автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Совершенствование аппаратных и алгоритмических средств магнитотеллурического зондирования



На прав:

¿к рукописи)

К^

004605728

Лобов Константин Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТНЫХ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 КЮН 2010

004605728

На правах рукописи

Лобов Константин Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТНЫХ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МАГНИТОТЕЛЛУРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Специальность: 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО «ОмГТУ») на кафедре «Средства связи и информационная безопасность»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Майстренко Василий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Вешкурцев Юрий Михайлович

кандидат технических наук Будяк Владимир Серафимович

Ведущая организация: ФГУП «Омский научно-исследовательский

институт приборостроения», г. Омск

Защита состоится 1 июля 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.178.01 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050 г. Омск, пр. Мира, 11, ауд. 8-421.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета по адресу: 644050 г. Омск, пр. Мира, 11

Автореферат разослан 31 мая 2010 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 644050 г. Омск, пр. Мира, 11, Омский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д212.178.01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.178.01 доктор технических наук, доцент

В.Л. Хазан

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разведка перспективных месторождений полезных ископаемых является стратегическим направлением развития сырьевой базы нашей страны. Актуальность проведения таких работ в последнее время особенно возросла ввиду выработки и истощения уже освоенных месторождений. Снижение объемов геологоразведки уже привело к тому, что существующая материально-техническая база значительно устарела.

Среди существующих методов электроразведки метод магнитотеллурического зондирования (МТЗ) отличается низкими затратами на проведение исследований, широким диапазоном глубин исследования, высокой степенью информативности данных, экологичностью. Эти преимущества связаны с использованием в качестве источника возбуждения электрических токов в земной коре взриаций естественного геомагнитного поля (МТ-поля). Поэтому метод МТЗ является одним из наиболее приоритетных направлений развития геофизики и геологоразведки. Необходимость нахождения крупных месторождений углеводородов способствовала развитию МТЗ как глубинного, регионального метода. В настоящее время перспективным направлением стала разведка небольших сконцентрированных месторождений, доступных для разработки малым компаниям. За последнее десятилетие доля локальных работ методом МТЗ существенно возросла и продолжает расти. Локальная геологоразведка на площади 10-100 км2 характеризуются большим объемом полевых работ - до тысячи точек регистрации, который требуется провести за короткий временной отрезок. Регистрация полевых сигналов производится в автоматическом режиме, а длительность регистрации подбирается опытным путем, что связано со случайным нестационарным характером вариаций МТ-поля и функциональными ограничениями аппаратуры. Длительное время регистрации снижает производительность метода МТЗ, влияние человеческого фактора объясняет появление ложных сигналов.

В соответствии с методом МТЗ требуется оценивать импедансные характеристики земного разреза, пользуясь для этого сигналами зарегистрированного электромагнитного поля. В основе метода лежит модель Тихонова-Каньяра, связывающая сигналы и импедансную характеристику линейной зависимостью. Восстановление такой непарамстрической модели затрудняется непостоянством вариаций электромагнитного поля и наличием шумов сравнительно высокого уровня, в том числе и детерминированных. Под адекватностью идентифицируемой модели будем понимать соответствие оцениваемых импедансных характеристик естественным ограничениям, установленным, в частности, для их первых производных. Целью обработки полученных данных является получение робастных оценок импедансных характеристик, удовлетворяющих установленным требованиям адекват ности.

Соотношение уровня составляющих МТ-поля и шумов в регистрируемых сигналах непостоянно, поэтому если за время регистрации сигналов не накопится достаточной информации для получения робастных решений, то оценки импедансных характеристик будут иметь значительный разброс. Отсутствие оперативной оценки достаточности информации в регистрируемых сигналах снижает практическую эффективность метода МТЗ. Количество информации в регистрируемых сигналах будем считать достаточным, если на их основе можно получить вполне адекватные оценки, а дальнейший сбор информации не приведет к их улучшению. Под качеством зарегистрированных данных' будем понимать совокупность показателей, описывающих степень достаточности информации и адекватность оценки импедансных характеристик.

Таким образом, разработка методики оценки качества магшгтотеллурических данных, разработка аппаратуры для организации процесса сбора данных и оценки качества в режиме

реального времени будет способствовать решению актуальной задач» повышения производительности работ методом МТЗ.

Научная проблема порождена отсутствием способа оценки качества результатов магннтотеллурического зондирования, который позволит контролировать процесс регистрации сигналов и принимать решение о времени его окончания.

Объектом исследования является система сбора, передачи и первичной обработки результатов регистрации магнитотеллурических полей.

Предмет исследования - методы подготовки и настройки регистрирующей аппаратуры, способы передачи, контроля и оценки достаточности зарегистрированных данных, алгоритмы первичной обработки и общая методика проведения работ МТЗ.

Цель исследования - повышение эффективности проведения работ магннтотеллурического зондирования за счет модернизации методики, разработки новых аппаратных и алгоритмических средств и повышения уровня их автоматизации.

Задачи исследования:

— Построение критерия эффективности результатов полевых работ методом МТЗ и усовершенствование методики их проведения.

— Выполнение сравнительного анализа и определение требований к характеристикам аппаратуры МТЗ для геологоразведки.

— Разработка телеметрической аппаратуры для проведения работ по методу МТЗ.

— Определение критерия адекватности импедансных характеристик и разработка метода отбраковки данных, не удовлетворяющих критерию.

— Разработка алгоритма получения робастных оценок для импедансных характеристик.

— Выбор показателей достаточности информации и степени качества регистрируемых данных и разработка алгоритма принятия решения об окончании регистрации сигналов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

— Метод отбраковки неудовлетворительных данных и алгоритм получения оценок импедансных характеристик, который позволяет получил, показатели качества данных адекватные установленным критериям.

— Выбор статистических показателей для количественной оценки качества и достаточности данных;

— Алгоритм оценки качества данных в режиме реального времени, позволяющий принимать решение о достаточности времени регистрации компонент МТ-поля;

— Телеметрическая аппаратура, позволяющая автоматизировать процесс сбора информации, контроля ее пригодности и сокращать необходимое время регистрации;

— Модернизированная методика проведения полевых работ по методу МТЗ повышает производительность геологоразведки.

Научной новизной обладают следующие результаты:

1 Модернизированная методика проведения полевых работ МТЗ, позволяющая повысить производительность геологоразведки за счет применения новой автоматизированной системы.

2 Требования к аппаратным средствш МТЗ, обеспечивающие повышение экономического эффекта геологоразведочных работ.

3 Алгоритм отбраковки неудовлетворительных магнитотеллурических данных и получения робастных оценок импедансных характеристик.

4 Алгоритм, оценивающий качество данных регистрируемых магнитотеллурических полей в режиме реального времени, позволяющий оценить достаточность времени сбора данных.

Практическая ценность:

— Предложенная методика проведения полевых работ и сформулированные требования к характеристикам аппаратных средств МТЗ позволяют контролировать процесс регистрации магнитотеллурических полей одним автоматизированным рабочим местом, снижая объем полученных неудовлетворительных данных.

— Программное обеспечение, реализующее алгоритмы отбраковки неудовлетворительных магнитотеллурических данных и получения робастных оценок импедансных характеристик, позволяет в полевых условиях в режиме реального времени выполнять первичную обработку 1шформации и принимать оперативные решения об изменении хода полевых работ.

— Разработанная телеметрическая аппаратура МТЗ, обеспечивающая удаленный контроль за группой регистрационных станций, позволяет автоматизировать процесс сбора и оценки качества информации и, тем самым, сократить необходимое время регистрации.

— Алгоритм определения достаточности информации в зарегистированных полях позволяет минимизировать время сбора данных и повысить производительность полевых работ.

Достоверность полученных результатов основана на корректном применении методов статистической обработки данных и цифровой обработки сигналов, подтверждена точностью совпадения полученных оценок с имитационной моделью и экспериментальными результатами, полученными при проведении лабораторных и натурных испытаний, в том числе с применением сертифицированной аппаратуры.

Использование результатов диссертации. Результаты работы использованы при проектировании аппаратно-программного комплекса М'Г-Зонд для проведения работ методом МТЗ по заказу ООО «Свелинк».

Личный вклад автора. Лично разработаны показатели и критерии достаточности регистрируемых сигналов МТЗ, модернизирована методика проведения полевых работ, требования к аппаратуре МТЗ, аппаратная часть МТ-Эонд и программное обеспечение для аппаратной части. В соавторстве были разработаны: методика расчета импедансных характеристик, алгоритм оценки качества данных в режиме реального времени, разработка программного обеспечения комплекса МТ-Зонд; проведение полевых испытаний; обработка экспериментальных данных и полевого материала.

Апробация результатов диссертации. Основной материал диссертации отражен в научных докладах на Всероссийских научно-технических конференцих «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» в ОмГГУ (2008-2009г.) и школы-семинара «Электромагнитные исследования в Восточной Сибири» СНИИГГиМС (2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ: одна статья по списку журналов ВАК, 5 статей в материалах международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 93 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 137 страницах основного текста, содержит 49 рисунков, 7 таблиц, и приложения на 5 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрены вопросы научной новизны и указана практическая ценность работы.

В первой главе приведены общие сведения о методе МТЗ и методиках проведения полевых работ, первичной обработки полевого материала. Метод магнитотеллурического

зондирования основан на изучении естественных вариаций электромагнитного поля (МТ-поля) Земли. За счет скин-эффекта на низких частотах глубина проникновения поля увеличивается, что позволяет получить информацию о глубинной структуре геоэлектрического разреза. Природа вариаций низкочастотного МТ-поля f <1Гц связана со взаимодействием исходящего от Солнца потока заряженных частиц с магнитосферой и ионосферой Земли. Вариации поля на частотах />1Гц в основном обусловлены грозовой активностью. Особенностью вариаций МТ-поля является суточная и сезонная зависимость, интенсивность МТ-поля обратно пропорциональна частоте. На частотах 0.1..10 Гц интенсивность поля крайне мала. Регистрируемые компоненты МТ-поля можно преобразовать в зависимость удельного сопротивления геоэлектрического разреза от глубины, по которому можно восстановить параметры разреза - обратная задача МТЗ.

