызванной в л; яниен остальных составляющих сигнала. Для случяя ,<' << 1 в: познается условие ^

при выполнении которого погрешность оценки фазы к— й гарноническ составлявшей сигнала будет максимальна в случае, когда все чле суммы Б кроне к-го будут ортогональны к-му. При этом абсолюты значение предельной погреиности фазы к- й гармоники определяет выражением

/

А =агс!е£ {к- (/х+ИЬ)) }/ ЭК 'л Ц к) 3

1=<Л5 1 + К ■

где Б1(зО = з1п(г)/х. Абсолютное значение предельной погревнос двуячастотного Фазового параметра будет равно

- д -

В работе приведены графики зависимости ó и^^Зот J , д;я хгналов с ряэхичнич чисяок гармоник. Оки, в частности, показнЕ»-г, что прк отклонении частот до 5 10"X (что дегко достккаэ с ио-одью кварцевых резонаторов), если ваоднис устройства ИЗ/ ВИС ВН беспечиваат подавление сигнала на частотам вкие 20-й гархоннкп, редельше погрепностн аиплитудного и двухчастотиого фазового лз~ акетров не провисают, соответственно, 0,01% п 0,0*5 град.

Одной из основных задач лсстроенил НИС является задача опреде-ения гребуеиих параметре» измерительного капала, обссггечикугкия ннккальиыг аппаратные r-атраты при заданных метрологическая характеристиках ИКС. В частности, дза НМС, содерхачих в своен состав ¡нфроные устройства обработки данных, требуется определить спосъО [Нкрсткзации и необходимое чкело разрядов А1Ш- Если выбран кстод равномерной дйскретнзегции, то встает задача выбора частоты дкскгрс-гизацин.

Прк всея достоинствах цифровых устройств, они кнеат сразнг?-гельно низкое быстродействие, что ограничивает сверху диапазон ра-5очих частот аппаратуры- Как известно, низний прадед частоты равномерной дискретизации сигналов с непрерывная и ограниченны* частотным спектров устаясвливает теорека Котелыткопа. При этой ara частота могет оказаться вике возможностей устройств обработки. В работе доказано, что для периодических сигналов (характерных дгя ИНС ЕП), имеющих дискретный спектр, Еозиохио практически неограниченное енкхеиие частоты дискретизации баз потери информации. Условия, при которой это зогмехяо, заключается в следующем.

Кеди периодический сигнал s(t) основной частота w 'мохет бить полностью зосстансвям: яо своки дмех-ретнич отсчетом, впк?!.'н с частотой =*?.. /й, то он также может <лсть восстановлен г.ри снижении частоты дискретизации в L раз, если Ь и К не имеет общ« líc-raz делителей кроме 1. При этом доказано, что

' л' / Г a'oxp(-j2'Ákbi/K) - a¿essp(-J2 5Thl/H),

'i.-/

т.е. коэффициенты дискргтного преобразования Фурье (ДД<3?) ноиого ряда отсчетов s^сигнала s(t), опеделеняих указанный способом, совпадав? с коэффициентами Д1И> исходного ряда з- , что позволяет восстановить сигнал a(t).

Исходный диекгшгикя сигнал в может быть восстановлен непос-

следственно по отсчетам з; путем переупорядочивакня , n=i'L (mod К) ;

1=0,1,....Н-1 ; 11=0,1.....Н-1.

При этох индекс и определяется как остаток от деления на Н произ ведения 1L. Если Н и L не имеет общих целых делителей, кроме 1 таксе преобразование однозначно.

Б работе исследовано влияние снижения частота дискретизации к; точность определения амплитудно-фазовых параметров ВП в условия помех. Получены выражения дла дисперсии оценок произвольного коэф фициента ДПФ пря известных функции корреляции или спектрально плотности модности (СПИ) аддитивной помехи. В качестве показатед рассматривается стноиениг Q дисперсии помехи к дисперсии оценк: коэффициента ДПФ. Проведенные исследования, в частности, показыва ют, что если отсчеты помехи ке коррелированы между собой, то Q=i независимо от к и L. Если помеха имеет равномерную к ограниченну] СЯМ, при уменьшении частоты дискретизации (т.е. увеличении L) от , ноыение Q практически ке зависит от L и равно N. Увеличение числ. N точек ДПФ при L=1 более, чем требуется, исходя из теоремы Хо тельникова, не улучяает точности оценок коэффициентов ДПФ. В слу чае, когда СЕШ пскеги сувестзенно неравномерна, показатель Q мохе значительно колебаться при различных L, но с увеличением L стре мится к Я.

