Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции icon

Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции



НазваниеПринципы реализации Фильтров частичной деконволюции
Дата конвертации22.07.2012
Размер112.36 Kb.
ТипДокументы




Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции.

Основное условие технической реализации фильтров ЧД – работа в реальном масштабе времени. Дополнительное и желательное условие – полная автономность от аппаратурного блока каротажных станций, позволяющая включать фильтры ЧД на выход кабеля в состав любой станции, если в том появится необходимость.

Достаточно простая форма передаточной функции фильтра ЧД позволяет выполнить его реализацию непосредственно в виде аналогового нерекурсивного или рекурсивного фильтра. Следует отметить, что такие фильтры будут являться индивидуальными для кабелей различных типов и различной длины (в определенных пределах возможной подстройки) и могут отличаться по исполнению: нерекурсивные - для фильтров с короткой функцией отклика, и рекурсивные для кабелей с длиной 3 и более км.

С учетом современных темпов развития электроники перспективным и универсальным направлением следует считать цифровые фильтры, т.е. микропроцессорное исполнение фильтров ЧД или программное выполнение фильтров в составе каротажных измерительно-вычислительных комплексов непосредственно на их входе. Заметим, что детерминированность кодовых сигналов позволяет выполнять микропроцессорные ЧД с автоматической адаптацией под конкретный кабель, стоящий на каротажной станции.

Своеобразной комбинацией дискретного синтеза с аналоговым процессом фильтрации являются трансверсальные фильтры на линиях задержки. Исходные условия для их реализации аналогичны цифровым фильтрам.

^ Таблица 5.1.

Параметры передачи данных (кабель КГ 3х0.75-60-150, жила-броня).


Длина кабеля

км

1

2

3

4

5

6

7

Предельная частота fпр [по уровню 0.
01Кmax]


кГц

2460

718

358

220

151

111

85

Шаг дискретизации на предельной частоте (1/2fпр)

мкс

0.2

0.7

1.4

2.3

3.3

4.5

5.9

Эффективная ширина импульсного отклика Tк

мкс

3.3

8.6

14.1

19.9

26.1

33.1

40.9

Тактовая частота передачи данных fТ=1/Tк

кГц

306

117

71

50.3

38.3

30.3

24.4

Шаг дискретизации по тактовой частоте (1/4fТ)

мкс

0.4

1.0

2.2

2.5

3.3

4.1

5.1

Размер оператора ЧД (>98% энергии оператора)

мкс

2.6

5.1

9

13.5

19

25

32

Оптимальный шаг дискретизации данных t

мкс

0.12

0.24

0.4

0.65

1

1.2

1.5

Возможность цифрового исполнения фильтров ЧД можно оценить по таблице 5.1.

При определении частоты Найквиста цифрового фильтра ЧД по предельной частоте fпр передаточной функции кабеля (по уровню порядка 1% от коэффициента передачи на низких частотах) значение шага дискретизации данных на выходе кабеля находится в диапазоне 0.2-6 мкс в зависимости от длины кабеля. Этот диапазон достаточно хорошо согласуется с шагом дискретизации данных по предельной тактовой частоте передачи информации биполярными импульсами (частота Найквиста за третьей гармоникой тактовой частоты, что обеспечивает регистрацию более 98% энергии сигналов). В принципе, эти значения шага дискретизации вполне достаточны для обработки данных, четкой автосинхронизации тактовой частоты приема данных и их идентификации, а при необходимости и полного восстановления аналоговой формы сигналов. Для исключения трансформации высокочастотных шумов в рабочий диапазон сигнала, фильтру ЧД должен предшествовать аналоговый низкочастотный фильтр с полосой пропускания до частоты Найквиста или полосовой фильтр на основную несущую частоту кодовых сигналов.

