На правах рукописиХаритонов Кирилл ОлеговичАЛГОРИТМЫ И СРЕДСТВА РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системыАВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наукХабаровск – 2009 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Чье Ен Ун Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, доцентКорчевский Вячеслав Владимировичкандидат технических наук, доцентСтроев Олег Яковлевич Ведущая организация: Дальневосточный филиал ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» Защита состоится «24» июня 2009 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.294.05 при ГОУВПО «Тихоокеанский государственный университет» по адресу: 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, д. 136, ауд. 315л.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского государственного университета.Автореферат разослан 20 мая 2009 г. Ученый секретарьдиссертационного совета И.Н. Бурдинский ^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Добыча полезных ископаемых и подземное строительство на больших глубинах сопряжены с необходимостью ведения горных работ в условиях повышенного горного давления, наиболее опасной формой которого являются внезапные выбросы породы, горные и горно-тектонические удары, нередко приводящие к катастрофическим последствиям. Прогнозирование опасных динамических проявлений горного давления представляет собой весьма сложную задачу, требующую применения специальных методов и технических средств, из которых все большее распространение в мировой горной практике получают системы непрерывного сейсмоакустического контроля горного давления. Анализ мирового опыта применения автоматизированных систем контроля горного давления (АСКГД) и тенденций их развития свидетельствует о том, что дальнейшее совершенствование подобных систем в значительной степени связано с разработкой информационно-компьютерных технологий, позволяющих существенно повысить эффективность процесса контроля. Использование микропроцессорной техники дает возможность не только автоматизировать непосредственно сам процесс регистрации данных, несущих информацию о состоянии среды, но и обеспечить необходимую степень их обработки и интерпретации. Данный подход предполагает преобразование и предварительную обработку сигналов акустической эмиссии (АЭ) в непосредственной близости от геофона (чувствительного элемента) и передачу фрагментов сигнала и его параметров в цифровом виде. Такая структура организации АСКГД позволяет выделить в качестве отдельной самостоятельной части системы цифровые приемники акустических сигналов. Формирующиеся на выходе первичного преобразователя аналоговые сигналы поступают в цифровой приемник (ЦП), где оцифровываются, буферизируются и передаются по цифровым каналам связи в управляющий системой центральный компьютер. Кроме того, ЦП выполняет задачу обнаружения недетерминированного сигнала АЭ на фоне техногенных шумов неизвестной интенсивности, а также задачу первичной обработки регистрируемых сигналов. Существующие системы мониторинга не обеспечивают необходимые диапазоны измеряемых параметров акустической эмиссии, оперативность, надежность и достоверность геоконтроля. Таким образом, разработка современной АСКГД в целом и ЦП как базового компонента системы, в частности, является актуальной научной и практической проблемой.^ Цель работы. Разработка алгоритмов и средств регистрации и предварительной обработки сигналов АЭ для автоматизированной системы контроля горного давления. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи: Исследование информативности параметров сигналов АЭ в условиях функционирующего горнодобывающего предприятия. Построение решающего правила выделения сигналов АЭ на фоне помех горнодобывающего оборудования. Разработка алгоритмов обнаружения, позволяющих повысить достоверность измерения параметра времени обнаружения импульса АЭ. Разработка и исследование ЦП импульсов АЭ для АСКГД.^ Методы исследования. В работе использованы методы теории случайных процессов, теории обнаружения сигналов, цифровой обработки сигналов. Экспериментальные исследования проводились с использованием разработанных аппаратно-программных средств в реальных условиях эксплуатации. ^ Научную новизну работы составляют следующие положения: Обоснован набор информативных параметров сигналов АЭ для задачи построения решающего правила выделения сигналов АЭ на фоне периодических помех. Показана целесообразность использования параметров, определяющих форму и периодичность следования импульсов. Разработан и исследован алгоритм отбраковки неинформативных импульсов периодической помехи, вносимой горнодобывающей техникой. Предложено для обнаружения импульсов АЭ в условиях высокой зашумленности среды использовать энергетический обнаружитель с постоянным уровнем ложной тревоги. Разработан и исследован способ фазовой корректировки параметра времени обнаружения для энергетического обнаружителя импульсов АЭ.