На основании выиеизлохенного предложено устройство для предва рительной обработки геоэлектроразведочныя сигналов, позаолявце< значительно расвирнть область рабочих частот аппаратуры и приме нять более слопала алгоритмы обработки сигналов. Это устройств реализовано в измерителе геоэлектроразведочной аппаратуры ЭНН-204

Задача выбора числа разрядов АЦП рассматривалась во многих ра ботах. Однако, при разработке ШС ВП необходимо знать зависимо« мехду нагом квантования АЦП и возникаоцей в результате квантовани сигнала гсогреиностыз измерения целевых параметров. В работе репа етсн задача выбора оптимального числа разрядов АЦП исходя из до пустимого увеличения погрешности оценивания амплитуды и фаз! произвольной гармоники периодического сигнала.

Дискретные отсчеты у- периодического сигнала t), поступада ек,ие в вычислительный блох с выхода АЦП, мохно представить как ад дитивну» смесь у^ , где а; - дискретные значения сигнала,

^ - овибки квантования. Релизации ошибок квантования мохно рас

чатрнпать как случайные независимые величины, имевчке одинаковые аспределения вероятностей. Рассмотрнвавтся функции распредедвнии одуля » фазы радиуса-вектора точки, координатами которой явдтэтся цепки действительной а,и мнимой Ь^чаети коэффициента С .Показано,

/V " Л

то при этих услоакяа а^и Ь^ независимы и распределена нормально с араметрами Г) и Cbb, f),соотйетстйснно, а ид дисперсия равна

"?2Н, где ,'Г/- среднсквадратическое отклонение оакбок квантования, диомерн.ш функция распределения ноДУДЯ Р С») имеет аид обоб-синого рзле^аского закона

ЧЛ Р '->П ,

' ./ -Г- J :Т~ * -Г-

яа а I - фумкиия Бйссодк нулевого порядка от мнимого ар-

умиита. Яри уг!допни -л>>.Г (что выполняется, если aar квантования оетатетно мал) и ' близко к К . функция распределения редея пе-яюдит в исрмалы»уя с парглматрамн ч и Г . Функция распределения азы рапнл

( 1 ~-г} + "" -УС—до а С- К ) ] <

_ J.?" (Г

л ' -

< <?хр{- -:sio(r- }

Г7 .-V"

де - мат. охидание V' , а F[_ . ] - функция Лапласа. Ясли

/ сОсоз(?'- ) > 3 для неболызнг значений V5 - ^ закон распреде-

, —«г _

ения Фазы нормальный со средним У, и дисперсией ¿^-{ы /ч ) . Яри

аданной допустимой погрешности измерения амплитудно-фазовых пара-

етров определяется максимально допустимый наг квантования. В ра-

оте приведены результаты расчета требуемой разрядности ЙЦД для

азлнчных значений погрешности амплитудных и фазовых параметров и

ри различном числе N точек ДПФ.

Показано, что число разрядов существующих отечественныз мало-отребляюхцих БИС АЦП общего применения зачастую не удовлетворяет ребований разработчиков геоэлектрораэведочной аппаратуры. в раба-е предложено устройство для предварительной обработки электрораз-едочных сигналов, позволяющее уменьиить относительную погреиность налого-цифрозого преобразования.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведено описание разработанной н зыпускасаой :ерийно аппаратуры ЭИН-204 и экспериментального образца измерителя ИН-206. приведены результаты испытаний аппаратуры в лабораторный

i> ¡юлоьиг усхоинхс.