Коэффициент усиления дисперсии статистических шумов оператором цифрового фильтра, равный сумме квадратов значений его коэффициентов, зависит от интервала дискретизации. В данном случае, при постоянной заданной форме импульса z(t) сжатия импульсного отклика кабеля и увеличении значений t шага дискретизации (относительно t Þ 0 для аналоговой формы фильтра) количество коэффициентов оператора ЧД в пределах его импульсного отклика уменьшается, а их значения возрастают, что вызывает соответствующее возрастание коэффициента усиления дисперсии статистических помех. Для сохранения значения коэффициента усиления дисперсии помех на уровне, не большем 1, приходится увеличивать задаваемую ширину импульса z(t), при этом уменьшается амплитуда импульса z(t) и качество деконволюции сигнала. Это можно наглядно видеть на рис. 5.12 и 5.13.



Рис. 5.12. Операторы ЧД (А, С) и форма сигналов сжатия импульсного

отклика кабеля (B,D) при разном шаге дискретизации данных.

На рис. 5.12 (А, С) приведены два оператора ЧД, вычисленные с разным шагом дискретизации данных (0.1 и 1 мкс). Ширина гауссовских импульсов z(t) (приведены пунктиром на рис. 5.12 (B,D)), была установлена такой, чтобы коэффициенты усиления дисперсии помех операторов ЧД были примерно равными в пределах 0.95-1. Как видно на рисунке, интервалу дискретизации 1 мкс соответствует в 1.5 раза большая ширина импульса z(t), чем интервалу дискретизации 0.1 мкс, и, соответственно, меньшая амплитуда импульса. Качество работы операторов по реализации заданной формы импульса z(t) при свертке с импульсным откликом кабеля практически одинаково (сплошные линии на рис. 5.12(B,D)), но при деконволюции импульсного кода оператор с большим шагом дискретизации данных соответственно имеет меньшую временную разрешающую способность и занижает амплитуды восстановленных импульсов, что можно видеть на рис. 5.13 (А, В). Дополнительно на рис. 5.13(С) приведен пример деконволюции сигнала с шагом дискретизации данных 2 мкс (оператор ЧД – 32 мкс, 16 точек, коэффициент усиления дисперсии шумов 0.98).

При сопоставлении графиков на рис. 5.13 можно сделать вывод, что оптимальный шаг дискретизации данных для цифрового фильтра ЧД соответствует 20-30 коэффициентам фильтра в пределах длительности значимой части оператора ЧД. Этот вывод подтверждают аналогичные вычисления и для кабелей других размеров. Соответственно, диапазон оптимальных значений шага дискретизации данных на входе фильтра ЧД, показанных в последней строке таблицы 5.1, установлен по длине операторов ЧД и составляет от 0.12 до 1.5 мкс. В принципе, такой тактовый диапазон при 20-30 операциях умножения и сложения вполне доступен для современных микропроцессорных систем, особенно для кабелей большой длины, для которых фильтр ЧД и необходим в максимальной степени.

В трансверсальных фильтрах сигнал с кабеля подается на последовательную цепочку линий задержки, в каждой из которых осуществляется задержка сигнала на интервал дискретизации данных. К выходам линий задержки подсоединена матрица резисторов, значения которых обратно пропорциональны значениям коэффициентов оператора ЧД. Токи через резисторы, пропорциональные положительным и отрицательным значениям коэффициентов оператора, суммируются раздельно (на входах двух операционных усилителей), после чего из "положительного" тока вычитается "отрицательный" и результат подается на вход аппаратуры станции, как выходной сигнал фильтра ЧД. Трансверсальный фильтр идеально приспособлен для исполнения в качестве автономного промежуточного блока между кабелем и станцией. При переменных сопротивлениях резисторной матрицы фильтр легко перестраивается и подстраивается под любой тип и любую жилу кабеля, а изменение длины кабеля с изменением интервала дискретизации данных выполняется заменой линии задержки. Некоторые технические трудности могут возникать только в наборе линий задержки для длинных кабелей (большое время задержки) с проявлением дополнительного затухания сигнала в самой ЛЗ, но последнее достаточно просто компенсируется соответствующим изменением коэффициентов резисторной матрицы.



^ Рис. 5.13. Деконволюция биполярных выходных сигналов

при разных интервалах дискретизации данных на входе фильтра ЧД.