В методе МТЗ геологический разрез описывается моделью Тихонова-Каньяра, согласно которой на горизонтально-слоистую среду вертикально падает плоскополяризованная электромагнитная волна, при этом на горизонтальной плоскости регистрируются 4 компоненты электромагнитного поля: две ортогональных электрических составляющих Ех, Еу и две ортогональных магнитных составляющих Нх, Ну. В случае горизонтально однородной среды они связаны уравнениями Ех = 2-Яу, Еу = -2-Нх\ в случае горизонтально-неоднородной среды переходят к тензору импеданса и тензору адмитанса:

2хх V .и- Ухх Уху'

2ух Уух Ууу

которые связывают компоненты МТ-поля:

Е = И-[Н], Н = [У] [Е] (2)

Уравнения (2) можно рассматривать как непараметрическую модель, в которой оцениваемой характеристикой является величина импеданса Ъ или адмитанса У.

Результат решения задачи идентификации - компоненты тензора импеданса используется для определения эффективного импеданса ТеД = ^¿хх ■ Туу - 7ху ■ 7.ух, важным свойством которого является инвариантность к выбранной системе координат.

Таким образом проведение геологических изысканий по методу МТЗ делят на три этапа: проведение полевых работ по регистрации составляющих МТ-поля, обработка полевых данных для получения импедансных характеристик, решение обратной задачи МТЗ для построения геоэлектрического разреза.

Методика проведения полевых работ значительно влияет на все последующие этапы. В настоящее время сбор данных производится в течение фиксированного времени на основан™ эмпирического опыта. Суточные вариации магнитного поля и накладывающиеся помехи имеют случайный нестационарный характер. Результирующие импедансные характеристики могут иметь плохие статистические показатели, если за время регистрации накопление составляющих МТ-поля было малым. Длительное время регистрации снижает производительность метода. Статистические характеристики импедансных оценок определяются только на этапе обработки полевых данных. Таким образом, критерия окончания времени регистрирования до настоящего времени не существовало. В последние десятилетия метод МТЗ начали относить не только к региональным методам электроразведки - шаг по профилю 1км и более, но и к локальным - с шагом 100 м и более. Если региональные работы проводят за счет финансирования государства с использованием сертифицированной аппаратуры, то локальные работы часто проводятся частными компаниями, где производительность метода МТЗ играет определяющую роль.

У современной аппаратуры для проведения полевых работ методом МТЗ есть два значительных недостатка, влияющих на качество полевых материалов: влияние человеческого

фактора и фактора неопределенности. Человеческий фактор проявляется в небрежном развертывании станции, когда неприкопанные провода, плохо установленные электрические диполи и магнитные датчики, неверно выбранное место для установки аппаратуры приводят к появлению значительного уровня шумов различной природы в каналах регистрации. Эти шумы в значительной мере влияют на качество полевого материала. В настоящее время процент брака в полевых материалах достигает 20%. Фактор неопределенности связан с работой регистрирующих станций, в подавляющем большинстве случаев, в автоматическом режиме, при котором невозможны ни оценка самих сигналов, ни наблюдения каких-либо параметров, характеризующих качество сигнала с точки зрения адекватности построения импедансных характеристик.

Ряд современной зарубежной аппаратуры имеет возможность оперативного наблюдения регистрируемых сигналов с использованием радиоканала, который построен по технологии \ViFi. На практике такое решение неудобно ввиду малой дальности, низкой энергоэффективности и высокой зависимости от окружающих климатических факторов. При высокой стоимости в этой аппаратуре также отсутствует система оценки качества регистрируемых компонент МТ-поля.

На основе анализа современных применяемых регистрационных станций, характеристик электрических диполей и датчиков магнитного поля, с учетом методики проведения работ МТЗ и спецификой локальных работ по поиску залежей углеводородов были сформированы требования к регистрационной станции, обеспечивающей эффективное проведение работ методом МТЗ:

— Универсальность архитектуры регистрационной станции должна обеспечивать проведение работ различными методами электроразведки.

— Модульность архитектуры регистрационной станции должна обеспечить возможность совершенствования отдельных компонентов;

— Возможность расширения каналов регистрации;

— Канал регистрации данных должен обеспечивать динамический диапазон более 150дБ, при чувствительности на уровне единиц нВ и собственным уровнем шумов менее 50нВЛ/Гц;

— Внешний цифровой интерфейс должен обеспечить подключение цифровых датчиков магнитного поля, иных устройств регистрации или управления;

— Органы управления и индикации на самой станции должны обеспечивать развертывание станции без использования дополнительных аппаратных средств, в том числе в сложных климатических условиях;

— Телеметрическая система на основе радиоканала должна обладать высокой энергоэффективностью и обеспечивать контроль и управление группой 3-5 станций на расстоянии 10-20км.;

— Телеметрическая система должна обеспечивать непрерывный контроль параметров станции, а также параметров регистрируемых сигналов;

— Аппаратно-программные средства должны обеспечивать контроль качества регистрируемых сигналов с позиции адекватности расчета импедансной характеристики.

Для обеспечения этих требований необходимо разработать критерии оценки качества сигнала, алгоритм оперативной оценки качества сигнала в режиме реального времени, разработать регистрирующую станцию, которая обеспечит поддержку определения качества сигнала в режиме реального времени, разработать программное обеспечение (ПО) для контроля н управления станцией в режиме реального времени. Разработка такой аппаратуры потребует совершенствования методики проведения работ методом МТЗ.

Во второй главе предложен критерий адекватости модели (2), которому должна удовлетворять получаемая оценка импедансных характеристик. Предложен способ отбраковки неудовлетворительных данных, позволяющий получать робастные результаты. Окончательный алгоритм получения оценок импедансных характеристик выполняет многоступенчатую отбраковку, а его результат соответствует уставновленным критериям адекватности.

Модель (2) имеет естественные ограничения, следующие из физических свойсв среды, в частности, наклон импедансной характеристики должен находиться в заданных пределах. Исходя из этого, в качестве критерия адекватности модели предлагаются ограничения, накладываемые на первую производную импедансной характеристики.

На основе анализа ряда работ составлен обобщенный алгоритм расчета импедансных характеристик во временной области, который был дополнен двухпроходным алгоритмом первичной обработки, включающий сплайн-аппроксимацию. Алгоритм включает следующие этапы:

1. Предварительная фильтрация исходных временных рядов для устранения помех типа «скачок», высокочастотный выброс, превышение входного диапазона АЦП, фильтрация сетевой промышленной помехи, а также ее гармонических и субгармонических составляющих.

2. Интересующий частотный диапазон разбивается на конечное число частот, и для каждой частоты / осуществляется узкополосная фильтрация и перевод Ех,Еу,Нх Ну в форму мгновенных амплитуд и фаз.

3. Полученный временной ряд разбивается на интервалы длиной , где #1 = 150-5-500, общее количество интервалов М.

4. Учитывая, что сигналы МТ-поля представляют собой набор высокодобротных затухающих колебаний, производится отбраковка интервалов по коэффициенту частной когерентности для каждого интервала на основе коэффициента корреляции

К =Со Со ГЛе Г_ „2 _ ^Нг-Цг! ^горр - ^оЫ1уНж^оЕ>НхИу. где = —!---. СоЕуНхНу = —-!-—^-,

¿ЕхЕхНх^НуНу.Нх й ЕуЕу.Ну^ НхНхМу

Со - функция когерентности, 5ДГ - взаимная спектральная плотность мощности.

Из всех М интервалов выбираются т, для которых величина АГ^^ 0.4..0.6;

Кроме того, отбраковка осуществляется по критерию ограничения скорости изменения амплитуды и скорости изменения фазы в пределах половины периода.

5. В пределах каждого интервала выбираются моменты времени с максимальной амплитудой сигналов й составляется две переопределенные системы уравнений:

И=еМ; (3)

И=[н.[ЕГ1 (4)

где [...]+ - операция псевдообращения матрицы, 2\ - импеданс по прямой формуле (импедансиое решение); Ъг - импеданс, найденный через адмитанс (адмитансное решение).

Из уравнений переопределенной системы составляется множество систем определенных уравнений. После решения каждой из системы формируются множества решений Х^г^ и

х2{г2}.

6. В качестве первого приближения импедансной характеристики строится гладкая функция, которая должна удовлетворять критерию адекватности, а также максимально правдоподобно соответствовать полученным на шаге 5 решениям Ъ\ и Ъъ В качестве такой функции используется кусочный полином третьего порядка

f(T) = a'0+al(.T-Tl) + al2(T-Tiy+a>}(T-Tiy, (5)

где 7* e [7] - 7]+1].

Коэффициенты а'0,а[,а'2,а'} определяются из услозия минимума функционала

pif^^I+o-^W))2^. (6)

т,

где, р - параметр сглаживания, у, и ду1 - среднее значение и среднее квадратическое отклонение сглаживаемой величины на периоде Г<, /(7',) - значение сглаживающего сплайна на периоде Т(. Первое слагаемое функционала (6) является взвешенной невязкой, а вторая -определяет гладкость сплайна.

Критерий адекватности распространяет требования, накладываемые на функцию (5) ограничений в виде неравенства 0 < а', + 2а[ (Т - Т,)+За, (Г - Г,)2 < С,

где С - естественное ограничение угла наклона импедансной характеристики -63°.