Разраьсгащше измерительные устройства реализовав на иикро tfjmii:«торной осиопс. Нж программное ойеспечение включает широки iiaSop прог-раки статистической и частотной предварительной фильтре Ник сигналов и прот-рамн различной целевой оьра&откк измерктеяыц, дашшх, а такхе вспомогательные, диагностические н сервисные npoi раышг. Предусмотрена возможность хранения резудьтов измерений I встроелнон памяти и затеи передавать kï по стандартному иктерфе<и для дзлм^йвдй обработки. Все это позволило добиться высоких ие: рологическия характеристик аппаратуры, расширить число изиеряен! параметров, и в значительной степени автоматизировать процессc6i ра, »ранение я дальнейсей обработки измерительной информации. И; лично в аппаратуре встроешмж дкагнClстиче скиï к серЕисныл фуикц! даст возкекиость снизить вероятность брака в проведении гео^иэ ческия нссдедовлшзй и, тем самим, повысить ил экономически эффе tkbhcctl.

Результат« исследования трех огагтньл образцов измерктел ЭШ1-204 в лаЬоратЕ5р».цл условиях свидетельствуют » вмгокой стабид ностк нх кстрслогк^есккх характеристик в сирокок диапазоне кзии тическил воздейотиий. Испытания аппаратуры 1ш нилс- к ьлагозал ценность, вийроустойчлвосгь н ударопрочноеть показали, что указа nue воздействии, а тйпае изменение напрахения питания измерите*! пределах от 10 до 20 Б, не оказывают влияния на иетрологичес» яапатернС71!ки алгшрату?«-'. Сравнительные испытания показали, 1 врекя устанолденкя показаний" измерителей ЭШ1-204, в завискяостк рабочей чдстать:, в 1,5 - К раз неньше, чек у измерителей ЭЗП-2П,'

Рабоги по изучению ьор.когноетей измерений с аппарату; ЭЕК-204 различии» параметре." здегкгрнчееккх и магнитных полей j поднялись ка мзпестньгг. t:.-допфог.вжеиннг Южного и Западного Каа; стана. Измерении электрической составлявшей выполнялись на уча с в пределах иедно-колчеданового месторождения установкой срединн градиента при ¿Ш=100{) к,сеть [¡абгшдеинк 200x50 к, методами ВЛ сопротивлений. Возбуждение первичиого поле осуществлялось при моцк генераторной установки ГЭГ-йИП~205. Измерения проводились на одной частоте, так и во веек диапазоне частот на отдельных кетах. Результаты измерений практически полностью совпали с пс ченвдмн ранее с аппаратурой 3311-203.

Ва участке, расположиноя в пределаг тетано-кагнетитоваго

.ой^оявлениа, представленного Протасовыми и вкрапленными рудвйЯ» наполнялись комплексные измерения с опытными образцами аппаратура IKH-204 и квантового преобразователя ИДН-205. Профильный изяереийа юляризуемости выполнялись на частоте 1,22 Гц как rtl?» гармоничен :ом, так и при дискретном способе обработки сигналов ей йрййй йрь-гуекания тока и в паузе. РуДйая зона отмечалась низккия Значениями :ахущегося сопротивления и аномалией визового парапета йнтенемв-юстью до -5 градусов. Подученные Срафйкн кажущейся йоанрмэуемости i подобны по Форме,но различны rio кОптрасТносТн анопалнп, что согласуется с теорией и прахтйкой HíinÍJbiiiiui измерений з ивТОДе ВИ.

Сопоставление частотных xapaítfepncf ик на данном участке, измеренных при различных способах обработай сигнала, DOltaauimoT на несущественные отАиЧия в значениях пйл"й£йзуемоста. В то хе вреия, над кагнет'ито'в'ыйи рудами значения поляризуемости, изясреиные при гарионическои способе обработки-, во всех случаях больне по абсо-литной вйлйчипе, чём при дпейрет'ном способе анализа., а над вмещаа-ипнй ¡ideasjaa^cá Обратные соотноиени* указанкыа величин,

ч¥Э AttI«? 6ijfb И^па^ьаййано при классификации аномалий.

ЙаблйДйння пода ВП выполнялись на. частоте 1,22 Гц с

Установками длинного кгкбеаа при различной длине питающей линии (от 100 до 2000 и.). По данным измерений Т-компоненты вторичного магнитного поля получены знакопеременные аномалии, отражающие наличие в рудной зоне двух поляризующихся объектов, что согласуется с данными измерений в электрической поле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Основные результата я выводы по работе.