Возможно и комбинированное цифро-аналоговое исполнение фильтра ЧД, в котором роль ЛЗ исполняет сдвиговый цифровой регистр с АЦП на входе (тактовая частота сдвига определяет шаг дискретизации входных данных), каждая цифровая ячейка которого имеет обратный резисторный ЦАП. Дальнейшая обработка токов ЦАП и формирование выходного сигнала аналогично трансверсальному фильтру. Для кодовых сигналов объем цифровых ячеек регистра может быть в пределах 5-7 двоичных разрядов. В таком исполнении фильтр ЧД становится автономным универсальным блоком с простой и гибкой настройкой под любой тип кабеля любой длины с изменением интервала дискретизации данных частотой тактового сдвига цифрового регистра.

^ Таким образом, каких-либо особых препятствий в технической реализации фильтров ЧД не имеется.

Выводы

Основные выводы исследований, выполненных в настоящей работе, сводятся к следующим положениям:

1. Реальный кабель представляет собой линию связи с пониженной добротностью и существенной нелинейной зависимостью передаточной функции от длины кабеля. Каждый тип каротажного кабеля определенной длины представляет собой самостоятельную и индивидуальную систему передачи сигналов. Пониженная добротность каротажных кабелей в рамках общей теории однородных длинных линий может быть учтена введением в расчетные формулы вторичных электрических параметров жил дополнительного коэффициента электромагнитных потерь.

2. Разработана и предлагается для практического использования математическая модель передаточной функции и импульсного отклика кабеля с учетом его фактических частотно-зависимых первичных электрических параметров и пониженной добротности, которая отображает реальные электрические параметры кабеля точностью не хуже 5%.

3. Основными числовыми характеристиками кабеля, как системы передачи данных, полностью определяющими его импульсную пропускную способность и качество передачи данных, являются эффективная ширина частотного спектра пропускания системы , эффективная ширина импульсного отклика системы T и индекс неопределенности T.

4. Максимальная скорость передачи по кабелю однополярных сигналов соответствует тактовым интервалам, равным удвоенному значению эффективной ширины импульсного отклика кабеля. Максимальная скорость передачи по кабелю биполярных сигналов соответствует тактовым интервалам, равным значению эффективной ширины импульсного отклика кабеля.

5. На предельной частоте передачи данных сигналы с гладкой формой и минимальной шириной спектральной характеристики не имеют преимуществ перед прямоугольными сигналами. Оптимальной формой импульсов для каротажного кабеля при кодовой передаче сигналов, обеспечивающей максимальную импульсную пропускную способность кабеля, являются биполярные импульсы.

^ 6. Оптимальным кодом передачи каротажных данных, максимально использующим все возможности каротажного кабеля, является код Манчестер-П.

7. При частичной деконволюции импульсного отклика кабеля скорость передачи кодовых данных может быть увеличена минимум в 2 раза при любых методах кодирования и минимум в 3 раза при передаче информации биполярными импульсами. При использовании кода Манчестер-II предельная скорость передачи данных может быть увеличена в 4 раза и равна 2/Tк.

Литература.

^ 1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.– М.: Сов. радио, 1977.–608 с.

2. Белорусов Н.Н., Гроднев И.И. Радиочастотные кабели. – М.: Энергия, 1973. – 328 с.

^ 3. Гроднев И.И., Фролов Н.А. Коаксиальные кабели связи. - М.: Радио и связь, 1983. - 209 с.

4. Стрижевский Н.З. Коаксиальные видеолинии. – М.: Радио и связь, 1988. – 200 с.

^ 5. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. Часть 2. – М.: Мир, 1988. – 360 с.

6. Сильвинская К.А., Голышко З.Н. Расчет фазовых и амплитудных корректоров: Справочник. – М.: Связь, 1980. – 104 с.

^ 7. Недоступ Г.А. и др. Частотные характеристики бронированных каротажных кабелей. // Геофизическая аппаратура. – Л.: Недра, 1968, вып. 38. – с. 107-110.

8. Месенжник Я.З. Особенности расчета электрофизических и теплофизических характеристик кабеля, находящегося в скважине. // Геофизическая аппаратура. – Л.: Недра, 1969, вып. 39. – с. 70-76.

^ 9. Скуратовский В.Ш. Передача сигналов повышенных частот по одножильным каротажным кабелям. // Геофизическая аппаратура. – Л.: Недра, 1973, вып. 51. – с.117-120.

