的缺点 ， 采用内插二阶多项式（Ｓ Ｐ 滤波器来补偿其通带衰减。实测 数据表明 ，Ｉ Ｉ Ｐ滤波器级联适用于地震勘探信号处理。 ＩＯ ） ＣＣ与 Ｓ Ｏ 关键 词 ：模数 转换 器
中 图分 类号 ：Ｔ ７ ３ Ｈ ６
滤波 器
Ｆ Ｇ 数 据采 集 ＰＡ
数字 信号
文献 标志 码 ：Ａ
Ａｂｔａ ｔ ｈ ｕｐ ｔｉｎ ｌｒｍ ∑一 ｍ ｄ ｌｔｒ ｓｄｉ ｅｓ ｃｅｐｏａｉｎｄｔ ｃｕｓｔ ｎｉ ｗｔ Ｊｈｒｔ ｂｔｉｃｕｅ ｃ ｉｈ￣ ｑ ｅｃ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｏｔｕ ｇａ ｏ ｓ ｆ △ ｏ ｕａｏ ｅ ｓｉ ｘ ｌ ｔ ａ ａｑ ｉ ｉ ｉ ｈｇ ａｅ ｕ ｎｌｄｓｍｕｈｈｇ 一 ｅｕ ｎ ｙ ｕ ｎ ｍｉ ｒ ｏ ａ ｉｏ ｓ ｈ ｉ
２ Ｉｏ Ｓ Ｐ滤波器 分析
边缘处的滚降为 ０７ 不满足最小纹波条件， ． ｄ ４ Ｂ， 无法直接
第一旁瓣电平差值为十几分贝 ， 与图 １ 仿真结果相符。
为了降低 旁瓣 电平 ， 以采用 多级 ＣＣ滤 波器级 可 Ｉ
联的形式 。Ｑ级 级联后 ， Ｉ ＣＣ滤 波器 的阻带 衰减 是单 级 ＣＣ滤波器的 Ｑ倍 ＿ 。 Ｉ ８ ］ 多级级联 ＣＣ滤波器可以有效克服阻带 衰减不 足 Ｉ 的缺点 ， 从而为 ＣＣ滤波器 在地震 勘探 多级抽 取 中的 Ｉ
却 见惠 暂主事
（ 东大 学机 电与信 息工程 学 院 ， 山 山东 威 海 ２４０ ） ６２９
摘
要 ：在地震勘探数据采集过程 中， △调制器输出的信号速率较高 ， ∑一 并含有 大量 的高频 噪声 ， 这给输 出信 号进行直接 编码处理增加 了难
度 。通过分析信号的频谱特征 ， 了一种多级高效积分梳状滤波器（ Ｉ ）用来 降低输 出信号 速率 ； 设计 ＣＣ ， 同时 ， 了克服 ＣＣ滤波器 通带纹波 大 为 Ｉ
由 经∑△ 制器 样后的 字 号频 很高， 于 －调 采 数 信 率
直接采用普通 的 ＦＲ滤波器进行滤 波十分 困难。因此 Ｉ
凡
１ 其 ｏ 他
。
式中： Ｎ为梳状滤波器的系数长度
滤波器 变换为 ：
波器（ａａ ｔｒ。ｃ ｂＣ ）将其作为地震勘探 ｃｃ ｅ ｇｔ ｍ ，ｌ ， ｓｄ ｉｅａｒ。 Ｃ
地震勘探 中高效积分梳 状滤 波器优化 设计
祁见忠 。 等
地 震勘探 中高效积分梳状 滤波器优化 设计
Ｏｐ ｉ ｉ ｔ ｎ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｃｍ ａ ｉｇ ＣＩ ｉｅ ｎ Ｓｅｓ ｉ Ｅ ｐｏ ａ ｉｎ ｔ ｚ ｉ ｓｇ ｆｔ ｅ Ｄｅ ｉ ｔｎ Ｃ Ｆｌ ｒｉ ｉｍ ｃ ｘ ｌｒｔ ｍ ａ ｏ ｔ ｏ
解不等式 ｌ ｅ Ｈ（ ）× （ ）一１ ＜ ， ≤ Ｐ ｅ ６０ ≤２ ， ｊ 对于
满足 １ ｊ ≤Ｊ ｝ ≤
的整数 ， 可以寻找到满足最 小衰减 ６
的（ Ｃ 对 ， 而得 到优化的 ＩＯ ，） 从 Ｓ Ｐ滤 波器 。
为 了将 ∑一 △调制器输 出的 １ ｉ码 流信号转 换成 ｔ ｂ
ＰＲＯＣＥＳ Ｓ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ ＮＳ Ｉ ＴＲＵＭ ＥＮＴＡＴＩ ＯＮ １３ ． ｅ ｔｍｂ ｒ２ １ Ｖｏ． ２ Ｎｏ ９ Ｓ ｐ ｅ ｅ ０ １