7. Полученная аппроксимация рассматривается как опорная для следующей стадии отбраковки. Рассматриваются различные сочетания интервалов, полученных на шаге 4 и из них составляются системы из четырех уравнений. Каждому интервалу соответствует некоторое количество решений, в которых он участвует, удовлетворяющих заданному порогу отклонения на 1-2¿у, от аппроксимации /(Т{), где 8у- рассчитывается как усредненное значение среднеквадратичных отклонений на интервале [7] - Тм ]. В результате после отбраковки по установленному пороговому значению из т интервалов остается только п.

8. Из оставшихся сегментов составляется системы линейных уравнений вида (3) и (4), которая решается методом наименьших квадратов. В результате вычисляются средние значения импедансов (2.1) = М\Х^\,(21} = М\Хг\ и их оценки - среднеквадратичные отклонения

oi=^D[Xt] и aj= ^[Х^]. В предположении, что коррелированная помеха является случайной и нестационарной и вносит смещение в оценку импедансных характеристик, производится отбраковка тех решений, которые удалены от (Z) более чем на 1 -За, после чего рассчитываются результирующие статистические оценки

9. Полученные импедансные характеристики подвергаются постобработке, включающая оконное сглаживание и медианную фильтрацию. После чего производится результирующая кусочная аппроксимация сплайном по аналогии п.6.

Показатели качества рассчитанных оценок импедансных характеристик представляют собой совокупность параметров е(Т), к(Г) и n/m. Некоррелированная помеха завышает импедансное решение и занижает адмитансное решение, определитель показывающий долю некоррелируемых помех: c(7)= |det([Z/(7)]+'[Z2(7)])| лежит в пределах от 0 до 1. В условиях отсутствия некоррелированной помехи е =1. Коэффициент вариации выражает

относительную оценку среднеквадратичного отклонения от среднего значения импеданса. Величина n/m характеризует долю интервалов участвующих в решении.

Разработанный алгоритм был опробован на синтезированных данных МТ-полей, рассчитанных путем гармонического синтеза в рамках международного проекта COMDAT. Синтезированные данные включают два набора временных рядов. Первый набор является эталонным, его магнитные компоненты имеют характер случайного процесса с равномерной спектральной плотностью в диапазоне периодов 80-30000с, электрическое поле бьио рассчитано через передаточную функцию. Второй набор осложнен различного рода

9

коррелированными и некоррелированными помехами, сосредоточенными как во временной, так и в частотной областях. Относительная погрешность определения импедансной характеристики для зашумленных данных относительно истинного значения, определенного по незашумленным данным, в зависимости от примененного алгоритма представлена в таблице._

Вид алгоритма Среднее значение от погрешности носительной 71 %

гхх гху гух гуу

Алгоритм без использования аппроксимации сплайном 19,1 4,97 5,74 25,2

Разработанный алгоритм 18,7 4,23 3,81 20,8

Алгоритм с использование удаленной опорной точки 25,9 3,68 2,76 13,5

По результатам исследования выяснено, что приведенные на этапе 9 оценки не позволяют однозначно судить о качестве данных. Выявить взаимосвязь этих оценок со временем регистрации сигнала не удалось.

В практике полевых работ МТЗ принято до 25% от всего объема работ отводить для контрольных зондирований по равномерно распределенному набору контрольных точек. Если средняя относительная погрешность расхождения оценок импедансных характеристик, полученных по контрольному и регулярному зондированию, не превышает ±5%, то полученные оценки считаются достоверными.

Исходя их этого, можно считать вполне корректным оценивать достаточность времени сбора данных по критерию средней относительной погрешности расхождения оценок импедансных характеристик которые получены для интервалов времени [То .Т;] и

ГГо..Тм], где ДТ= Т|+| - Т| . При этом ДТ должно обеспечивать условие пц Ф Однако оценивать среднее значение расхождения ¿2 им и расхождение <Е(,+,(/) для каждого Г не

является корректным, поскольку параметры кф и п/тф могут значительно варьироваться для оценок, полученных на [То.Т(] и [То..Тц-|].

На рис.1 показано усредненное распределение напряженности магнитного поля И в

Ввиду малой интенсивности вариаций магнитного поля в диапазоне периодов 0,1—10с (см .рис.1) и высокого уровня помех, для получения адекватных оценок импедансных характеристик необходимо значительное время накопления регистрируемых полей. Согласно статистике, для получения адекватных оценок импеданса для /=0,1 Гц необходимое время сбора данных использовать не менее №=1000 интервалов эквивалентных периоду для /=0,0001Гц необходимо использовать не менее №=10 аналогичных интервалов. Т.е для получения адекватного решения произведение /'Л'=соп$1 показывает, что время сбора для частот Ю1-10~3Гц постоянно. Исходя из этого для указанного диапазона частот ДТ следует выбрать фиксированным.

зависимости от периода.

НМя 1(Г3

10*4

10»

10*

10'

10 100 1000 Т. с

Рисунок I - Распределение напряженности магнитного поля

Множество решений для частоты / полученных на этапе 8, можно рассматривать как выборку из некоторой генеральной совокупности. В таком случае проводить корректно сравнивать значения оценок импеданса {^(/)),{2,+1(/)} полученных для [Т0..Т|] и [ТоЛм], возможно, если множества решений Х,(/){2(/)} и Х|+1 (/){£(/)} являются выборками одной и той же генеральной совокупности. Проведенные эксперименты показали, что эмпирическое распределение ^ как случайной величины, построенное по выборке Х;(/){2(/)}, чаще всего соответствует нормальному закону распределения, что согласуется с результатами других авторов.

Алгоритм оценки достаточности времени сбора данных для интервала является итерационным, перед которым необходимо предварительное накопление сигнала. Оптимальное значите ДТ находится пределах 1-2 часов и зависит от низшей частоты исследуемого диапазона.

Итерационные этапы 1-8, совпадают с этапами алгоритма расчета оценок импедансных характеристик.

9. Полученная совокупность решений Хм(/){7(/)} проверяется на соответствие нормальному закону распределения с использованием критерия согласия Пирсона, с уровнем значимости а=0.1-0.05. Если гипотеза Н0 отвергается, то для данной частоты оценка не производится.

10. Для проверки принадлежности средних {2((/)),{7(+,(/)) к одной генеральной совокупности критерий Стьюдента не применим, поскольку чаще всего <т,(/) ^ с,+;(/). В этом случае следует использовать критерий Крамера-Уэлча:

1 __ -2их) ^

При уровне значимости а=0.05, модуль статистшш / следует сравнивать с граничным значением Ф(1- = 1,96, где Ф(*) стандартное нормальное распределение. Если

|/|< Ф(1 - то гипотеза равенства математических ожиданий принимается.

Вычисляется значение = ) - (2М))/{?,+1 }|, где принимается за истинное значение.

Для учета выполнения критерия Пирсона и критерия Крамера-Уэлча для каждой частоты вводится бинарная переменная Но , которая принимает значение 1 в случае выполнения обоих критериев и 0 в противном случае.

Проверка алгоритма на синтезированных данных, предварительно разбитых на 5 блоков показала его работоспособность. На каждой итерации к массиву данных добавлялся очередной блок, после чего рассчитывались показатели. На рис.2 представлено зависимость оценки импедансной характеристики от объема данных V. Вверху последовательно для У=2..5 представлено значение бинарной переменной Н0 (вне масштаба).

Рисунок 2 - Зависимость оценок импедансной характеристики от объема выборки На рис.3, представлена зависимость относительной погрешности рассчитанного значения импеданса на итерациях i, i+1 без учета переменной Н0.

Рисунок 3 - Распределение относительной погрешности вычисления импеданса на очередной

итерации

Для полного набора данных У=5 среднее значение относительной погрешности составляет <2.5%. Наблюдаемый выброс в районе частоты /=0,002Гц соответствует значению Н0=0.

Разработан алгоритм адекватный оценки относительной погрешности расчета импеданса в режиме реального времени. По мере уточнения оценки можно делать вывод о достаточности времени регистрации компонент МТ-поля. Это позволяет, с одной стороны, сократить время сбора данных, с другой - выявить ситуацию, когда датчики регистрационной станции подвержены значительному влиянию шумовых факторов, что повышает эффективность метода МТЗ в геологоразведке.

Намеченные точки профилей @ 4 или 5 канальные регистрационные станции 2 канальные регистрационные станции

Рисунок 4 - Схема проведения локального площадного зондирования

В третьей главе приведено описание архитектуры разработанного аппаратно-программного комплекса для проведения геологоразведки локальных масштабов методом МТЗ.

Для локального площадного зондирования интересующий диапазон периодов лежит в пределах 0.01 -10000с. При этом наиболее сложный диапазон получения решения уравнений для определения импедансных характеристик лежит в пределах 1-1000с. Требуемая пропускная способность для каждого регистратора определятся верхней частотой дискретизации /,„„ = 10-25Гц, разрядностью данных - 24бит, и количеством каналов регистрации. Для случая 4-канальной аппаратуры пропускная способность должна составлять: В - 25с" '•24бит-4 = 2400бит/с. Соответственно, общая требуемая пропускная способность пропорциональна количеству используемых регистраторов, обычно 3-5 шт. Для обеспечения пропускной способности 2.4-Юкбит/с достаточным будет использование низкоскоростных «сенсорных» радиосетей основанных на

технологии, ZigBee и Mesh. Радиомодули для этих стандартов обеспечивают пропускную способность 10-20кбит/с, динамический диапазон 120.-140дБ при потребляемой мощности 0.5-1 Вт. Технология Mesh более удобна за счет самоконфигурирующейся структуры н поддержки динамической маршрутизации. Схема организации системы телеметрии через радиоканал на основе технологии Mesh представлена на рис.5. Для связи базовой станции с группой регистраторов на большом расстоянии используются направленные антенны или

ретранслирующие узлы. На основе требований, приведенных в первой главе, была разработана телеметрическая регистрирующая станция, функциональная схема которой представлена на рис. 6.