10. Горбенко Л.А. и др. Исследование электрических параметров теплостойких каротажных кабелей марок КОБДФ-6(8) и КТБФ-6(10). // Геофизическая аппаратура. – Л.: Недра, 1966, вып.28. – с. 174-180.

^ 11. Бодунов В.П., Блажкевич И.И. Передача энергии по каротажным кабелям. // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1972, вып.50. – с. 129-136.

12. Месенжник Я.З., Попов В.А. Конструктивные и физические характеристики кабелей для геофизических исследований скважин. // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1966, вып. 28. - с. 181-186.

^ 13. Бодунов В.П., Тарасов В.Н. Электрические характеристики одножильного каротажного кабеля. // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1967, вып. 31. - с. 123-129.

14. Скуратовский В.Ш. Взаимное влияние цепей в многожильном каротажном кабеле. // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1973, вып. 52. - с. 106-111.

^ 15. Ковальчук И.Н. и др. Исследование электрических параметров бронированных каротажных кабелей. // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1967, вып. 34. - с. 151-163.

^ 16. Белова В.А. и др. Лабораторный эквивалент одножильного бронированного каротажного кабеля. // Геофизическая аппаратура. - Л.: Недра, 1969, вып. 39. - с. 80-86.

17. Горбенко Л.А., Месенжник Я.З. Кабели и провода для геофизических работ. - М.: Энергия, 1977. - 192 с.

18. Давыдов А.В., Давыдов В.А. Метод адаптивной фильтрации данных непрерывных ядернофизических измерений. – Екатеринбург.: Известия УГГГА. Сер.: Геология и геофизика. 2000, вып. 10, с. 201-210.

19. Стандарт ЕАГО-010-01 "Кабели грузонесущие геофизические бронированные. Общие технические условия".

 

Замечания, предложения, дополнительные материалы по данной теме прошу сообщать по адресу: prodav@narod.ru. Буду благодарен за возможность доработки, улучшения, упрощения математической модели каротажных кабелей (совместно с Вами).

 

Copyright ©2004 Davydov А.V.




Похожие:

Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции icon5. Повышение импульсной пропускной способности кабеля Частотная коррекция сигналов на выходе кабеля
Оптимальной с позиции минимального значения коэффициента усиления дисперсии шумов в этом случае считается симметричная гауссовская...
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconТема нерекурсивные частотные цифровые фильтры недостаточно овладеть премудростью, нужно уметь пользоваться ею
Общие сведения. Типы фильтров. Методика расчетов нерекурсивных цифровых фильтров. Фильтры с линейной фазовой характеристикой
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconПомимо упомянутых резьбовых фильтров также существуют менее распространенные "желатиновые фильтры", изготавливаемые листами. Необходимо вырезать нужный размер и поместить его в специальный держатель перед объективом
Наиболее известны фильтры Cokin. Преимущество таких фильтров в том, что для разных объективов можно иметь один набор фильтров и несколько...
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconТема общие принципы управления смонтировали систему автоматического управления. Запустили на
Фундаментальные принципы управления. Система управления. Принципы управления. Виды систем управления
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconПринципы проектирования наносистем
Рассмотрены основополагающие принципы нанопроектирования, которыми следует руководствоваться при постановке и проведении исследований...
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconПринципы проектирования наносистем
Рассмотрены основополагающие принципы нанопроектирования, которыми следует руководствоваться при постановке и проведении исследований...
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconОсновные принципы объединения кореи
Сорок лет назад, в 1972 г были выдвинуты основные принципы объединения Кореи. Это были три принципа для объединения Родины — принципы...
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconИзучить омолаживающий эффект модификации гормонального фона и частичной иммуносупрессии, которые развиваются при беременности, на модели гетерохронного парабиоза

Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconКонтуры национальной социальной сети «Виртуальное вече»
Аннотация. Обсуждаются цели, возможности, принципы построения и пути реализации социально-ориентированной сети, способной содействовать...
Принципы реализации Фильтров частичной деконволюции iconТретья школьная научно-практическая конференция
Для реализации этой цели я изучил сетевые возможности языка программирования Delphi, настройки операционной системы Windows xp, принципы...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов