Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Сейсмологические наедвденйя и проблем автоматизации сбора и интерпретации информационных потоков . 12
1. Стационарные системы сейсмологических наблюдений. 14
2. Передвижные системы сейсмологических наблюдений 20
3. Состояние и проблемы развития автоматизированных систем сбора и интерпретации сейсмологической ин формации 23
Выводы 29
Глава 2. Методика. автомтизировашои обработки непрерывных воспроизводимых сейсмологических нашщенйй и функциональная схема системы. 30
1. Анализ информационно-логического содержания задач обработки сейсмологической информации 30
2. Определение и формулировка требований к автоматизированной системе машинной обработки магнитограмм сейсмологических наблюдений 40
3. Функциональная схема программно-аппаратурного комплекса автоматизированной обработки сейсмоданных и назначение основных узлов и блоков комплекса. 50
Выводы 59
Глава 3. Устройство автоматизированного анализа и выделения: сейсмических сигналов на фоне помех 60
1. Алгоритм анализа и распознавания сейсмических сигналов 60
2. Аппаратная реализация алгоритма анализа сейсмических сигналов и оценка ее эффективности 71
3. Математическая модель распознавания сейсмических сигналов и оптимизации его параметров 78
Выводы 98
Глава 4. Автоматизированная систем обработки данных сейсмостанции "черепаха" 99
1. Устройство отбора полезной информации с магнитограмм с/с "Черепаха" 99
2. Система кодирования и ввода в ЭВМ сейсмологической информации 111
3. Визуализация сейсмических сигналов в процессе авто матизированной обработки материалов "Земля", "Черепаха" 126
4. Аппаратурный комплекс отбора и ввода данных с/с "Черепаха" в ЭВМ ЕС 136
Выводы 143
Глава 5 Примеры и анализ производственной эксплуатации автоматизированном системы обработки навіщений с/с "черепаха" 145
1. Технология предварительной подготовки и обработки на ЭВМ данных, получаемых сейсмостаядиями "Земля", "Черепаха" 145
2. Некоторые результаты производственной эксплуатации комплекса 148
Заключение
- Состояние и проблемы развития автоматизированных систем сбора и интерпретации сейсмологической ин формации
- Определение и формулировка требований к автоматизированной системе машинной обработки магнитограмм сейсмологических наблюдений
- Аппаратная реализация алгоритма анализа сейсмических сигналов и оценка ее эффективности
- Визуализация сейсмических сигналов в процессе авто матизированной обработки материалов "Земля", "Черепаха"
Введение к работе
Современный этап развития науки и техники характеризуется широким внедрением электронных вычислительных машин. При этом наряду с повышением эксплуатационных параметров и характеристик ЭВМ в число наиболее актуальных проблем выдвигается организация эффективного ввода, обработки и вывода информации с применением диалоговых режимов "человек-машина". Существующие устройства ввода и вывода, которыми укомплектованы универсальные ЭВМ, ограничивают их рациональное использование во многих областях из-за особенностей представления обрабатываемых данных. Так для вынисли-тельных систем, выполняющих экономические расчеты, характерны внешние устройства с накоплением информации на промежуточных носителях с последующим вводом этой информации в ЭВМ. В системах же автоматизации производственных процессов и обработки данных физического эксперимента, где информация с объектов наблюдения, как правило, поступает в виде аналоговых сигналов, требуются специализированные устройства преобразования ее в цифровую форму с максимально упрощенной процедурой ввода данных в ЭВМ. Таковыми являются системы обработки данных в медицине, биологии, геофизике и других областях науки и техники. Учитывая разнообразие характеристик информационных потоков подобных объектов,одним из путей повышения эффективности использования ЭВМ, является разработка специализированных программно-аппаратных комплексов, позволяющих автоматизировать весь процесс переработки информации, включающий прием, отбор,преобразование, ввод информации в ЭВМ, ее машинную обработку и вывод в требуемой форме представления.