Рисунок 5 - Схема организации системы телеметрии через радиоканал

Рисунок 6 - Функциональная схема регистратора

Особенностью аппаратуры является наличие единой последовательной дифференциальной шины, связывающей все каналы регистрации. Использование такой шины обеспечивает возможность расширения каналов регистрации без изменения остальных модулей, а также подключение внешних цифровых устройств: цифровых датчиков магнитного поля, внешнего генератора и др. Модуль цифрового сигнального процессора (ЦСП) может использоваться для расчета качества регистрируемого сигнала в режиме реального времени. Модуль ЦСП представляет собой независимое устройство, обрабатывающее поток данных с каналов регистратора без вмешательства модуля управления АЗ. Использование модуля ЦСП позволяет снизить требования к пропускной способности канала связи за счет передачи только оценок качества сигналов. Генератор тестовых сигналов предназначен для калибровки частотных характеристик каналов регистрации, а также для калибровки датчиков магнитного поля.

Функциональная схема канала регистрации представлена на рис.7. Особенностью канала регистрации является использование двух одинаковых микросхем АЦП, входные цепи ФНЧ и ПФ также дублированы. Кратковременная точность АЦП определяется его основными параметрами: уровнем собственного шума и коэффициентами дифференциальной и интегральной нелинейности. Применительно к регистрирующей аппаратуре метода МТЗ долговременная точность является более важным параметром ввиду длительного времени регистрации. Долговременная точность АЦП определяется факторами температурной и временной стабильности входного усилителя и источника опорного напряжения (ИОН). Примененная микросхема АЦП АЕ)81256 содержит систему самокалибровки, пользуясь которой можно компенсировать входное смещение усилителя и коэффициент усиления. Таким образом, долговременная точность преобразования будет определяться температурным дрейфом и долговременной стабильностью ИОН. Для примененного ИОН А0441В эти параметры соответственно составляют Зррт/°С и 50ррт/1000ч, где ррт - миллионная доля относительно величины выходного напряжения. Поскольку процедура самокалибровки и непосредственного преобразования являются взаимоисключающими, то использование двух АЦП позволяет выполнять калибровку одного АЦП во время работы другого.

Кходпом МКЛЬГМПП*ЯСОр Лр«ввдмг*льиыА усюиталь АЦП 1

1

Поспионтчмм

ДН0Ф«Р»НЦИИЯ>1» " мод опорюго

Шимляганш

Рисунок 7 -Функциональная схема канала регистрации

Примененный тип сигма-дельта АЦП обеспечивает высокую частоту дискретизации /дис^ЗОкГц, что позволяет вести регистрацию в широком диапазоне входных частот. Высокая частота дискретизации позволила применить для основного диапазона 10"5 - Ю'Гц в качестве фильтра НЧ простого ЬС-фильтра с частотой среза 50Гц, при этом суммарное ослабление на частоте 15кГц составляет более 80дБ. Интенсивность МТ-поля на частотах выше 10Гц существенно выше, поэтому частотный диапазон 10Гц- ЗкГц выделяется полосовым фильтром наОУ.

Таким образом, осуществляется разделение всего диапазона 10"5-103Гц на два поддиапазона, каждый из них оцифровывается независимо. Причем нижний диапазон подвергается непрерывной дискретизации, а верхний диапазон - периодической.

Особенностью канала регистрации является формирование трех потоков выходных данных. Первый поток для низкочастотного диапазона с^1К1[=100Гц, который вырабатывает ЦСП путем фильтрации с последующим прореживание исходного потока данных от АЦП, по 32бита на каждый отсчет. Второй поток соответствует высокочастотному диапазону с /лиск=30кГц, идет блоками по 10 секунд через каждые ЮОсекунд, по 24бита на отсчет. Третий поток данных является фильтрованным первым потоком с прореживанием до = 1-100Гц по 8-} 66ит на отсчет и предназначен для передачи по радиоканалу для мониторинга регистрируемых полей в режиме реального времени. Величина частоты дискретизации и количество уровней квантования определяется автоматически, исходя из доступной полосы пропускания радиоканала. Временное разделение режимов функционирования АЦП при регистрации данных показано на рис.8.

АЦП1 кЛ

ж:

за:

АЦП2 С

□2С

зюшы

Работа НЧ ЩИ Работа ВЧ ККЯ Калибровка

Рисунок 8 - Организация временного разделения АЦП

время

ЦСП выполняет следующие функции:

— Управление синхронизацией преобразования двух АЦП.

— Фильтрация и прореживание поток данных.

— Синхронизация преобразований с внешним источником синхроимпульсов.

— Реализация следящего АРУ, за счет параллельного режима работы АЦП с разными коэффициентами усиления.

— Управление периодической калибровкой каждого АЦП.

— Сжатие данных для снижения пропускной способности, обеспечивающее примерно двукратное сжатие.

— Формирование для передачи по радиоканалу потока прореженных данных.

— Поддержка режимов работы: режим энергосбережения, калибровка, режим преобразования, измерение сопротивления источника.

— Обеспечение термокомпенсации ИОН.

Наличие встроенного источника опорного тока (ИОТ), который может подключаться ко входам мультиплексора, позволяет подключать параллельно входу АЦП источник тока. Эта особенность используется при установке и подключении электрических диполей ко входу канала регистрации. В канале регистрации осуществляется циклическое измерение входного сопротивления электрических диполей и напряжение постоянной составляющей, результаты измерений отображаются на индикаторе станции. В каждом цикле производится измерение напряжения Ux на электричесхих диполях при отключенном ИОТ и 1!г при подключенном, на основе тока 1 ИОТ, расчетное сопротивление диполей составит К=\иг - Ux\ll. Таким образом, уменьшается вероятность попадания влаги и грязи в разъем, и снижается влияние человеческого фактора на установку электрических диполей.

С использованием платформы Microsoft Dot Net на языке С# разработано ПО оператора регистрирующих станций, позволяющее устанавливать параметры работы регистрационных станций, конфигурировать режим работы каждого канала регистрации, оперативно изменять режим работы, наблюдать за параметрами регистрирующей станции АЦП, оперативно наблюдать за регистрируемыми компонентами МТ-поля и показателями качества.

В четвертой главе приведены результаты полевых испытаний, проведенные на севере Омской области. Регистрация проводилась в районе населенного пункта в условиях промышленных помех. Современная аппаратура, в подавляющем большинстве случаев; не позволяет проводить такие работы ввиду неопределенности регистрации составляющих МТ-поля. На рис.9 представлены оценки импедансной характеристики для |Zxy| для объемов выборки V=1..5. Каждому приращению выборки соответствует 1,5ч сбора данных. Вверху рис.9, показано распределение бинарной переменной Но (вне масштаба).

Как видно из рис.9, для диапазона 0,01-0,001Гц достаточным для оценки импсдансной характеристики будет объем данных У=4. В более высоком частотном диапазоне удовлетворительных решений, практически, не получено, что говорит о слабом уровне полезного сигнала. На рис.10 представлено распределение относительной погрешности определения импеданса. Для объема У=4 среднее значение погрешности <5%.

Рисунок 10- Распределение относительной погрешности определения импеданса Результирующая импедансная характеристика (показана черным цветом) как среднее значение между импедансным и импедансно-адмптансным решением показана на рис. 11.

Результаты сравнительных испытаний с сертифицированной аппаратурой МТи-05, представлены на рис.12. Время регистрации составляло около 2 часов. Импеданс, полученный с использованием разработанной аппаратуры МТЗонд, совпадает с импедансом, получении?.) МТи-05, в области частот 1-0.1Гц и отличается лучшей детализацией и большей достоверностью для частот ниже 0,1 Гц.

Рисунок 12- Импедансные характеристики по результатам сравнительных испытаний

Методика проведения полевых работ по методу МТЗ отличается от принятой следующими пунктами:

1. При установке электрических диполей подбор диполей на месте осуществляется по показаниям регистрационной станции.

2. В протокол описания условий регистрации данные о постоянной разности потенциалов и сопротивлении электрических диполей не записываются.

3. В частотно-временных параметрах регистрационной станции задается максимальная частота регистрируемого диапазона и максимальное время регистрации.

3. В процессе регистрации составляющих МТ-поля в автоматизированном режиме оператор должен следить за частотным коэффициентом относительной погрешности определения импедансной характеристики и распределением коэффициента Н0 на всем частотном диапазоне. Использование этих показателей наиболее целесообразно следующим способом: первоначально накапливается сигнал, который достаточен для получения оценки для полосы частот в районе 0.01Гц, что соответствует примерно 1-2часам регистрации. Опираясь на показатели качества импедансной характеристики для указанного диапазона, наблюдают за качеством сигнала диапазона 0.1-ЮГц. Как только среднее значение относительной погрешности импеданса будет менее 0,05%, а коэффициент Но=1 на интересующем интервале частот, сбор данных следует прекращал..

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1 Усовершенствована методика проведения полевых работ методом МТЗ, отличающаяся автоматическим измерением характеристик электрических диполей, оперативным наблюдением качества регистрируемых сигналов с использованием телеметрической системы и способом принятия решения об окончании регистрации.

2 Сформулированы основные требования к характеристикам аппаратуры МТЗ, включающие: обеспечение автоматизации процесса регистрации, оперативный контроль по радиоканалу за удаленной группой регистрационных станций, оценку качества регистрируемых сигналов, автоматическое измерение характеристик диполей, автоматическое регулирование коэффициента усиления в каналах регистрации, автоматическое изменение частотного диапазона регистрации, возможность подключения внешних цифровых датчиков и устройств управления.