Работа посвядена вопросам разработки измерительных систем геоэлектроразведки, предназначенных для исследований комплекса параметров электроиагнитных полей ВП. Основное внимание уделено проблемам создания микропроцессорных измерительных устройств для полевых геофизических исследований методом ВП. Вместе с тем разработанная аппаратура обладает значительной универсальностью и гибкостью, и позволяет выполнять измерения радом методов.

1. Выполнен анализ сигналов и помех, действующих при проведении геоэлектроразведочных работ, предложено устройство, позволявшее формировать электрическую модель геоэлектроразведочкых сигналов близких к реальным.

2. Рассмотрены пути совершенствования ШК ВО с целы» повышения геологической и экономической эффективности ttKWtrSHWCRas не-

следований- Доказано, что наиболее просто реализация аткх 1Щ1Ш Д0НИ6 иагет бить обеспечена путем создания НИС ВП нового nejjQj Ulis wa иаррепвоцессорной основе. 11а основании анализа функций, ? полцвеицх КИС ВП, и современных требований, предъявляемых к н) предложено устройство для обработки геоэлектроразведочных сигка

3. Показано, что оптимальным (в смысле линейной фильтрац алгоритмах оценивания амплитудно-фаэояых параметре» электромагн ных прлей визраниой поляризации является алгоритм, основанный определении отдельных коэффициентов ДЦф обрабатываемых сигнал Для повышения помехоустойчивости оценивания целевых парапет предлохен алгоритм предварительной гребенчатой цифровой фильт ции, не искажаюасй форму периодического сигнала.

4. Получены оценки предельной погрешности амплитудных и фа вых параметров ВП для случая выделения гармоник сигнала через преобразование Фурье, при отклонении частот синхронизации изм« тельного и генераторного устройства ИИС ВП. Показано, что в 6t винстве случаев необходимая точность измерений амплктудно-фаз< параметров может быть обеспечена при синхронизации ГУ и ИУ ИИ< при покоси кварцевых резонаторов.

5. Исследованы погрешности оценок амплитудно-фазовых пара! ров ВП, возникавшие вследствие квантования сигналов. Получены рахения, позволяющие определи?}? требуемое число разрядов АЦП и дя из допустимого увеличения прррдцностей измерения амплитудно зовых параметров, вызванных квантование* обрабатываемого сигна

Б. Доказано, что во веек герэле^трвразведочных методах, пользуюцих для возбуждения первичнорр погя периодические элек магнитные поля, частота дискретизации ©(¿РйОатываемих сигналов ИКС может быть выбрана сколь угодно цизпой, или, при ограниче частоте дискретизации, значительно раеиивен диапазон рабочих тот.

7. Предложено устройство, позволяющее расширить диапазон тот ИИС для геофизических исследований периодическими низкочас ними электромагнитными полями, а такхе устройство, позволяющее ограниченном числе разрядов ЯЦП * уменьшить отнрсртегьНУЮ по' ность аналого-цифрового преобразования. Указанные урфрдйр^ча лизованы в серийной аппаратуре ЭИН-204 и эксперимента л bijfiy об' измерителя ЭИН-206.

8. Проведены экспериментальние исследования разработанко

ратуры в .лаборатории* я полевых условиях, показаввие ма высокую юность, помехоустойчивость, производительность м стабильность трологяческих характеристик а аироком диапазоне климатических 1здействий. Полевые испытания измерителей ЭИН-204 свнделельствуют 1 эффективности комплексирования в одном прибореизмерений аироко-> набора параметров электромагнитных полей.

ЯУБЛЯКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. А. с. 1157505 СССР, 01 V 3/08. Устройство для нели-:йной обработки электроразведочных сигналов/ В.Я.Лемец, В.А.Мари->нко, П.И.Тияин, П.Ф.Федосеев, В.П.Шевченхо (СССР) .- N 3677522: >явд. 23.12.83; Опубл. 23.05.85, Бпл. Н 19,- 6 с.

2. й. с. 1203452 СССР, ЯКИ^в 01 V 3/08. Устройство для пред-!РИтельной обработки электроразведочных сигналов/ В.А.Нарнненко, .И.Тиаин, П.Ф.Федосеев, В.П.Шевченко (СССР) Н 3768838/24-25; 1явл. 12.07.84; Опубл. 07.01.36, Бол. N 1,- 4 с.

3. А. с. 1206В2Э СССР, МКИ3С 08 С 19/12. Устройство ддя опре-гления временного пологения импульсных сигналов/ Л.Г.Хуравмн, .Д. Рубцов, г.а. Семенов, П.Я. Тивин, £.В. Тилина (СССР) . -

3731354/24-24; Заав. 2В.06.В4; Опубл. 23.01.86, Бвд ЯЗ.- 5с.

4. й. с. 1257592 СССР, НКН^в 01 V 3/08. Устройство для пред-арительной обработки электроразведочных сигналов/ В.А.Марнненко, .И.Типин, А.И.Циммерман. Б.П.Шевченко (СССР) .- Я 38822Э7/24-25; аявл. 09.04.85; Опубл. 15.09.86, Бол. N 34,- 4 с.

5. А. с. 1539708 СССР, ¡¡¡¿«¿в 01 У 3/08. Устройство дм пред-арительной обработки эдектроразведочных сигналов/ 3.А.Кариненко, .И.Тишин, А.И.Циммерман, В.П.Шевченко (СССР) .- N 4046024/25-25; аябл. 28.03.66: Опубл. 30.01.90, Бол. N 4.- 6 с.

6. Аппаратура электроразведочная низкочастотная ЭИН-204 П.В.Кузьмин, З.А.Иариненко, П.И.Тивин, А.И.Циммерман У/ Геофизи-

еская аппаратура.- Д.: Недра, 1990.- Я 92.- С.10- 24.

7. Измерение параметров •электричесгик и магнитных полей с лектроразведочной аппаратурой ЭИН-204 при поисках рудных место-охдений: Нетодические рекомендации/В.Ф.Сарбаж.В.3.Лемец,П.В.Куэь-ин, П.И.Тиаин и др.- Алма-Ата: КазВИРГ, 1991.- 225 с.

8. Крыгина В.Я., Сарбаи В.Ф., Тишин П.И. Теоретические осноем омпяексных измерений ампяитудно-фаэовых параметров электрически«

и иагьитшк полей BU при поисках, сульфидных месторождений// Задач прогнозирования, поисков, оценки к освоения месторождений полезны ископасмыг: "Гсз. док*. VI Республик, науч.-техн.конф. колддых уие ныс и спецкалистрв геологов, Караганда, март 1886--КазНИС, 3985,- С. 167.

И. Кузьмин Ц. в. , Марнненкр £.<!., Тивин П.К. Алгоритмы ppefceií чатай цифровое Фнаьтваиа» эзектррвазнедочныг. сигналов/ КачВНРГ.

18У0-- 1?) Деп. р КйзВИННТК 01.03.90, N 2824.

1Ü. Каринснро Б.Каринецко g.fi.. Тивнн П.И. Itpwtsenpmsí: ai горитиов нелинейно^ Фильтрации для статистической обрабос» гес электрорггзпедочныж сигналов // Автометрия Крвосибнрсс: Наук 1987.- К 3.- С.37-41.

11. Нарнненко В.Л., Тмпии П.К., Циммерман Л.К. Специальный ге цератор пума для геоэлектроразведки // Геофизическая аппаратура, л.: Недра, 1988.- Н 83.- С.120 -122.

12. Нелинейные алгоритмы оценивание полезны* сигналов по о-счетам, искахенным в канале связи / В.И.Власов, Б.А.Нариненх!

Д.Зариненко, II .И.Тивкн//Надехность и качество функционироващ информационных сетей и их элементов: Тез. докл. V Всесоози. конф Цоврсибирск, 2-4 Июли 1»ВЬ г.- Новосибирск, 198Ь.- С. 22.

13. Тивмн П.К.,Нвамоп В.К. Фильтрация пума дискретизации в HJ с прямы« к обратным преобразованием Уолиа// Автоматизация проект ропаки? н управления качеством: Тез. докл. Всесоюзн. конф. Ыоскв, 26-27 неяй,, 1981г.- К., 1981.- С. 54.