Одной из важнейших для народного хозяйства отраслей науки и техники, отличающейся разнообразием, большими объемами и труд-
ностыо обработки информации является геология, решающая задачи познания глубинного строения недр Земли и выявления месторождений полезных ископаемых. Основными методами изучения глубинного строения земной коры являются геофизические методы, и среди них один из наиболее информативных - сейсмический, использующий информацию, представляемую землетрясениями и взрывами. В частности, при изучении глубинного строения земной коры широко применяются профильные системы сейсмологических наблюдений (ПСН) с применением передвижных комплексов регистрирующих сейсмостакций, количество которых на каждом отрезке профиля может достигать двадцати и более /65,69,71/.
Отличительными особенностями такого метода получения сейсмических данных являются:
непрерывность регистрации информации в течение всего времени наблюдений на каждом отрезке профиля (15-30 суток);/65,69/;
многокомпонентность системы наблюдений и регистрации (шесть информационных и два временных канала на каждой точке наблюдения) /69/;
применение надежной и простой в эксплуатации регистрирующей аппаратуры с аналоговой магнитной записью, связанное с разнообразием и сложностью географических и климатических условий в пунктах регистрации /65,69,71,106/.
Перечисленные особенности приводят к огромным объемам аналоговой магнитографической информации, подлежащей обработке и интерпретации /52,64/.
Отсутствие в настоящее время средств автоматизированной обработки данных профильных сейсмологических наблюдений снижает их эффективность и вклад в изучение глубинного строения земной коры.
Таким образом, разработка методов и средств предварительного сжатия и ввода данных профильных сейсмологических наблвдеяий в ЭВМ и устройств вывода, облегчающих работу оператора в диалоговом режиме с ЭВМ, является весьма актуальной задачей.
В связи с этим, целью данной диссертационной работы является решение следующих основных задач:
разработка методики и технических средств автоматизации выделения на магнитограммах полезных участков с землетрясениями и взрывами и формирования уплотненных магнитограмм в аналоговом и цифровом вариантах;
разработка методики и технических средств ввода информации с многоканальных уплотненных магнитограмм в ЭВМ и отображения результатов обработки на пользователя;
экспериментальные исследования и внедрение разработанных методов и средств в практику обработки ПСН.
диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.
В первой главе проведен анализ состояния проблемы развития автоматизации сейсмологических исследований. На основании обзора литературы дана классификация существующих систем сейсмологических наблюдений и оценен уровень автоматизации процессов сбора и обработки данных в пределах каждой системы наблюдений; сделан вывод, что обработка данных, играющих важную роль при изучении строения земной коры и решении задач разведочной геофизики, при которых основным видом регистрации наблюдений является аналоговая запись на магнитную ленту /69,71/, практически не автоматизирована, что сдерживает использование ПСН в широком масштабе и снижает их эффективность /52,64/.
Показано, что проблема комплексной автоматизации сбора и обработки сейсмологической информации в целом, и в ПСН в частности,
включает в себя следующие самостоятельные задачи: автоматизация сбора информации и передачи ее в центр обработки; распознавание полезных сигналов и сжатие данных; ввод данных в ЭВМ; разработка методов и алгоритмов обработки; вывод результатов из ЭВМ в графической форме. Эти задачи конкретизированы применительно к системе автоматизированной обработки результатов профильных сейсмологических наблюдений.
Во второй главе разработаны технические требования к автоматизированной системе обработки данных ПСН. Подробно рассмотрено информационно-логическое содержание задач комплексной обработки данных; проанализированы существующие методы обработки наблюдений, показаны их недостатки и выделен ряд проблем, успешное-реше-ние которых связано с применением для интерпретации корреляционных методов анализа волнового поля, цифровой фильтрации, методов спектрального и поляризационного анализа, решение которых невозможно без применения современных ЭВМ и сложных алгоритмов /33,40, 64,90/.
На основании оценок объемов информационного потока профильных сейсмологических наблюдений и с учетом их специфики предложен алгоритм функционирования и структура системы автоматизированной обработки данных. Доказано, что эффективной и технологической является двухуровневая система. Первый - это отбор и перепись с первичных магнитограмм на промежуточный носитель (сжатие данных) участков записи, связанных с колебаниями, вызванными землетрясениями и взрывами. Второй - преобразование отобранной информации в цифровую форму, ввод ее в ЭВМ, обработка и выдача из ЭВМ в форме, удобной для последующей геологической интерпретации /64, 90/.
