[发明专利]信号的数字化混合装置和方法

说明书

本发明涉及能把来自多个传感器的信号互相混合的数字处理方法及其装置。

更精确地说，本发明的目的在于提供一种用过取样型式的模—数转换装置来混合已转换为低分辨率的数字字，以及以数字形式产生混合信号的方法及其装置。

目前常用的通过过取样进行模—数转换的技术是通过增量—总和调制器来实现的，该调制器通过以一相当高的取样频率fs(例如f_s＝512×F_Nyquist)对模拟信号进行取样来传送低分辨率数字字例如1位字，所产生数字字的平均幅值与所取样模拟信号的幅值成正比例地随时间变化。在调制器的输出端连接有一数字滤波器以显著地滤去量化噪声，所述滤波器产生其有较高分辨率(例如16至24位)及较低频率的数字字，这便是已知的抽取的方法。这种型式的转换器在例如美国专利4,866,442、4,943,807、4,994,804等中均已描述。

在音响及地震勘探领域内的一些典型应用中需对由传感器接收到的信号进行混合。在对多个信号可能进行加权和/或滤波或移相后，可以完成例如对所述信号进行累加或对所述多个信号进行更为复杂的混合。尤其是在地震勘探的情况下，把非常多的接收器分布在某一待探测区域中以接收响应于地震波源触发的摇动而产生的由底土层间断面反射的地震波。最常见的所述接收器是由多个电气互连且放置在探测区域内以对一组有序的表面噪声进行滤波的基本传感器所组成。每一接收器提供一个相当于由互连基本传感器所产生信号之电学平均值的“地震轨迹”。

众所周知，构成单个“轨迹”的各个传感器的相对布置对于较好地抑制表面噪声具有很大影响。同样众所周知的是，通过把信号混合前形成单个轨迹的各个信号分别产生的信号幅度和/或频谱形成帧，将可能大大地抑制噪声电平，并使数字化装置保持较好的动态性能而用于有用的信号。

例如在美国专利2698927、2747172、3400783、3863200、3863201中对用来在混合之前改变由传感器接收到的幅度、频谱或信号相位且安装在所述传感器附近的有源或无源型的加权装置进行了描述。

所有模拟处理装置的主要缺点在于其无法变通的结构。滤波参数必须预先知道，假设所述接收装置已被有效地设置成可允许对参数进行修改，在设置了本地处理装置的地方同样必须进行调整，这就扩大了设置工作的范围。同时，在记录所拾取的信号期间将不能轻易地改变在使用前可能已经完成的调整。

现有的混合信号的技术是将需混合的模拟信号转换为例如8位、16位或32位的数字字和使用为实现所需混合而编程的数字计算机。

这一方法适用于数量有限的信号，但对于数量相当多的信号而言，这种方法显得相当复杂且成本较高。在某些应用范围内，尤其是在地球物理学中，需计及例如500至4000个不同信道上的信号，则一个能够以足够的动态性能(例如20至24位)获得所有这些信道信号的记录实验室将是一笔过高的花费。

本发明的方法可在花费低廉的有利条件下实现对来自数量相当 多的传感器的模拟信号进行全然不同的混合，它包括：

将每一个需混合的模拟信号转换为低分辨率的数字信号；

混合所述低分辨率的数字信号；且 

将由所述混合后产生的数字信号转化为高分辨率的数字信号。

所述方法还可包括在混合低分辨率数字信号前对其中至少一部分进行加权并在所述混合之前在一个或数个传输信道上传输数字信号。

用于实现此方法的装置包括将每一个模拟信号转换为低分辩率过取样数字信号的装置，用于混合所形成的各个数字信号的装置及用于将来自混合装置的数字信号转化为高分辨率数字信号的滤波装置。它还可包括在来自转换装置的数字信号中之至少一部分被馈入所述混合装置之前对其进行修正的加权装置，以及中间传输装置(传输线、赫兹波道、光纤等)，这些装置适合于例如低分辨率数字信号的传输。所述用于将模拟信号转换为低分辨率与高速率的数字信号的装置包括例如产生位流的过取样增量—总和调制器以及用于分别与不同信号相对应的位流的可寻址存储部件，所述混合装置包括累加装置和一个用于将从各个存储中所选择的地址上读得的数字信号有选择地馈入累加装置的控制单元，以及用于将来自叠式存储器(stacker)的低分辨率数字信号转变为高分辨率数字信号的滤波装置。

所述加权装置可包括数字倍增装置，它对来自存储部件的数字信号进行倍增，从而在其被加到所述叠式存储器前可在任何时候修改其相互之间的权值。