3 Разработана телеметрическая аппаратура МТЗ, использующая низкоскоростной радиоканал для контроля за группой регистрационных станций. Разработанная регистрирующая станция за счет модульной архитектуры обеспечивает возможность модернизации отдельных элементов аппаратуры, оперативность развертывания обеспечивает эргономика разработанных органов управления и индикации. Разработанный канал аналого-цифрового преобразования имеет широкие функциональные возможности по автоматизации процесса измерения, обеспечивает высокую долговременную и температурную стабильность. Использование автономного модуля на основе цифрового сигнального процессора в составе аппаратуры позволяет производить вычисление качества регистрируемых сигналов в режиме реального времени, что снижает требования к пропускной способности телеметрической системы.

4 Предложен критерий адекватности оценок импедансных характеристик, основанный на ограничениях модели разреза земли. Разработан метод, позволяющий отбраковывать аномальные участки сигнала, на первом этапе проверяющий взаимную когерентность, а на втором этапе - отклонения найденных решений уравнений от аппроксимированной характеристики, построенной в соответствии с критерием адекватности.

5 Разработан алгоритм робастного оценивания импедансных характеристик, использующий многоступенчатую отбраковку аномальных участков сигнала.

6 Выбраны показатели достаточности и качества информации, полученной в процессе регистрации магнитотеллурических сигналов. Разработан алгоритм, обрабатывающий в режиме реального времени получаемую информацию и предлагающий экспертные рекомендации по проведению полевых работ.

7 Модернизированные методика и алгоритмы обработки данных применены при реализации автоматизированного аппаратно-программного комплекса, который позволяет контролировать процесс регистрации магнитотеллурических полей одним квалифицированным специалистом и снизить объем неудовлетворительных данных. Автоматическое измерение характеристик подключенных электрических диполей снижает влияние человеческого фактора на качество регистрируемых сигналов.

8 Телеметрическая аппаратура МТЗ обеспечивает повышение производительности полевых работ на 20 % за счет сокращения времени регистрации. Применение разработанной методики и алгоритмов приводит к существенному повышению экономического эффекта геологоразведочных работ.

9 Проведена проверка алгоритма оценки импедансных характеристик на имитационной модели и получены удовлетворительные результаты. Результаты полевых испытаний с применением сертифицированной аппаратуры показали правильность работы разработанного комплекса и пригодность показателей качества для оценивания достаточного времени регистрации сигналов. Результаты сравнительных испытаний подтвердили высокие технические характеристики аппаратуры. Автоматизированный комплекс следует применять, в том числе, для проведения работ МТЗ в условиях интенсивных промышленных помех.

Публикация в издании по перечню ВАК:

1 Лобов К.В. Эффективные алгоритмы цифровой обработки сигаалов в задаче магшгготеллурического зондирования. [Текст] / А.А. Лаврухин, К.В. Лобов И Омский научный вестник - Омск: Издательство ОмГТУ, 2009. - Вып. 2 (80) - С. 227-231. Прочие публикации:

2 Лобов К.В. Аппаратный комплекс мапштотеллурического зондирования. [Текст] / КВ. Лобов, С.Б. Огородников, А.А. Бобровников. Россия молодая: передовые технологии

19

4

5

- в промышленность: материалы Всероссийской научно-технической конференции. -Омск: Издательство ОмГТУ, 2008. - Кн. 1. - 258 с. - ISBN 978-5-8149-0613-7. - С. 207212.

Лобов К.В. Об обработке экспериментальных данных магнитотеллурического зондирования. [Текст] / A.A. Лаврухин, К.В. Лобов, A.A. Бачмага, С.Б. Огородников. Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Омск: Издательство ОмГТУ, 2008. - Кн. 1. - 258 с. -ISBN 978-5-8149-0613-7. - С. 203-207.

Лобов К.В. Алгоритм визуализации данных магнитотеллурического зондирования. [Текст] / A.A. Бачмага, К.В. Лобов. Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Омск: Издательство ОмГТУ, 2009. - Кн. 2. - 260 с. - ISBN 978-5-8149-0613-7. - С. 149-152. Лобов К.В. Калибровка датчика магнитного поля на сверхнизких частотах. [Текст] I И.С. Земляков, В.П. Кисмерешкин, К.В. Лобов, Г.М. Пронин. Россия молодая: передовые технологии — в промышленность: материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Омск: Издательство ОмГТУ, 2009. - Кн. 2. - 260 с. - ISBN 978-5-8149-0613-7.-С. 173-177.

Лобов К.В. Вариант построения модуля адаптивного аналого-цифрового преобразователя. [Текст] / К.В. Лобов, A.A. Бобровников. Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Омск: Издательство ОмГТУ, 2009. - Кн. 2. - 260 с. - ISBN 978-5-8149-0613-7. - С. 189-192.

Подписано в печать 28.05.2010. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл.п.л. 1,25. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100 экз. Тип.зак. 28 Заказное

Отпечатано на дупликаторе в полиграфической лаборатории кафедры «Дизайн и технологии медиаиндустрии» Омского государственного технического университета 644050,0мск-50, пр. Мира, 11

Введение.

Глава 1. Современная методика и аппаратно-программные комплексы для проведения магнитотеллурического зондирования.

1.1 Общие сведения о методе МТЗ.

1.2 Методика проведения работ МТЗ.

1.2.1 Развертывание аппаратуры.

1.2.2 Особенности настройки режимов измерения.

1.3 Сравнительный анализ применяемых регистрационных станций МТЗ

1.3.1 Регистрационные станции МТЗ, применяемые в российской геологоразведке.

1.3.2 Сравнительный анализ характеристик современной аппаратуры.

1.3.3 Сводная оценка функциональных характеристик регистрационных станций МТЗ.

1.4 Назначение телеметрической системы.

1.5 Требования к телеметрической системе аппаратуры МТЗ.

Глава 2. Обработка сигналов магнитотеллурического зондирования.

2.1 Структура магнитотеллурического поля.

2.2 Методика предварительной обработки данных.

2.2.1 Предварительная фильтрация.

2.2.2 Оптимизация выделения мгновенных амплитудной и фазовой составляющих узкополосного сигнала.

2.2.3 Расчет оценок импедансных характеристик.

2.2.4 Оценка достаточности времени сбора данных.

2.2.5 Алгоритм оценки достаточности времени сбора данных.

Глава 3. Аппаратура МТЗ.

3.1 Первичные преобразователи физических величин.

3.1.1 Датчик электрического поля.

3.1.2 Датчик магнитного поля.

3.2 Состав аппаратно-программного комплекса МТ-Зонд.

3.2.1 Канал регистрации.

3.2.2 Регистрационная станция.

3.2.3 Пространственная архитектура комплекса.

Глава 4. Экспериментальная проверка результатов исследования.

4.1 Результаты полевых испытаний.

4.2 Методика проведения полевых работ МТЗ с использованием разработанной аппаратуры.

Разведка перспективных месторождений полезных ископаемых является стратегическим направлением развития сырьевой базы нашей страны. Актуальность проведения таких работ в последнее время особенно возросла ввиду истощения и выработки уже освоенных месторождений. Снижение объемов геологоразведки уже привело к тому, что существующая материально-техническая база значительно устарела. За исключением единичных примеров, практически свернута разработка современной отечественной аппаратуры, что, в свою очередь, сковывает развитие методов геологоразведки.

Для изучения структуры земной коры и поиска полезных ископаемых наряду с сейсморазведкой, гравиторазведкой, магниторазведкой используется группа методов электрического зондирования, к которым, в частности, относится метод магнитотеллурического зондирования (МТЗ).

Метод МТЗ отличается низкими затратами на проведение исследований, широким диапазоном глубин исследования, высокой степенью информативности и достоверности данных, экологичностью. Эти преимущества связаны с использованием в качестве источника возбуждения электрического тока вариации естественного геомагнитного поля, в отличии от других электроразведочных методов, которые требуют применения мощных генераторных установок, МТЗ обеспечивает глубину зондирования до 400600км, по этому его следует считать одним из приоритетных направлений развития геофизики и геологоразведки. Необходимость нахождения крупных месторождений углеводородов способствовала развитию МТЗ как глубинного, регионального метода. В настоящее время перспективным направлением стала разведка небольших сконцентрированных месторождений, доступных для разработки малым компаниям. За последнее десятилетие доля локальных работ методом МТЗ существенно возросла и продолжает расти. Локальная л геологоразведка на площади 10-100 км характеризуются большим объемом полевых работ - до тысячи точек регистрации, который требуется провести за короткий временной отрезок. Регистрация полевых сигналов производится в автоматическом режиме, а длительность регистрации подбирается опытным путем, что связано со случайным нестационарным характером вариаций МТ-поля и функциональными ограничениями аппаратуры. Длительное время регистрации снижает производительность метода МТЗ, влияние человеческого фактора объясняет появление ложных сигналов.

Электромагнитное поле, создаваемое естественными ионосферными процессами, по мощности и по спектральным характеристикам превосходит возможности искусственных генераторов ЭМ-поля. Однако, использование такого естественного источника сказывается на особенностях метода МТЗ:

- Электромагнитное поле имеет характер случайного процесса, хотя некоторые закономерности существуют;

- Электромагнитное поле имеет низкую интенсивность в звуковом диапазоне волн;

- В индустриальных районах промышленные помехи накладываются на естественное поле, причем уровень помех зачастую выше;

- В отличии от методов с искусственным источником возбуждения, сложно отделить естественное поле от поля помех;

- В методе МТЗ используются сверхнизкие частоты, что влечет за собой необходимость длительных измерений составляющих теллурического поля, интенсивность которых имеет суточную зависимость. В сущности, геологоразведочные работы по методу МТЗ разбиваются на два этапа: этап проведения полевых работ, во время которого производится измерение составляющих естественного электромагнитного поля Земли в разных географических точках, и этап по обработке результатов измерения с целью построения геоэлектрического разреза земной коры.

