Q/SY
中国石油天然气集团公司企业标准
Q/SY 1282—2010
石油地震勘探数据采集通道
模拟指标测试算法规范
Algorithmic specifications for analogue performance test of
seismic data acquisition channel
2010－08－01实施
2010一05一25 发布
中国石油天然气集团公司 发布 Q/SY 1282—2010
目 次
前言引言
范围规范性引用文件术语和定义模拟指标测试算法 4. 1 等效输入噪声· 4. 2 脉冲测试· 4. 3 共模抑制比· 4. 4 道间串音 4. 5 谐波畸变 4. 6 增益精度和相位偏移测试· 4. 7 信噪比的算法·
D
3
4
.........
...
附录A（规范性附录） DFT公式和常用的时间域窗口函数
A. 1 　DFT公式 A. 2 常用的时间域窗口函数 Q/SY 1282—2010
前言
本标准按照 GB/T 1.1一2009 给出的规则起草本标准参照国际地球物理家学会（SEG）标准 SEG53，03，415～416，1988《数字地震记录仪
技术规范标准》（Digital seismic recorder specification standards）和国内外同类产品的主要测试算法，并征得业界各方共识后编制而成。
本标准由中国石油天然气集团公司石油石化设备与材料专业标准化技术委员会石油仪器仪表分委
员会提出并归口。
本标准起草单位：东方地球物理勘探有限责任公司西安物探装备分公司、西安交通大学本标准主要起草人：何国信、张在陆、李佩昌、潘中印、韩晓泉、张永学、连艳红。
I Q/SY 1282—2010
引 言
本标准在总结国内外现有石油地震勘探数据采集通道的模拟指标测试算法的基础上，提出了等效输人噪声、脉冲、共模抑制比、道间串音、总谐波畸变、增益精度和相位偏移测试等测试算法。对信噪比这项石油地震勘探数据采集通道的重要模拟指标，目前国内外石油地震勘探数据采集仪器尚无此项测试，本标准给出了该项指标的测试算法
制定本标准的目的就是为了对石油地震数据采集通道模拟指标的测试算法提出统一要求
Ⅲ Q/SY 1282—2010
石油地震勘探数据采集通道模拟指标测试算法规范
1范围
本标准规定了石油地震勘探数据采集通道的等效输入噪声、脉冲、共模抑制比、道间串音、总谐波畸变、增益精度和相位偏移测试以及信噪比等模拟指标的测试算法。
本标准适用于石油地震勘探数据采集通道模拟指标的测试计算。 2　规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
SY/T 5391—2007　石油地震数据采集系统 SEG 53，03，415 ～ 416，1988 数字地震记录仪技术规范标准（Digital seismic recordei
specification standards) 3术语和定义
SY/T 5391一2007界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
离散傅立叶变换discrete Fourier transform（DFT) 对于有限长数字信号序列，在频域离散化，使处理可以在频域采用数字运算的方法进行，这样就
大大增加了数字信号处理的灵活性。它是信号处理中常用的重要数学变换。DFT在各种信号的处理中亦起着重要作用。
注：来源于 wikipedia. org/wiki/discrete fourier transform 3.2
信噪失真比 signal to noise and distortion ratio 被测输人信号的有效值与Nyquist带宽内除直流分量以外的全部噪声和谐波分量的总有效值
之比。
[SEG 53，03，415～416，1988] 4模拟指标测试算法 4.1 等效输入噪声
等效输人噪声测试方法： a）用相应于源电阻（5002）的低噪声电阻作为输入终端电阻。每通道采样最少1024个样点。 b）对于任意道的等效输人噪声，建议采用下述计算方法：
1）按式（1）计算测试数据的 DFT，算法按 A.1，得:
X(k)= DFT[α(n)]
(1)
式中: n=0,1,2，.，N-1; k=0，1，2，，N-1。
1 Q/SY 1282—2010
2）按式（2）计算直流漂移，按式（3）、式（4）计算等效输人噪声。
dc |X(0)
(2)
IX(k) |2
VNRMS =
(3)
|X(k)|2
VnRMs (k>k。） =
(4)
N
相关参数及其与k之间的换算关系如下：
f=k△f=kfs/N k= Nf/f. kco =Nf./ fs k=INT (k.o)
式中： α (n) 第n 个样点幅度; dc 直流漂移; VNRMS 去掉直流漂移后的噪声有效值； VNRMS (k>k.) 去掉频率小于或等于k。后的噪声有效值； N 总样点数; f 信号的物理频率； fs 采样频率； △f DFT的频率分辨率;
噪声的低截止频率；
fc INT 表示四舍五人方式取整。