Показано, что производительность первого этапа во многом оп-
ределяет эффективность всей системы в целом и может быть приемлемой лишь при наличии средств автоматического распознавания полезной информации на фоне шумов и помех.
В третьей главе разработан алгоритм распознавания сигналов землетрясений и взрывов на фоне помех и предложен способ его аппаратной реализации. В качестве основы для разработки использован подход Наймарка Б.М. к формальному описанию обобщенного алгоритма выделения полезных сигналов интерпретатором при первичной обработке сейсмограмм /57/.
В результате статистических исследований эффективности этого подхода применительно к данным ПСН сделаны следующие выводы:
наиболее информативными являются первый и второй "признаки", связанные с энергетическими параметрами сигналов (их информативность практически одинаковы);
исследуемый алгоритм не дает положительных результатов при амплитудах полезных сигналов меньших уровня шумов (без применения предварительной фильтрации);
применение предварительной высокочастотной фильтрации на порядок повышает вероятность распознавания полезных сигналов на фоне шумов, что особенно ярко проявляется при амплитудах полезных сигналов меньших уровня шумов.
По результатам анализа записей (визуально-статистического, натурного и модельного), выполненных по материалам стационарных сейсмических станций, а также станций "Земля", "Черепаха", разработано устройство распознавания полезных сигналов на фоне помех, осуществляющее анализ по амплитуде, частоте, регулярности и временному признаку и обеспечивающее вероятность распознавания не менее 0,9 /46,64,90/.
Четвертая глава посвящена технической реализации автоматизированной системы машинной обработки сейсмологических наблвдений сейсмостанцій "Земля", "Черепаха".
На основе разработанных алгоритмов и в соответствии с техническими требованиями сконструированы технические средства программно-аппаратурного комплекса, который состоит из следукщих устройств:
устройство отбора полезной информации с полевых магнитограмм и перезаписи ее на промежуточный носитель /46,47,64/;
устройство кодирования и ввода в ЭВМ отобранной информации /48,64,90/;
устройства вывода и визуализации информации в процессе ее автоматизированной обработки /18,51,52/;
В пятой главе описана технология предварительной подготовки, ввода и машинной интерпретации сейсмологических наблвдений и приведении некоторые результаты обработки конкретных полевых материалов, выполненной с помощью разработанной автоматизированной системы. Показано преимущество машинной обработки обменных волн с использованием поляризационных характеристик регистрируемых волн. Приведены результаты сравнения ручной и машинной обработки данных и показано, что при обработке близких землетрясений и взрывов, ввиду громоздкости математических преобразований, автоматизированная обработка данных с помощью разработанного комплекса технических средств является единственно возможным путем сокращения затрат труда и увеличения эффективности геофизических построений при обработке наблвдений с/с "Земля", "Черепаха" /52, 64/.
В заключении сформулированы основные результаты исследований и разработок, представленных в диссертации.
В приложение вынесены акты о внедрении результатов.
Научная новизна и практическая ценность проведенных исследований заключается в следующем.
Предложена и разработана методология сжатия информации в автоматическом режиме без потери информативности на базе специализированных цифро-аналоговых средств.
Определена двухуровневая структура программно-аппаратурного комплекса автоматизированной обработки ПСН.
Выявлена совокупность признаков (амплитуда, частота, регулярность и времена вступления волн) полезных сигналов, вызванных землетрясениями и взрывами, обеспечивающая статистическую вероятность распознавания их на фоне шумов не менее 0,9 /52/.
Предложен алгоритм распознавания, ориентированный на аппаратурную реализацию для работы в реальном масштабе времени.
Разработано цифро-аналоговое устройство распознавания, реализующее предложенный алгоритм распознавания, имеющее в своем составе схему выработки среднестатистического адаптивного порогового напряжения и идеальный цифровой полосовой фильтр.
Показано, что при наличии промышленных помех эффективность распознающего устройства во многом зависит от режима работы следящего звена, и определены критерии оптимального расчета его параметров.
На основе проведенных исследований разработан программно--аппаратурный комплекс, который обеспечивает автоматизированную обработку материалов, полученных при профильных сейсмологических наблюдениях станциями типа "Земля", "Черепаха".