ｎ ｉｅ ｏｓｓ，Ｓ ｔｉ ｉ ｉｕｔｔ ｎ ｏ ｎ ｒｃ ｓ ｈ ｕｐ ｔｓｇ ａ ｉｅ ｔｙ Ｏ ｉ ｓｄｆ ｃ ｌ ｏ ｅ ｃ ｄｅａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｔｅｏ ｔｕ ｉｎ ｌｄｒ ｃｌ．Ｔｈ ｏ ｇ ｎ ｙ ｉｇ ｔｅ ｓ ｅ ｔｕ ｆａｕ ｅ ｆｔ ｉｎ ｌ ｌ ｓａ ｅ ＣＩ ｒｕ ｈ ａ ａ ｚｎ ｈ ｐ ｃｒ ｍ ｅ ｔｒ ｓｏ ｓｇ ａ ，ａｍｕｔ ｔｇ Ｃ ｌ ｈｅ ｉ ｄｇｔ ｅ ｉ ｔ ｎ ｆｌ ｒｉ ｅｉ ｅ ｏ ｒｄ ｃ ｉｎ ａｅ ｎ ａ ｄｔｏ ｉｉ ｄ ｃｍａｉ ｔ ｓｄ ｓｇ ｄ ｔ ｅ ｕ ｅｓｇ ａ ｒｔ ，ｉ ｄ ｉｉｎ，ｉ ｒ ｅ ｏｏ ｅｃ ｍｅｔ ｅｄｅ ｒｔｏ ｇ ｐ ｓ— ａ ｄ ｒｐ ｌ ｆｔｅ Ｃ Ｃ ｌｅ ｌ ａ ｏ ｉ ｅ ｎ ｌ ｎ ｏｄ ｒｔ ｖ ｒｏ ｈ ｍｅｉ ｆｂｉ ａ ｓｂ ｎ ｉｐ ｅｏ ｈ Ｉ ｆ ｔｒ－ ｉ ｔｅ ＩＯＰ ｆｌ ｒｉ ｄ ｐｅ ｏ ｃ ｍｐ ｎ ａｅ ｔｅ ｐ ｓ・ ａ ｄ ａｔｎ ａｉｎ．Ｔ ｅｍｅ ｓｒ ｄ ｄ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔｅ ｃ ｓａ ｅｆｌ ｒｎ ｆＣＩ ａ ｄ Ｉ ＯＰ ｓｓ ｉａ ｌ ｈ Ｓ ｔ ｓａ ｏ ｔｄ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ｈ ａｓｂ ｎ ｔｅ ｕ ｔ ｉ ｅ ｏ ｈ ａ ｕｅ ａａ ｓ ｏ ｔａ ｈ ａ ｃ ｄ ｔ ｉ ｇｏ Ｃ ｎ Ｓ ｉ ｅ ｉ ｕ ｔｂ ｅ ｆｒｓｇ ａ ｒｃ ｓｉｇ ｉ ｅｓ ｃｅ ｐｏａｉｎ ｏ ｉｎ ｌｐ ｏ ｅ ｓｎ ｎ ｓｉｍｉ ｘ ｌｒ ｔ ． ｏ
一
∑－ △调制 器 和数 字 抽 取 滤 波 器 两 部 分 组 成 。 ∑－ △ 调制器 采用 过 采样 和 低 位 量 化相 结合 的方 法 ， 通过 噪声整形 ， 将量 化 噪声 推 向 高频 段 ； 字 抽取 滤 波器 数 在将带外 噪 声滤 除 的 同时 ， 低 采 样 频 率 至奈 奎斯 降 特 采样率 ， 从 调制 器 输 出的 高 速 低 分 辨率 的数 字 并 信 号 中重 构低 速 高 分 辨 率 的数 字 信 号… 。因 此 ， 采 用 ∑・ Ａ调制技 术后 ， 地震 信 号被 转换 成 １ｂｔ 字码 ｉ数 宽合 适 的数字抽 取滤波器 。
，
ｌ一
入了 一 种 内 插 二 阶 多 项 式 （ｎ ｒｏ ｔ ｅｏｄ ｏ ｅ ｉ ｅ ｌ ｅ ｓｃｎ ｒ ｒ ｔｐ ａ ｄ ｄ
在地 震勘 探 数 据 采集 过 程 中 ， 要 将 采 集 到 的 需
补偿后 的 ＣＣ ＩＯ Ｉ— Ｐ滤波器满足信号处理的要求。 Ｓ
数篓 ＡＣ 实现 这 一转： ∑一 ∑ 一 Ｃ 滤 器 能 析 转 器 成 篓 主∑Ａ 换 （ 数来 Ｄ Ａ 攀 Ｉ～ 波 性 分。 Ａ。 １ Ｃ 一 ～ ” Ｃ △ ） 变 。 用Ｄ 由
图 ３ ４阶 Ｃ Ｃ通 带 特 性 图 Ｉ
Ｆ ｇ ３ Ｐ ｓ — ａ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｆｔ ｅ４ ｈ ｏ ｄ ｒＣ Ｃ ｆ ｔ ｒ ｉ． ａ ｓｂ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉ ｏ ｔ — ｒ ｅ Ｉ ｉ ｅ ｓｃ ｈ ｌ
由图 １ 以看 出， 可 单级 ＣＣ滤波器阻带衰减较小 。 Ｉ