c）在所有增益挡及采样间隔条件下，等效输人噪声按式（4）计算。 4.2脉冲测试
用内置脉冲发生器产生具有以下特性的正脉冲：脉冲的宽度对等于仪器通常给出的所有采样间隔的一半，脉冲的幅度对等于仪器通常给出的所有前放增益值的最大线性差分输人信号的一半，脉冲起始于数据采集的起点。
假设测试道数为M，每道的数据长度为N。对采集的测试数据按照如下步骤计算其相干系数来测试其一致性：
a）参考道数据可以有两种获取方法：其一是将参考道数据存放于仪器的存储器中，其二是按式
（5）所示由所有测试道的数据计算平均值作为参考道数据。
M()
y。(n） 1
(5)
式中： j=0,1,2,,M; n=0,1,2,,N-1。
b）按式（6）和式（7），对参考道和所有测试道数据进行DFT运算，算法见A.1，得：
Y（k）=DFT ［yo（n) Y;（k）=DFT［α;（n)］
(6)
(7)
2 Q/SY 1282—2010
式中： j=0,1,2,..,M; n=0,1,2,.,N-1; k=0,1,2,.,N-1。
c）按式（8）计算每一道相对于参考道的相干系数：
|Y。(i) ||Y,(i)
R, =
(8)
[ZlY(i) 12 |Y;(i) [2
式中： j=0,1,2,...,M; i=0,1,2,...,N-1。
d）以上脉冲测试算法也适用于采集通道带传感器的脉冲测试。 4.3共模抑制比
仪器共模抑制比测试，主要是测量仪器共模输人及其由此引起的差模输出两者间的比值。测量方法如下：仪器的差分输入短接，以正弦电压驱动，驱动电压以仪器公共地为参考，其频率在仪器的地震信号通带内，输人测试信号的幅度应为仪器规定的最大线性共模输人电压的一半，共模抑制应将折合至输入的输出电压与测试电压之比值以分贝度量
对于任意道的共模抑制比，建议采用下述计算方法： a）按式（9）计算测试数据的DFT，算法见A.1，得：
X（k）=DFT［α（n)］
(9)
式中： α(n) N——数据长度样点数; n=0,1,2，...，N-1; k=0,1,2,..,N-1。
驱动道数据；
b）计算折合到输入的差模输出电压Vout
1）按式（10）计算测试信号频率f在DFT输出序列中的对应序号k：
k=INT (Nf/fs)
(10)
式中： fs- 信号采样频率； INT- 按四舍五入方式取整
2）按式（11）计算折合到输人的差模输出电压Vout：
=IX (k)
Vout
(11)
NG
式中: G -采集通道的差分增益。
c）按式（12）计算共模抑制比：
20lgVm
Vou
CMRR =
(12) 3 Q/SY 1282—2010
式中: Vin 输入测试共模电压，为已知参数； CMRR—— -共模抑制比，单位为分贝（dB）。
4.4道间串音
串音的测量是利用输人信号至除被测道外的所有道并产生接近满刻度的输出，然后比较驱动道与一个被测道的平均振幅，被测道的输入必须在输入端连接适当阻抗，前放增益应为最小增益。
带有大量通道的系统，作串音性能的例行检验时，实际上是首先奇数道对偶数道的道间串音，即
以接近满度的正弦信号驱动所有奇数道，而所有偶数道作为测量道，其输入不接信号；然后再测量偶数道对奇数道的道间串音，即以接近满度的正弦信号驱动所有偶数道，而所有奇数道作为测量道，其输入不接信号。
对于道间串音的测量，以偶数道对奇数道的道间串音为例，建议采用下述计算方法，奇数道对偶数道的道间串音测量依此类推：
a）分别按式（13）和式（14）计算测量道和相邻奇数道测试数据的DFT，算法见A.1，得：
Xodd （k）=DFT ［αodd （n) Xeven （k）=DFT ［αeven （n)」
:(13) ..(14)
式中: odd (n) 测量道数据； Ceven（n）——驱动道数据； n=0,1,2,.，N-1; k=0,1,2,.,N-1。 按式（15）计算测试信号频率在DFT输出序列中的对应序号k：
k=INT (Nf/fs)
(15)
式中: f。—信号采样频率； N -数据长度; INT一一按四舍五入方式取整。
b）按式（16）计算偶数道对奇数道的道间串音CrossTalkenen-od，单位为分贝（dB）。
Xodd （k）
CrossTalkenen- odd = 20lg TXeven (k)
(16)
4.5谐波畸变
谐波畸变测试要求信号源提供的正弦信号应有尽可能低的畸变（小于0.0003%），测试信号频率将覆盖典型的地震频带；可容许的输入信号电平应和前放增益相适应，输入正弦波加到被测系统的所有通道，记录长度至少1500样点，采样间隔（S.R）应与测试信号的基波和谐波相适应，测试信号频率的选择参见表1。将完成带最佳窗口函数的DFT运算，以计算基波和各次谐波的相对振幅以及总谐波畸变。
对于任意道的总谐波畸变测试，可采用下述计算方法： a）按式（17）计算时间域加窗测试数据的DFT，算法见A.1，得：
X（k）=DFT［（n）（n)」
(17)
式中: α(n) 驱动道数据；
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