Использование разработанного комплекса повышает эффективность геолого-геофизических исследований в силу реализации рациональных алгоритмов переработки данных и увеличения полноты и точ-
ности извлечения информации из материалов полевых наблюдений. Разработанный программно-аппаратурный комплекс внедрен в Партию Автоматической обработки ИГО "Узбекгеофизика" Министерства геологии УзССР, что позволило автоматизировать обработку результатов полевых наблюдений партии "Земля" Ферганской Геофизической экспедиции.
По результатам внедрения получен экономический эффект 102 тысячи рублей в год. Научные и практические результаты диссертационной работы в полном объеме обсуждены на семинарах Лаборатории аппаратурных средств ввода-вывода информации в (из) ЭВМ и Объединенном семинаре по вычислительной технике НПО "Кибернетика" АН УзССР. Основные результаты были доложены на П конференции молодых ученых (г.Ташкент, 1972 г.), на Всесоюзной школе-семинаре по ГСЗ (г.Коканд, 1973 г.), на Всесоюзном совещании Автоматизации научных исследований" (г.Рига,1975 г.), на ХУІ Всесоюзной школе-семинаре по автоматизации научных исследований (г.Горький, 1982 г.).
Состояние и проблемы развития автоматизированных систем сбора и интерпретации сейсмологической ин формации
Из приведенного в предыдущих параграфах обзора следует, что в последние годы в системах сбора и обработки сейсмологических данных произошел заметный качественный сдвиг. Это связано в первую очередь с применением для регистрации новой аппаратуры с воспроизводимой записью (аналоговая и цифровая запись на магнитной ленте), что дает возможность шире использовать аналоговые и цифровые электронно-вычислительные машины при обработке полученной информации /15,16,69,71,72,97/.
Применение группировки, методов синфазного суммирования, последовательного вычитания и других, заимствованных из сейсморазведки интерференционных систем, расширили круг задач.решаемых сейсмологическими методами.
Несмотря на это,необходимо отметить, что сейсмология по развитию систем автоматизации сбора накопления и обработки информации в настоящее время отстает от других отраслей геофизики, особенно сейсморазведки. Это объясняется, в первую очередь, такими особенностями сейсмологической информации, как непрерывность наблюдений во времени, обусловленная непредсказуемостьювремени возникновения землетрясений, многоканальность, связанная с применением трехкомпонентных датчиков в каждом пункте наблюдений, и территориальная рассредоточенность их, диктуемая методикой интерпретации /64,65,69,90/.
Как показывает опыт зарубежных и отечественных сейсмологов, автоматизация процесса обработки данных облегчается при прямой связи сейсмоприемников с ЭВМ /40,53,68,71,98,99,103/. Здесь создается реальная возможность для полной автоматизации обработки получаемой информации, но при этом требуется дорогостоящая линия связи с ЭВМ с большим быстродействием, что возможно при стационарных системах наблвдений.
Гораздо сложнее решение проблемы автоматизации при обработке материалов профильных наблвдений, где для организации временных точек наблвдений (до тридцати суток на одной точке) используются мобильные станции регистрации. В этом случае в связи с огромными объемами информационных массивов, связанными с /69/ непрерывной регистрацией, возникают задачи по распознаванию полезных событий и их выборочному вводу в ЭВМ, так как ввод в ЭВМ наблюдений,предварительно накопленных на магнитных носителях даже за одни сутки невозможен из-за больших объемов информации /64,90/. В то же время доля полезных событий, имеющих конечную длительность,в общем потоке непрерывных наблюдений, сравнительно мала и составляет несколько процентов от общего объема.Причем исключение из наблюдений избыточной информации (микросейсмы и помех различного происхождения) не уменьшает достоверности оставшейся полезной части /52/. Обработка же ее на ЭВМ становится уже вполне реальной.
Несомненно, во многом облегчила бы автоматизацию обработки материалов профильных наблюдений выборочная регистрация сейсмических событий на магнитные носители, осуществляемая в процессе наблвдений, например, с помощью таких станций как "Тайга" /97/, "Обь-комплекс" /41,42/. Однако сложность аппаратуры и ее недостаточная надежность на данном этапе ограничивает ее применение в широком производственном масштабе. В настоящее время для органи зации полевых наблюдений целесообразно использование надежных по конструкции и более экономичных сейсмологических станций типа "Земля", "Черепаха" /69,71/. Так как первичный материал, получаемый этими станциями, не приспособлен для непосредственной обработки на ЭВМ, то возникает необходимость в разработке специальных средств, которые дали бы возможность автоматизировать процесс выделения полезных волн с одновременной переписью их на другой носитель в форме, облегчающей дальнейшую обработку на ЭВМ.
Для достижения этой цели в ВВЖГеофизике /69/ разработано специальное устройство для формирования сводных сейсмограмм непосредственно с магнитных пленок с/с "Земля" с дальнейшим применением современных методов машинной обработки материалов. Устройство выполнено на базе стандартной сейсмической станции сс-24-61 м, в состав которой добавлен вариационный магнитный барабан, установленный на общей оси с магнитным регистратором. С помощью этого барабана осуществляется перепись заранее найденных полезных сигналов с магнитных пленок станции "Земля" на магнитную пленку сс-24-61 м. Совмещение каналов при перезаписи сигналов осуществляется по первым вступлением Р-волны или по маркам времени с точностью + 0,02 С. Коэффициент трансформации скорости на станции воспроизведения "Земля" подбирается с учетом допустимого частотного диапазона усилителей станции СС-24-6ІМ. Полученные с помощью такого устройства магнитные записи могут обрабатываться на ЭВМ с помощью существующего вводного устройства сейсморазведочных записей.
Вторая система, разработанная теми же авторами, базируется на применении для оцифровки и перезаписи выбранных полезных участков записи с/с "Земля" стандартной цифровой сейсморазведочяой станции СЦС-3. Оцифровываются минутные участки записи с интервалом оцифровки 2 м/сек. Начало преобразования и перепись хронируется перфорационными метками, нанесенными на магнитную ленту в процессе выбора в ней полезных записей. Оцифрованные таким образом записи вводятся в ЭВМ с помощью вводного устройства, использующегося для цифровой обработки СЦС-3.
Существенным недостатком обеих приведенных выше систем отбора и подготовки информации к машинной обработке являются большие временные затраты на поиск и подготовку полезных участков записи и на сбивку времен вступлений сигналов по Р-волне. Кроме того, неравномерность скорости леятопротяжек регистраторов станции АСС-3 фактически исключает надежное использование первой системы.
Машинная обработка материалов сейсмостандий "Черепаха" широко ведется в Специализированной региональной Геофизической экспедиции научно-производственного объединения Союзгеофизика.
Технология обработки здесь организована следующим образом. Предварительно найденные на полевой магнитограмме участки записи преобразуются в цифровую форму и фиксируются на перфоленте, затем вводятся в ЭВМ и д&яее выводятся из машины на АЦПУ в виде символьных графиков (для контроля и определения времен первых вступлений). В дальнейшем с помощью ЭВМ осуществляется обработка введенной информации по методу обменных волн землетрясений (MOBS).
В целом описанные системы не технологичны и малопроизводи- тельны, что ограничивает их применение для массовой обработки материалов в производственном режиме.
Определение и формулировка требований к автоматизированной системе машинной обработки магнитограмм сейсмологических наблюдений
Первичная информация станций "Земля", "Черепаха" представляет собой непрерывные во времени аналоговые сигналы, зарегистрированные на магнитной ленте. Эти сигналы можно представить как некоторые функции времени J / / , имеющие спектры Фурье Л/zf/, ограниченные полосой частот J и /В .
Исходя из теоремы Котельникова /14,18/.такие функции могут быть представлены с помощью дискретных отсчетов, взятых через интервалы времени
Тогда функция времени на интервале наблюдения Т представляется Ті отсчетами Количество дискретных отсчетов для одной трассы двухсуточной записи сейсмосигнала составит 6912000 отсчетов.
С учетом необходимости ввода в ЭВМ хотя бы трех основных каналов и информации о времени, количество отсчетов возрастает не менее чем в пять раз. Так как для обработки необходимо одновременное привлечение информации всех станций комплекса (10 15), то общий объем ее возрастает в десятки раз и составит порядка 500 ме-гаслов для одной стоянки.
Оценка объемов данных, привлекаемых к обработке, показывает, что ввод в ЭВМ всей информации,накопленной на 1, задача практически не реальная даже при наличии ЭВМ с большим объемом памяти и быстродействием.
В то же время доля полезных событий, имеющих в общем потоке непрерывных наблюдений конечную деятельность, сравнительно мала и составляет не более десяти процентов от общего объема. Исключение из наблюдений избыточной информации (микросейсм и помех различного происхождения) не уменьшает достоверности оставшейся полезной части информации и делает реальной обработку ее на ЭВМ. Однако осуществление такого сжатия данных путем визуального отбора полезных сигналов, их оцифровка ручными способами и подготовка к вводу в ЭВМ на перфоносителях требуют огромных затрат времени и трудовых ресурсов и в общем не применимо для массовой обработки.
Одним из принципиально-возможных вариантов организации цифровой обработки наблюдений сейсмостанций "Земля", "Черепаха" может быть следующая система. Непосредственно с полевых магнитных лент через специализированное вводное устройство осуществляется ввод всего объема данных в ЭВМ. Анализ и отбор полезной информации, а также счет времени осуществляется программно в процессе ввода (при достаточном быстродействии ЭВМ и простом алгоритме анализа). В памяти ЭВМ размещаются лишь полезные участки записи со значениями времен их расположения на полевой магнитограмме /56,64,90/.
Реализация такой системы связана с большими непроизводитель-ными расходами машинного времени. Так, например, на ввод данных, полученных в результате одного съема лент на данной стоянке (3-5 суток на 10-15 станциях) необходимо 8-Ю часов монопольного машинного времени /64/.
Для ввода в ЭВМ материалов, полученных станциями "Земля", "Черепаха" наиболее рациональной является система с предварительным отбором полезной части информации и ее накоплением на промежуточном носителе. Запись отобранных сигналов на промежуточный носитель можно осуществить в аналоговой или цифровой форме. Причем каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки /52,64/.
Аналоговая перезапись на промежуточный носитель удобна технологически и оправдана экономически ввиду следующего. Она может быть эффективно использована при традиционной ручной обработке наблюдений, так как для ее визуализации не требуется никаких дополнительных аппаратурных средств. Для этого пригодны обычные станции воспроизведения комплексов "Земля", "Черепаха". Визуализация отобранных участков записи необходима и при машинной обработке для контроля за качеством отобранного материала, для предварительного определения типа землетрясений (далекие.местные, близкие), их интенсивности и других параметров,знание которых облегчает обработку информации на ЭВМ как на этапе ввода (выбор режима работы аппаратуры ввода), так и на этапе интерпретации.
Перепись информации с первичного на промежуточный носитель в аналоговой форме может вызвать критические замечания, поскольку при этом неизбежны дополнительные искажения сигналов. Однако их всегда можно свести к минимуму подбором характеристик усилителей воспроизведения и записи /1,19,47,52,64,90/.
Аппаратная реализация алгоритма анализа сейсмических сигналов и оценка ее эффективности
Функциональная схема анализатора сейсмических сигналов, реализующая предложенный выше алгоритм распознавания, приведена на рис.9, а временные диаграммы ее работы на рис.10. Рассмотрим ее работу при трансформации частот в 100 раз /46,52,64/. Сигнал с выхода усилителя канала воспроизведения через аналоговый фильтр с полосой пропускания 100-1200 Гц и резистор-ный делитель напряжения поступает на вход компаратора, выполняющего функцию бинарного аналого-цифрового преобразователя, с помощью которого сравниваются входной сигнал с пороговым напряжением. На выходе компоратора напряжение меняется скачком всегда, когда непрерывно изменяющийся входной сигнал становится больше порогового. Одновременный анализируемый сигнал подается на вход следящей системы ( 3-fj ; ) - ), обеспечивающей выработку адаптивного порогового напряжения. Это напряжение, примерно равное среднему значению входного, но не превышающее граничное пороговое напряжение, через эмиттерный повторитель ЭП подается на компоратор. Для обеспечивания двухкратного превышения порогового напряжения над фоном шумов анализируемый сигнал на вход компаратора подается через делитель напряжения 1:2 ( %/ и - ). При появлении на входе компаратора сигнала с амплитудой,вдвое превышающей пороговое напряжение,импульс с выхода компаратора через формирователь "Ф" устанавливает в состояние "0" триггер Т-І, счетчик измерения длительности СЧ-І, счетчик регулярности следования периодов входных колебаний СЧ-2 (через клапан К-2), а также триггер Т-2 (через линию задержки ЛЗ-2). Спустя 10 мсек после этого, сигналом с выхода линии задержки JI3-I устанавливается в состояние "І" Т-І, в результате чего на входе К-І появляется разрешающий потенциал. Клапан открывается и импульсы с генератора импульсов (ІИ) проходят на вход СЧ-І для цифрового измерения текущего периода входного сигнала.
В начале следующего периода компаратором вырабатывается еще один импульс, который с одной стороны является сигналом конца измерения предыдущего периода, а с другой - сигналом начала изме рения очередного.
Так как частотный диапазон регистрируемых аппаратурой "Земля", "Черепаха" землетрясений и взрывов очень широк, полоса пропускания анализатора принята равной 50-1600 Гц (в истинных частотах 0,5 - 16 Гц). По заданной полосе и точности измерений периодов устанавливаются разрядность СЧ-І и частота ГИ.
Для измерения с точностью Р {%) в диапазоне периодов от теп До 7 тах разрядность счетчика " /Z " определяется по формуле где оба слагаемых округляются до ближайшего целого. Первое слагаемое отображает разрядность счетчика, соответствующему нижнему пределу измерений. Переполнение этой части счетчика являлся признаком попадания измеряемого периода в разрешенную полосу. Заполнение последнего разряда счетчиком с номером п является признаком выхода измеряемого периода за Ттах .
Частота следования импульсов с ГИ определяется по формуле: Варьированием у , / и - и коммутацией выходов со счетчика можно достаточно просто перестраивать анализатор на любую желаемую полосу пропускания. Нами принята полоса пропускания анализатора от 0,5 до 16 Гц с возможностью ступенчатого изменения границы среза по низким частотам 0,5; I; 2 Гц и по верхним 4; 8; 16 Гц.
Поясним работу анализатора по функциональной схеме и временной диаграмме. При заполнении СЧ-І, если длительность измеряемого периода больше Tmin , вырабатывается сигнал разрешенного периода (СРП). Этот сигнал через клапан К-3, открытый разрешающим потенциалом, с нулевого выхода триггера контроля регулярности Т-2 поступает на вход счетчика регулярности СЧ-2. При этом Т-2 устанавливается в состояние "I". Если текущий измеряемый период 7" больше 7"тах или амплитуда следующего периода входного сигнала меньше порога срабатывания компаратора (нарушение регулярности), то с последнего разряда СЧ-І выдается сигнал переполнения (СП), которым устанавливаются в положение "О" СЧ-2, Т-І (для прекращения измерения данного периода), СЧ-І и Т-2 (через 13-2).
Если измеряемый период находится в полосе пропускания схе мы, то в интервале времени At - Tmaz " /лісп с компарато ра выдается сигнал начала следующего периода, которым, как и сигналом переполнения, осуществляется сброс всех элементов схем в нулевое состояние,кроме СЧ-2. Сброс последнего блокируется К-2, закрытым единичным состоянием Т-2, установка на "О" которо го осуществляется импульсом, задержанным на 5 мксек относитель но сигнала сброса остальных элементов схемы. Через 10 мксек после сброса всей схемы начинается измерение длительности сле дующего периода входного сигнала. Сигнал распознавания (СР) на выходе схемы анализатора появляется тогда, когда на ее вход регулярно поступит заданное количество периодов сейсмического сигнала с длительностью от /юса до /max и амплитудой,в два раза превышающей интегральный фон помех. Сигналом распознавания является заполненное состояние СЧ-2, разрядность которого в описываемой схеме принята равной двум, что обеспечивает регулярность, равную трем.
Визуализация сейсмических сигналов в процессе авто матизированной обработки материалов "Земля", "Черепаха"
В комплексе технических средств автоматизированной обработки сейсмических наблюдений станциями "Земля", "Черепаха" дополнительно к стандартным средствам визуализации и отображения данных (электронный и шлейфовый осциллографы, АЦПУ, графопостроитель "Атлас") разработаны быстродействующие и удобные системы визуализации, предназначенные для использования на различных этапах обработки: визуализация записей с аналоговых магнитограмм с
помощью серийной сейсмической станции CC-24-6IM, параллельный шестиканальный вывод из ЭВМ на магнитный регистратор, одноканальная система оперативного просмотра на электронном осциллографе участков информации, размещенных в оперативной памяти ЭВМ, а также устройство вывода многоканальных графиков из ЭВМ М-220 на фототелеграфный аппарат ФАК-ЇЇ. При разработке описываемых систем мы стремились к максимальной их простоте и надежности, базирующейся на узкой специализации и использовании стандартной аппаратуры /52/.
Для контроля за качеством уплотненной информации и подбора оптимальных фильтров при вводе ее в ЭВМ, разработана система визуализации с использованием стандартной сейсмической станции GC-24-6IM. В состав системы (рис.27) входят: ЛІШ, в качестве которого использован стол воспроизведения станции "Земля"; шестиканальный блок усилителей воспроизведения (УВ), организованный на базе усилителей станции "Поиск-КМПВ" и входящий в состав устройства кодирования и ввода информации в ЭВМ; блок усилителей записи (УЗ), составленный из усилителей "Поиск-КМПВ"; сейсмостан-ция СС-24-6ІМ, в блоке которой выполнены изменения, обеспечивающие подключение магнитных головок тонарма к выходам усилителей записей группами по шесть. Система работает следующим образом. Необходимые участки записи с магнитограммы, установленной на столе воспроизведения, перезаписываются на стандартную магнитную ленту, применяемую для станций СС-24-6ІМ. На одну магнитную пленку можно перезаписать четыре участка записи с уплотненной магнитограммы длительностью до двух минут реальной записи. Затем осуществляется воспроизведение перезаписанных участков информации на бумажную ленту с помощью перописца СС-24-6ІМ. Преимуществом такого метода визуализации по сравнению с визуализацией шлейфо вым осциллографом является отсутствие работ с фотоматериалами и, самое главное, возможность воспроизведения записей с различными параметрами фильтрации, что необходимо для выбора оптимальной фильтрации при вводе информации в ЭВМ.
Для визуализации информации, находящейся в ЭВМ, разработано устройство параллельного шестиканального вывода сейсмосигналов на магнитную пленку сейсмостанциями CC-24-6IM, которые позволяют достаточно быстро вывести значительный объем информации (за 6 секунд одноминутный отрезок) с последующей (без ЭВМ) потрассной визуализацией ее перописцем. Система значительно производительнее, чем графопостроитель "Атлас". Ее использование удобно при проверке работы системы кодирования и ввода и построения с помощью ЭВМ временных разрезов и монтадей сейсмограмм.
Блок-схема системы приведена на рис. 28, а временная диаграмма ее работы на рис. 29. Информация, которую необходимо вывести из ЭВМ, подготавливается в виде положительных двоичных чисел -по шесть в каждом машинном слове для варианта "Земля" и по пять -для варианта "Черепаха", (аналогично расположению их при вводе) и размещается в порядке возрастания времен в поле ОЗУ, предусмотренном программой вывода.
На магнитном регистраторе сейсмостанции CC-24-6IM устанавливается магнитная пленка. Шаговый искатель (ЇЇМ), через который к выходам усилителей записи (УЗ) подключаются магнитные головки записи магнитного регистратора (MP), устанавливается оператором в начальное положение (на первое место головки тонарма).
При каждом нажатии на кнопку "включение трассы" триггер управления шаговым искателем ТШИ сбрасывается, а затем устанавливается в "I", отчего шаговый искатель переключается на один шаг (на следующие шесть головок записи).
Таким образом, при установке исходного положения шагового искателя триггер управления остается в "I".