的整数倍 ， ， Ｎ 即 ＝ｋ 。如果 ＣＣ滤波器 已经确定 ， Ｉ 则可
根据切 比雪夫逼近 法设计 最佳 ＩＯ Ｓ Ｐ滤 波器 。通过 求
图 ２ ４阶 ＣＣ幅 频 特 性 图 Ｉ
Ｆ ｇ ２ Ａｍｐ ｉ ｄ 一 ｑ ｅ ｅ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｉ． ｌ ｕ ｅ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｔ ｓｃ ｏ ｅ４ ｈ ｏ ｄ ｒＣ Ｃ ｆ ｔｒ ｆｔ ｔ — ｒ ｅ Ｉ ｉ ｅ ｈ ｌ
在 单级 ＣＣ滤波器 中， Ｉ 第一旁瓣 电平 表达式 为 ：
簪 ＝
由图 ３ 可以看出， ４阶 ６ 倍降采样 ＣＣ滤波器通带 ４ Ｉ
｛
丽１
式 中： Ⅳ为抽取倍数 ， Ｎ＞ １时 ， 当 ＞ 由式 （ ） 知主瓣 与 ４可
（ 用于地震勘探数据处理 ， ４ ） 需要在后级增加补偿滤波器。
５ ． ２ｄ ３ ０ Ｂ
合适的参数 ， Ｏ Ｉ Ｐ滤波 器可 以有效 补偿信 号经过 ＣＣ Ｓ Ｉ
滤波器导致的衰减。 为 了补偿 Ｃ Ｃ滤波器 的通带 衰减 ， Ｏ Ｉ Ｉ Ｐ滤波器 的 Ｓ
兽
落 蛋 爨 罂
单调增 加范围需要和有用 信号 的通带 宽度相 吻合 ， 即
， ， ≥２ 此处 内插因子 ， ＣＣ滤波 器降采样 率 Ⅳ 为 Ｉ
（ ＋ｃ ＋ － ） ｚ Ｚ２ １
（） ７
式 中 ：为插入 因子 ； 为一个实数 。其 幅频响应为 ： ， ｃ
１
ｌ （ ） ＝ Ｐ ｅ ｌ
Байду номын сангаасｉ ＋ ｃｓ／ ） ｃ ２ ｏ（ｔ ｌ ｏ
（） ８
Ｈ加 （ ） ４ （
令 ｚ ， 到 ： ＝ｅ 得
（ ５ ）
ｌ 十 Ｚ Ｃ Ｉ
一
） ㈤ ４
地震勘探信号在 经过 ＣＣ滤波 器抽 取后 ， 用信 Ｉ 有
号出现较大衰 减 ， ＩＯ 而 Ｓ Ｐ滤波 器 在低 频 段呈 上 升状 态 ， ＣＣ滤波器的低频段正好相反。因此 ， 与 Ｉ 只要设置
通过 Ｍａ Ａ １ ． 真得到 的 ４阶 ＣＣ幅频 特 ｔ Ｃ Ｄ ５０仿 ｈ Ｉ 性如 图 ２所示 ， 以看 出 ４阶 ＣＣ滤波 器 阻带衰减 为 可 Ｉ
中多级滤波器 的第 一级 来实 现较 高 的抽 取率 ， 为后续
（ 磊＾ ） Ｚｎ ｚ ） （ Ｘ－
式中： Ｎ为滤 波器抽 取倍数 。令 ｚ ：ｅ 可得 ：
（） ２
一
，
删 一 肿 。
频特性如 图 １ 所示 。
’
㈩
第作祁１男， ０３为 差 论 与控 一者见１１５ 坷山 东大 学控 制理 ｂ制 工程 式‘‘ｗ 为 频ｔ ’ｒ。 一 ：４ ，Ｃ 波Ⅱ ：：０１生 晶 忠 － ０ ５０８－， ９年 ２ ２１ 现 持 持 Ｍ 字 率，ｄ当Ⅳ ６时 Ｉ滤 器 ａ Ｃ 一 中 ： 数 －一 … 。 … ’ Ⅱ幅
地震勘 探信 号 经过 过 采 样 和一 位 量 化 后 ， 成 形 １ｉ ｔ ｂ 数字码流 ， 中低频段为有用 信号 、 其 高频段 为量化 噪声 ， 后级处 理 中需要 完成 降采 样 和滤波 。普 通 ＦＲ Ｉ 滤波器每一级 只能实 现 ２倍 的降采 样 ， 因而要完 成 降 采样需 要 多级处 理。ＣＣ滤波 器结 构简单 ， Ｉ 没有 乘法 器， 只需进行 加法运算 ， 且性能 良好 ， 用 于高速 信号 适 的抽取 滤波 。ＣＣ滤 波器 的冲 激 响应 具 有 如下 形 Ｉ ｒ １ ０ ≤Ｎ一１ ≤ｎ
Ｈ ｕ ． ｈ等人 提出 ＣＣ滤波器和 内插二 阶多项 ｙｋＪ Ｏ Ｉ