В соответствии с методом МТЗ требуется оценивать импедансные характеристики земного разреза, пользуясь для этого сигналами зарегистрированного электромагнитного поля. В основе метода лежит модель Тихонова-Каньяра, связывающая сигналы и импедансную характеристику линейной зависимостью. Восстановление такой непараметрической модели затрудняется непостоянством вариаций электромагнитного поля и наличием шумов сравнительно высокого уровня, в том числе и детерминированных. Под адекватностью идентифицируемой модели будем понимать соответствие оцениваемых импедансных характеристик естественным ограничениям, установленным, в частности, для их первых производных. Целью обработки полученных данных является получение робастных оценок импедансных характеристик, удовлетворяющих установленным требованиям адекватности.

Соотношение уровня составляющих МТ-поля и шумов в регистрируемых сигналах непостоянно, поэтому если за время регистрации сигналов не накопится достаточной информации для получения робастных решений, то оценки импедансных характеристик будут иметь значительный разброс. Отсутствие оперативной оценки достаточности информации в регистрируемых сигналах снижает практическую эффективность метода МТЗ. Количество информации в регистрируемых сигналах будем считать достаточным, если на их основе можно получить вполне адекватные оценки, а дальнейший сбор информации не приведет к их улучшению. Под качеством зарегистрированных данных будем понимать совокупность показателей, описывающих степень достаточности информации и адекватность оценки импедансных характеристик.

Таким образом, разработка методики оценки качества магнитотеллурических данных, разработка аппаратуры для организации процесса сбора данных и оценки качества в режиме реального времени будет способствовать решению актуальной задачи повышения производительности работ методом МТЗ.

Научная проблема порождена отсутствием способа оценки качества результатов магнитотеллурического зондирования, который позволит контролировать процесс регистрации сигналов и принимать решение о времени его окончания.

Объектом исследования является система сбора, передачи и первичной обработки результатов регистрации магнитотеллурических полей.

Предмет исследования — методы подготовки и настройки регистрирующей аппаратуры, способы передачи, контроля и оценки достаточности зарегистрированных данных, алгоритмы первичной обработки и общая методика проведения работ МТЗ.

Цель исследования — повышение эффективности проведения работ магнитотеллурического зондирования за счет модернизации методики, разработки новых аппаратных и алгоритмических средств и повышения уровня их автоматизации.

Задачи исследования:

- Построение критерия эффективности результатов полевых работ методом МТЗ и усовершенствование методики их проведения.

Выполнение сравнительного анализа и определение требований к характеристикам аппаратуры МТЗ для геологоразведки.

Разработка телеметрической аппаратуры для проведения работ по методу МТЗ.

Определение критерия адекватности импедансных характеристик и разработка метода отбраковки данных, не удовлетворяющих критерию.

- Разработка алгоритма получения робастных оценок для импедансных характеристик.

- Выбор показателей достаточности информации и степени качества регистрируемых данных и разработка алгоритма принятия решения об окончании регистрации сигналов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Метод отбраковки неудовлетворительных данных и алгоритм получения оценок импедансных характеристик, который позволяет получить показатели качества данных адекватные установленным критериям.

2 Выбор статистических показателей для количественной оценки качества и достаточности данных;

3 Алгоритм оценки качества данных в режиме реального времени, позволяющий принимать решение о достаточности времени регистрации компонент МТ-поля;

4 Телеметрическая аппаратура, позволяющая автоматизировать процесс сбора информации, контроля ее пригодности и сокращать необходимое время регистрации;

5 Модернизированная методика проведения полевых работ по методу МТЗ повышает производительность геологоразведки.

Научной новизной обладают следующие результаты:

Модернизированная методика проведения полевых работ МТЗ, позволяющая повысить производительность геологоразведки за счет применения новой автоматизированной системы.

Требования к аппаратным средствам МТЗ, обеспечивающие повышение экономического эффекта геологоразведочных работ.

Алгоритм отбраковки неудовлетворительных магнитотеллурических данных и получения робастных оценок импедансных характеристик.

Алгоритм, оценивающий качество данных регистрируемых магнитотеллурических полей в режиме реального времени, позволяющий оценить достаточность времени сбора данных.

Практическая ценность:

- Предложенная методика проведения полевых работ и сформулированные требования к характеристикам аппаратных средств МТЗ позволяют контролировать процесс регистрации магнитотеллурических полей одним автоматизированным рабочим местом, снижая объем полученных неудовлетворительных данных.

- Программное обеспечение, реализующее алгоритмы отбраковки неудовлетворительных магнитотеллурических данных и получения робастных оценок импедансных характеристик, позволяет в полевых условиях в режиме реального времени выполнять первичную обработку информации и принимать оперативные решения об изменении хода полевых работ. '

- Разработанная телеметрическая аппаратура МТЗ, обеспечивающая удаленный контроль за группой регистрационных станций, позволяет автоматизировать процесс сбора и оценки качества информации и, тем самым, сократить необходимое время регистрации.

- Алгоритм определения достаточности информации в зарегистированных полях позволяет минимизировать время сбора данных и повысить производительность полевых работ.

Достоверность полученных результатов основана на корректном применении методов статистической обработки данных и цифровой обработки сигналов, подтверждена точностью совпадения полученных оценок с имитационной моделью и экспериментальными результатами, полученными при проведении лабораторных и натурных испытаний, в том числе с применением сертифицированной аппаратуры.

Использование результатов диссертации. Результаты работы использованы при проектировании аппаратно-программного комплекса МТ-Зонд для проведения работ методом МТЗ по заказу ООО «Свелинк».

Личный вклад автора. Лично разработаны показатели и критерии достаточности регистрируемых сигналов МТЗ, модернизирована методика проведения полевых работ, требования к аппаратуре МТЗ, аппаратная часть МТ-Зонд и программное обеспечение для аппаратной части. В соавторстве были разработаны: методика расчета импедансных характеристик, алгоритм оценки качества данных в режиме реального времени, разработка программного обеспечения комплекса МТ-Зонд; проведение полевых испытаний; обработка экспериментальных данных и полевого материала.

Апробация результатов диссертации. Основной материал диссертации отражен в научных докладах на Всероссийских научно-технических конференцих «Россия молодая: передовые технологии — в промышленность» в ОмГТУ (2008-2009г.) и школы-семинара «Электромагнитные исследования в Восточной Сибири» СНИИГГиМС (2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ: одна статья по списку журналов ВАК, 5 статей в материалах международных и всероссийских конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 93 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 137 страницах основного текста, содержит 49 рисунков, 7 таблиц, и приложения на 5 страницах.

Выводы к главе 4

1 Результаты полевых испытаний доказали эффективность разработанного аппаратного и алгоритмического обеспечения.

2 Предложенные критерии оценки качества сигналов являются адекватными с позиции достаточности времени сбора данных для получения устойчивого решения импедансной характеристики геоэлектрического разреза.

3 Разработанная аппаратура может применятся для проведения работ в условиях интенсивных промышленных помех.

4 Использование контроля качества сигнала в режиме реального времени позволяет повысить эффективность метода МТЗ за счет сокращения времени сбора данных.

1 Усовершенствована методика проведения полевых работ методом МТЗ, отличающаяся автоматическим измерением характеристик электрических диполей, оперативным наблюдением качества регистрируемых сигналов с использованием телеметрической системы и способом принятия решения об окончании регистрации.

2 Сформулированы основные требования к характеристикам аппаратуры МТЗ, включающие: обеспечение автоматизации процесса регистрации, оперативный контроль по радиоканалу за удаленной группой регистрационных станций, оценку качества регистрируемых сигналов, автоматическое измерение характеристик диполей, автоматическое регулирование коэффициента усиления в каналах регистрации, автоматическое изменение частотного диапазона регистрации, возможность подключения внешних цифровых датчиков и устройств управления.

3 Разработана телеметрическая аппаратура МТЗ, использующая низкоскоростной радиоканал для контроля за группой регистрационных станций. Разработанная регистрирующая станция за счет модульной архитектуры обеспечивает возможность модернизации отдельных элементов аппаратуры, оперативность развертывания обеспечивает эргономика разработанных органов управления и индикации. Разработанный канал аналого-цифрового преобразования имеет широкие функциональные возможности по автоматизации процесса измерения, обеспечивает высокую долговременную и температурную стабильность. Использование автономного модуля на основе цифрового сигнального процессора в составе аппаратуры позволяет производить вычисление качества регистрируемых сигналов в режиме реального времени, что снижает требования к пропускной способности телеметрической системы.

4 Предложен критерий адекватности оценок импедансных характеристик, основанный на ограничениях модели разреза земли. Разработан метод, позволяющий отбраковывать аномальные участки сигнала, на первом этапе проверяющий взаимную когерентность, а на втором этапе - отклонения найденных решений уравнений от аппроксимированной характеристики, построенной в соответствии с критерием адекватности.

5 Разработан алгоритм робастного оценивания импедансных характеристик, использующий многоступенчатую отбраковку аномальных участков сигнала.

6 Выбраны показатели достаточности и качества информации, полученной в процессе регистрации магнитотеллурических сигналов. Разработан алгоритм, обрабатывающий в режиме реального времени получаемую информацию и предлагающий экспертные рекомендации по проведению полевых работ.

7 Модернизированные методика и алгоритмы обработки данных применены при реализации автоматизированного аппаратно-программного комплекса, который позволяет контролировать процесс регистрации магнитотеллурических полей одним квалифицированным специалистом и снизить объем неудовлетворительных данных. Автоматическое измерение характеристик подключенных электрических диполей снижает влияние человеческого фактора на качество регистрируемых сигналов.

8 Телеметрическая аппаратура МТЗ обеспечивает повышение производительности полевых работ на 20 % за счет сокращения времени регистрации. Применение разработанной методики и алгоритмов приводит к существенному повышению экономического эффекта геологоразведочных работ.

9 Проведена проверка алгоритма оценки импедансных характеристик на имитационной модели и получены удовлетворительные результаты. Результаты полевых испытаний с применением сертифицированной аппаратуры показали правильность работы разработанного комплекса и пригодность показателей качества для оценивания достаточного времени регистрации сигналов. Результаты сравнительных испытаний подтвердили высокие технические характеристики аппаратуры. Автоматизированный комплекс следует применять, в том числе, для проведения работ МТЗ в условиях интенсивных промышленных помех.

1. Афанасьев, Ю.В. Феррозондовые приборы Текст. / Ю.В. Афанасьев. — Д.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. — 188 с.

2. Бейкер, Б. Роль внешних компонентов в оптимизации работы АЦП последовательного приближения Текст. / Б. Бейкер, М. Ольяца // Новости электроники. 2007. -№18. - С. 25-29.

3. Белодедов, М.В. Методы проектирования цифровых фильтров Текст. : учебное пособие / М.В. Белодедов. — Волгоград: Издательство Волгоградского государственного университета, 2004. — 64 с. — ISBN 585534-929-2.2.

4. Бендат, Дж. Измерение и анализ случайных процессов Текст. / Дж. Бендат, А. Пирсол. М.: Мир, 1971. - 540 с.

5. Бердичевский, М. Н. Магнитотеллурическое зондирование горизонтально-однородных сред Текст. / М. Н. Бердичевский, В. И. Дмитриев. М.: Недра, 1992. - 249 с.

6. Бердичевский, М.Н. Модели и методы магнитотеллурики Текст. / М.Н. Бердичевский, В.И. Дмитриев. М.: Научный мир, 2009. - 680 с. : ил.

7. Бердичевский, М.Н. Электрическая разведка методом магнитотеллурического профилирования Текст. / М.Н. Бердичевский. — М.: Недра, 1967.

8. Бобровников, JI.3. Электроразведочная аппаратура и оборудование Текст. / JI.3. Бобровников, И.Н. Кадыров, В.А. Попов. М., Недра, 1979. -246 с.

9. Борискина, И.В. Физическая природа шума и методы защиты от него Текст. / И.В. Борискина, А.В. Захаров.

10. Ваньян, Л.Л. Основы электромагнитных зондирований Текст. / Л.Л. Ваньян. М., Недра, 1965. 311 с.

11. Вешев, А.В. Электромагнитное профилирование Текст. / А.В.Вешев, В.Г. Ивочкин, Г.Ф. Игнатьев. Л., Недра, 1971. - 82 с.

12. Глинченко, А.С. Цифровая обработка сигналов Текст. В 2. ч. Ч. 1. / А.С. Глинченко. Красноярск: Изд-во КГТУ, 2001. - 199 с.

13. Говорков, В.А. Электрические и магнитные поля Текст. / В.А. Говорков. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1951.

14. Голуб, B.C. Сигма-дельта-модуляторы и АЦП / B.C. Голуб // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2003. — №4. С. 35-41.

15. Гублер, Г.Б. Алгоритмы цифровой обработки сигналов многофункционального эталонного прибора для измерений электроэнергитических величин Текст. / Г.Б. Гублер, B.C. Гутников.

16. Дмитриев, И.В. Совершенствование методики полевых работ и обработки данных глубинных магнитотеллурических зондирований (на примере Приморья) Текст. : дис. канд. тех. наук : 25.00.10 Владивосток, 2007. — 115 с. РГБ ОД, 61:07-5/3382.

17. Дорофеев, П. Современные быстродействующие АЦП с большим динамическим диапазоном Текст. / П. Дорофеев, П. Руднев // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. — 2006. № 4. - С. 23-25.

18. Измеритель AGE-xxl Электронный ресурс. : НПО «КруКо». Режим доступа: www.kruko.ru/geo/page31 .php

19. Карки, Д. Использование полностью дифференциального операционного усилителя в качестве аттенюатора Текст. : Часть 1 : дифференциальный биполярный входной сигнал / Д. Карки // Analog Application Joutnal. -2009.-№2.-С. 2-4.

20. Касаткин, С. Тонкопленочные магниторезистивные датчики Текст. / С. Касаткин, А. Муравьев. — Электронные компоненты, 2003, № 3.

21. Козак, В.Р. Прецизионные аналого-цифровые преобразователи Текст. //

22. B.Р. Козак // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2006. - №4.1. C. 35-37.

23. Колесник, С.А., Электромагнитный фон урбанизированных северных территорий: монография Текст. / С.А. Колесник, E.JI. Шошин. Ханты-Мансийск: Полиграфист, 2008. - 123 с.

24. Коноплин, А.Д. Цифровая аппаратура магнитотеллурического зондирования Текст. / А.Д. Коноплин, А.И. Человечиков // Практика приборостроения. 2003. - № 2. - С. 34-40.

25. Коноплин, А.Д. Разработка цифровой аппаратуры и программно-методического обеспечения обработки данных МТЗ Текст. : дис. канд. тех. наук : 25.00.10 Екатеринбург, 2003. 121 с. - РГБ ОД, 61:04-5/2266.

26. Копылова, Г.Н. Поиск предвестников землетрясений по данным электротеллурических наблюдений на Камчатке Текст. / Г.Н. Копылова.

27. Короновский, А.А. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения Текст. / А.А. Короновский, А.Е. Храмов. М.: Физматлит, 2003. - 176 с.

28. Краев, А.П. Основы геоэлектрики Текст. / А.П. Краев. М., Недра, 1965.

29. Кулаичев, А.П. Об информативности когерентного анализа в исследованиях ЭЭГ Текст. / А.П. Кулаичев // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. М.: Академиздатцентр «Наука», РАН. — 2009. - № 59(6). - С. 766-775.

30. Кюль, Т. Применение топологии с многопетлевой обратной связью в полностью дифференциальных активных фильтрах с бесконечным коэффициентом усиления Текст. / Т. Кюль // Analog Application Journal. — 2009. 1 квартал. - С. 31-34.

31. Лобов К.В. Эффективные алгоритмы цифровой обработки сигналов в задаче магнитотеллурического зондирования. Текст. / А.А. Лаврухин, К.В. Лобов // Омский научный вестник. — Омск: Издательство ОмГТУ, 2009. Вып. 2 (80) - С. 227-231.

32. Лобов, К.В. Вариант построения модуля адаптивного аналого-цифрового преобразователя Текст. / К.В. Лобов, А.А. Бобровников // Россия молодая: передовые технологии — в промышленность: материалы

33. Всероссийской научно-технической конференции. — Омск: Издательство ОмГТУ, 2009. Кн. 2.-260 с. - ISBN 978-5-8149-0613-7. - С. 189-192.

34. Малогабаритная магнитотеллурическая электроразведочная станция SGS-Е Электронный ресурс.: НПК СибГеоСейс, 2009. — Режим доступа: www.sibgeodevice.ru/sgd e.html

35. Марпл-мл., С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения Текст. / С. Л. Марпл-мл. М.: Мир, 1990. - 584 с.

36. Микроминиатюрные малопотребляющие кварцевые генераторы серии МХ037 Электронный ресурс. : Режим доступа: /www.magicxtal.com/specs/MXQ3 7- 8 .PDF

37. Огильви, А.А., Хмелевской В.К. Сборник задач и упражнений по электроразведке Текст. / А.А. Огильви, В.К. Хмелевской. М., МГУ, 1964.- 153 с.

38. Ольяка, М. Влияние источника опорного напряжения на характеристики АЦП Текст. : часть 1 / М. Ольяка, Б. Бэйкер // Analog Application Journal. -2009.-№2.-С. 2-5.

39. Ольяка, М. Влияние источника опорного напряжения на характеристики АЦП Текст. : Часть 2 / М. Ольяка, Б. Бэйкер // Analog Application Journal. -2009.-№3.-С. 12-15.

40. Онхойзер, Ф. Влияние опорной схемы на линейность характеристик АЦП с регистром последовательного приближения Текст. / Ф. Онхойзер, С. Янессари, М. Хюмер // Электронные компоненты. — 2008. — № 4. — С. 32-38.

41. Оппенгейм А. Цифровая обработка сигналов Текст. / А. Оппенгейм, Р. Шафер. М.: Техносфера, 2007. - 856 с.

42. Орлов, А.И. Эконометрика Текст. : Учебник / А.И. Орлов. -М.: Экзамен, 2002. 576 с.

43. Паччигар, М. Методы сопряжения быстродействующих ОУ с АЦП Текст. / М. Паччигар // Электронные компоненты. — 2009. — № 2. — С. 1216.

44. Преобразователь индукции переменного магнитного поля НВО 195.7 Электронный ресурс. : Режим доступа: www.nvlab.spb.ru/0195.html

45. Рандалл, Р.Б. Частотный анализ Текст. / Р.Б. Рандалл. -. Копенгаген: Брюль и Кьер, 1989. 389 с.

46. Регистраторы магнитотеллурические, МК-4-СМ27 Электронный ресурс.: НПО МикроКОР. Режим доступа: www.microkor.ru/index.php?lang=ru&section=telluric

47. Редер, Р. Выбор между усилителем и трансформатором для построения схемы нормализации АЦП Электронный ресурс. / Р. Редер, Д. Цазерта. -Режим доступа: www.analog.com.ru/Public/ampvstrans.pdf

48. Ридер, Б. Оптимизация генератора тактовых импульсов в блоке аналого-цифрового преобразования Текст. / Б. Ридер., Г. Уэйн, Р. Шиллито // Электронные компоненты. -2008. — №4. С.32-39.

49. Ридер, Б. Оптимизация генератора тактовых импульсов в блоке аналого-цифрового преобразования Текст. / Б. Ридер, У. Грин, Р. Шиллито ;перевод А. Власенко // Мир электронных компонентов. 2009. - № 3. - С. 32-39.

50. Семенов, А.С. Электроразведка методом естественного электрического поля Текст. / А.С. Семенов ; изд. 2-е, перераб. и доп. Л.: Недра, 1974. -391 с.

51. Сергиенко, А.В. Цифровая обработка сигналов Текст. / А.В. Сергиенко. -СПб.: Питер, 2005. 604 с.

52. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение Текст. / Б. Скляр. М.: Вильяме, 2004. — 1104 с.

53. Стратиенко, А. Комплексный подход к разработке систем с аналогово-цифровым и цифрово-аналоговым преобразованием Текст. /

54. A. Стратиенко // Электроникаинфо. — 2007.

55. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника Текст. : Справочное руководство : [пер. с нем.] / У. Титце, К. Шенк. — М.: Мир, 1982. -512 с. : ил.

56. Хмелевской, В.К. Краткое описание методов постоянного тока Электронный ресурс. : (Электромагнитные зондирования) :

57. B.К. Хмелевской // Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 1997. — Режим доступа: geo.web.ru/db/msg.html?uri=page26.html&mid=l 16163 6

58. Хмелевской, В.К. Электрическое зондирование геологической среды Текст. // В.К. Хмелевской, В.А. Шевнин. М.: МГУ. - 4.1. - 1988 : 4.2. - 1992.-140 с.

59. Хмелевской, В.К. Электроразведка Текст. : изд. 2-е / В.К. Хмелевской. -М.: Изд-во МГУ, 1984. : ил., 422 с.

60. Хмелевской, В.К. Электроразведка Текст. / В.К. Хмелевской, И. Н. Модин, А.Г. Яковлев. М.: Эксперт-диагностика, 2005. — 311 с.

61. Шахнович, И. Сигма-дельта АЦП. Архитектура, принципы, компоненты Текст. / И. Шахнович // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. — 2006.-№4.-С. 18-22.

62. Шустов, Н.Л. Электроразведочная аппаратура Электронный ресурс. : Режим доступа: http://geophys.geol.msu.ru/ems/apparOO.doc. С. 24.

63. Электроразведка методом сопротивлений Текст. / ред. В.К. Хмелевской и В.А. Шевнин. М.: МГУ, 1994. - 97 с.

64. Электроразведочная аппаратура Электронный ресурс.: Режим доступа: www.geoelectric.ru/hardware.htm71 1- and 2-Axis Magnetic Sensors HMC1001/1002 HMC1021/1022 : Электронный ресурс.: www.magneticsensors.com/datasheets/hmcl001-21021-2.pdf

65. Baker, В. How the boltage reference affects ADC performance Text. : Part 3 / B. Baker, M. Oljaca. // Analog Applications Journal. 2009. - 4Q. - P. 5-9.

66. Baker, B.C. A DAC for all precision occasions Text. / B.C. Baker // Analog Applications Journal. — 2008. 3Q. — P. 5-8.

67. Caruso, M. J. Anisotropic Magnetoresistive Sensors: Theory and Applications Text. / M.J. Caruso, T. Bratland, C.H. Smith, R. Schneider. Sensors, 1999, March.-P. 18-26.

68. Chave, A.D. Bounded influence magnetotelluric response function estimation Text. / A.D. Chave, D.J. Thomson // Geophysics Journal International. — 2004. -№ 157.-P. 988-1006.

69. De Groot-Hedlin, C. Inversion of magnetotelluric data for 2D structure with sharp resistivity contrasts Text. / C. de Groot-Hedlin, S. Constable // Geophysics. 2004. - Vol. 69, № 1. - P. 78-86.

70. Dunn, J. Jitter Theory Text. : Audio Precision / J. Dunn // Technote. — 2000. — TN-23.

71. GMS-06 24-Bit Geophysical EM Measurement System Электронный ресурс.: Режим доступа: 88.198.212.15 8/mtxweb/uploads/media/flyerADU-06v 1 .pdf

72. Improving ADC Resolution By Oversampling and Averaging Электронный ресурс.: application note AN018, CYGNAL Integrated Products, Inc. 2001. -Режим доступа: www.cygnal.com

73. Kugelstadt, Т. Auto-zero amplifiers ease the design of high-precision circuits Text. / T. Kugelstadt // Analog Applications Journal. 2005. - 2Q. - P. 19-27.

74. Loddo, M. Generation of synthetic wide-band electromagnetic time series Text. / M. Loddo, D. Schiavone, A. Siniscalchi // Annals of Geophysics.2002. Vol. 45, №. 2. - P. 289-301.

75. Magnetic and Electric Field Sensors for Geophysical Receivers Электронный ресурс. : Режим доступа: www.phoenix-geophysics.com/products/sensors/

76. Mancini, R. Op amp stability and input capacitance Text. / R. Mancini. // Analog Applications Journal. 2004. - 1Q. - P. 24-27.

77. Measuring Current with IMC Hall Effect Technology Электронный ресурс. :2003. Режим доступа: www.sensorsmag.com/articles/1103/29/

78. Michael, J. A New Perspective on Magnetic Field Sensing Text. / J. Michael. // Sensors. Vol. 15, № 12. - P. 34-46.

79. Miller, P. Precision voltage references. / P. Miller, D. Moore. // Analog Applications Journal. 1999. - November. — P. 1-4.

80. MT-087 Tutorial / Analog Devices, Inc. 2005.

81. Oskooi, B. ID interpretation of the Magnetotelluric data from Travale Geothermal Field in Italy Text. / B. Oskooi. // Journal of the Earth & Space Physics.-2006.-Vol. 32, №2.-P. 1-16.

82. Simonov, M.Yu. Transition between European province and the baltic shield as revealed by magnetotelluric measurements Text. / M.Yu Smirnov, L.B. Pedersen. // Geophysics. 2004. - P. 245-250.

83. Smirnov, M. Yu. Magnetotelluric data processing with a robust statistical procedure having a high breakdown point Text. / M.Yu. Smirnov // Geophysical Journal International. 2003. - Vol. 152. - P. 1-7.

84. System 2000 3D Electromagnetic System Электронный ресурс.: Режим доступа: http://www.phoenix-geophysics.com/products/systems/ssmt/

85. Triple and Octal Channel Protectors: ADG466/ADG467 Text. / Analog Devices.

86. Varentsov, I.M. Generation of synthetic magnetotelluric data Text. / I.M. Varentsov, E.Yu. Sokolova // Physics of the Solid Earth. 1995. -Vol. 30. -№. 6. - P. 554-562.

87. Рисунок АЛ Регистрационная станция MTU V5 System 2000 (Phoenix)

88. Рисунок А.2 Регистрационная станция ADU-06 (Mentronix)

89. Рисунок А.З Регистрационная станция SGS-E(«CH6reoCefic»)

90. Рисунок A.4 Регистрационная станция AGE-xxl («КруКо»)

91. Рисунок А.5 Регистрационная станция МК-4-СМ27(«МикроКОР»)

92. Рисунок Б.1 Образец регистрационного канала

93. Рисунок Б.2 Прототип модуля телеметрии

94. Рисунок В.1 Внешний вид опытного образца

95. Рисунок Г. 1 Общий вид интерфейса программного обеспечения обработкиполевых сигналовi пуск О О Ф * me.JB.MT5BДнг.тпмвв*»

96. По первому пункту разработанный алгоритм реализован в программном обеспечении обработки результатов магнитотеллурического зондирования. Получен положительный результат применения алгоритма при обработке зашумленных данных. •

97. По третьему пункту разработанные аппаратно-программные решения легли в основу разработанной аппаратуры МТ-Зонд, повышающей степень автоматизации процесса сбора и оценки качества информации и способствующей сокращению необходимого времени регистрации.

98. УТВЕРЖДАЮ ООО «Свелинк» В.В. Дударев ГГ4.3 2010 г.

99. Настоящим актом подтверждается, что разработанный канал регистрации аналоговых сигналов для комплекса МТ-Зонд прошел испытания в ООО «Свелинк». По результатам испытаний были подтверждены следующие технические характеристики канала регистрации:

100. Количество рабочих диапазонов частот 2

101. Полоса рабочих частот нижнего частотного диапазона, Гц 0.0001-30

102. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) для диапазона 0.0001. 1 Гц, дБ ±0.1

103. Разность АЧХ измерительных каналов нижнего частотного диапазона не более 0,5%

104. Полоса рабочих частот верхнего частотного диапазона, кГц 0.001-3

105. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) для диапазона 0.1.1 кГц, дБ 2

106. Полоса рабочих частот нижнего частотного диапазона, Гц 0.0001-20

107. Разность АЧХ измерительных каналов верхнего частотного диапазона не более 1%

108. Коэффициент межканального проникновения на частоте 10Гц, не более, дБ -120

109. Коэффициент межканального проникновения на частоте 1кГц, не более, дБ -100

110. Коэффициент подавления синфазного сигналов, дБ, не менее 60

111. Количество поддиапазонов входных напряжений 7

112. Входное дифференциальное сопротивление без промежуточного буферного усилителя, кОм, не менее 2

113. Входное дифференциальное сопротивление с промежуточным буферным усилителем МОм, не менее 10

114. Уровень собственных шумов, нВ/(Гци 5), не более 301. Количество АЦП 21. Разрядность АЦП 23+знак

115. Частота дискретизации сигналов на выходе, кГц 30± 0.001

116. Интегральная нелинейность от полного входного диапазона 0.002%

117. Количество потоков выходных данных 3

118. Разработанная аппаратура позволяет регистрировать компоненты естественного электромагнитного поля. Точность регистрации компонент определяется характеристиками канала регистрации.

119. Матвеев А.В./ Л. /Лобов К.В./

120. Бачмага А. А./ -г^/Кисмерешкин В.П/