^ Практическая ценность. Предложенные в работе алгоритмы обнаружения, регистрации и предварительной обработки сигналов АЭ на фоне помех, характерных для горнодобывающей промышленности, получили практическую реализацию при создании ЦП сигналов АЭ. Данный ЦП вошел в состав АСКГД, внедренной на функционирующем предприятии горнодобывающей промышленности.Достоверность результатов работы подтверждается: Корректной постановкой и решением поставленных в работе задач с использованием математического аппарата случайных процессов, а также теории обнаружения и цифровой обработки сигналов. Согласованностью данных теоретических выводов и результатов эксперимента.Положительными результатами практического внедрения.Основные положения, выносимые на защиту: Алгоритм отбраковки неинформативных импульсов периодической помехи, вносимой горнодобывающей техникой. Алгоритм обнаружения импульсов АЭ в условиях высокой зашумленности среды с использованием энергетического обнаружителя с постоянным уровнем ложной тревоги. Способ фазовой корректировки параметра времени обнаружения для энергетического обнаружителя импульсов АЭ. Разработанные программно-аппаратные средства обнаружения и регистрации импульсов АЭ для АСКГД.^ Внедрение результатов работы Результаты работы использованы при проектировании цифрового приемника сигналов АЭ, входящего в состав автоматизированной системы контроля горного давления «Прогноз ADS», разработанной Институтом горного дела ДВО РАН совместно с кафедрой «Автоматика и системотехника» ТОГУ и ООО НПФ «Полином» (г. Хабаровск). Система «Прогноз ADS» введена в эксплуатацию на шахте месторождения «Антей» предприятия ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (г. Краснокаменск). Также рассматривается возможность внедрения данной системы и на других горнодобывающих предприятиях, подверженных опасным проявлениям горного давления.^ Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на следующих НТК: Международная конференция ИГД УрО РАН «Геомеханика в горном деле». – Екатеринбург, 5 – 8 июля 2005 г.; Международная конференция «The Korea – Russian Joint-Workshop 2006 on Signal Transmission, Processing, Sensor and Monitoring Systems». Russia, Khabarovsk, 26 – 28 October 2006; Всероссийская научная конференция молодых ученых. «Наука. Технологии. Инновации». – Новосибирск, НГТУ, 2006 г.; Пятая всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. «Молодежь и современные информационные технологии». – Томск, ТПУ, 27 февраля – 1 марта, 2007 г.; Международная научная конференция «Проблемы комплексного освоения георесурсов». – Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 10 – 12 сентября 2007 г.; Седьмой международный форум студентов, аспирантов и молодых ученых стран Азиатско-Тихоокеанского региона. – Владивосток, 17 – 19 октября 2007 г.; International VIII Russian-China Symposium «Modern materials and technologies 2007», Russia, Khabarovsk, 17 – 18 October 2007; Семинары кафедры «Автоматика и системотехника», ТОГУ, 2007, 2008 г. Одиннадцатый краевой конкурс-конференция молодых ученых. Секция «Технические науки». – Хабаровск, 21 января 2009 г.^ Личный вклад автора Личный вклад автора в публикациях, изданных в соавторстве, заключается в разработке и исследовании алгоритмов обнаружения сигналов АЭ и их первичной обработки, а также в разработке аппаратно-программных средств цифрового приемника сигналов АЭ для автоматизированной системы контроля горного давления «Прогноз ADS». Публикации По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 5 статей и 6 докладов на конференциях. В изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 5 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных экспертным советом по профилю диссертационной работы.^ Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 114 наименований, и трех приложений. Основная часть работы изложена на 145 страницах машинного текста и содержит 42 рисунка и 10 таблиц. Автор выражает благодарность соавторам за помощь в выполнении работ по теме диссертации. Особую благодарность за участие в обсуждении структуры и содержания диссертационной работы автор выражает: д-ру техн. наук И.Ю. Рассказову (ИГД ДВО РАН), канд. техн. наук А.В. Левенцу (ТОГУ), Г.А. Калинову и Д.С. Мигунову (ООО НПФ «Полином»).^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность исследований, сформулированы цели и задачи работы, изложены научная новизна и практическая значимость полученных результатов.^ В первой главе кратко рассмотрены особенности применения метода акустической эмиссии для задач геоакустического контроля горного давления. Вторая глава посвящена оценке и выбору информативных параметров сигналов АЭ, позволяющих проводить селекцию импульсов естественной АЭ на фоне помех, характерных для предприятий горнодобывающей промышленности. При построении систем регистрации импульсов АЭ следует учитывать, что исходный механический импульс, распространяясь в среде, за счет поглощения, дисперсии, интерференции, перераспределения энергии на границе сред с различными физическими свойствами и других процессов существенно изменяет свою форму. При этом наиболее значимый и предсказуемый вклад в искажение амплитудной огибающей сигнала при распространении в горной породе вносят явления поглощения и сферического расхождения. Для низких частот и коротких дистанций потери на расхождение превышают потери на поглощение. С увеличением частоты и расстояния потери на поглощение растут и становятся преобладающими. Расчетные данные с учетом полевых испытаний позволяют сделать вывод о том, что компоновка приемных преобразователей должна осуществляться с разносом в 50–150 м. для датчиков с рабочей полосой частот 0,5-10 кГц. При проведении контроля удароопасности состояния массива горных пород методом АЭ на действующих горнодобывающих предприятиях одним из наиболее неблагоприятных факторов, снижающих эффективность контроля, является необходимость осуществления мониторинга во время выполнения различных технологических операций, характеризующихся наличием акустических помех большой интенсивности. Перспективным направлением решения обозначенной проблемы является выбор критериев, позволяющих классифицировать регистрируемые сигналы в качестве информативных и неинформативных. Оценка информативности параметров сигналов АЭ, распространяющихся в массиве горных пород, выполнялась в условиях действующего рудника предприятия ОАО ППГХО (месторождение «Антей»). Для регистрации сигналов АЭ использовались приемные преобразователи, входящие в состав установленной на этом месторождении системы контроля «Прогноз-ADS», а также многоканальное устройство ввода-вывода L-card E14-440. Для анализа сигналов и их параметров в среде программирования C++ Builder 2006 было разработано программное обеспечение, позволяющее отображать зарегистрированные сигналы, изменять масштабы сигналограмм, оценивать параметры сигналов, а также проводить статистический анализ параметров зарегистрированных сигналов. Всего в процессе исследований было записано в электронном виде и обработано 205 сигналограмм импульсов АЭ естественной природы. На основе анализа формы положительной огибающей сигналограмм было выделено 3 типа наиболее характерных импульсов АЭ: классический импульс АЭ; импульс АЭ с пологим фронтом; раздвоенный импульс АЭ. Показано, что в связи с наличием на предприятиях горнодобывающей промышленности большого спектра техногенных акустических шумов, использование таких традиционных для АЭ-контроля параметров, как амплитуда (А), энергия (Е), длительность импульса (tи) и длительность фронта импульса (tф) является недостаточным для качественной селекции информативных сигналов. Поэтому предложено в дополнение к указанным параметрам ввести в идентификационный набор параметры, определяющие форму импульса и периодичность следования импульсов: крутизну переднего фронта ψф, коэффициент формы сигнала ψЕ и среднеквадратическое отклонение разности времени обнаружения (∆tоб) двух соседних импульсов σпер2. где |^ Amax| – максимальное значение амплитуды положительной огибающей волновой формы импульса; |Aср| – среднее значение положительной огибающей волновой формы импульса; tф – длительность переднего фронта импульса; Δtоб i – разность времени обнаружения двух соседних сигналов; n – количество обрабатываемых сигналов. Проведено исследование введенных параметров на предмет целесообразности их использования для формирования решающего правила, позволяющего классифицировать сигналы на три класса (сигналов АЭ, периодической помехи и неопределенного класса Ω). Показано, что области значений параметров для различных классов пересекаются. Поэтому решающее правило не может быть сформировано с использованием одного параметра. Рассмотрены варианты формирования разделяющих границ с использованием пар рассматриваемых параметров. Максимизация расстояния между выборками классов достигается при использовании информативных параметров σпер2 и ψЕ. На основе данных параметров сформированы разделяющие границы и решающее правило: где Таким образом, предложен способ отбраковки неинформативных сигналов импульсных периодических помех, вызванных работой бурильной техники. Для заданных классов сигналов АЭ и периодической помехи производился эксперимент по зашумлению эталонных образов, полученных усреднением во временной области обучающих выборок, принадлежащих классам. При этом было выбрано по два эталонных образа для каждого класса. Один из образов для каждого класса располагался в центре группировок объекта, а второй был приближен к границам раздела классов. Для формирования зашумленного образа использовались цифровые записи шумовой составляющей, зарегистрированные на объекте контроля в момент отсутствия импульсных периодических помех, вызванных работой горнодобывающего оборудования. При зашумлении образов использовались коэффициенты масштабирования шумовой составляющей для достижения заданного значения отношения сигнал/шум. Результаты исследования помехоустойчивости алгоритма распознавания приведены на рис. 1. Здесь кривые А1 и А2 построены для образов класса АЭ, а кривые В1 и В2 – для образов класса периодической помехи. Рис. 1Заметно, что для всех образов на уровне 11–17 дБ вероятность распознавания практически приближается к единице. Кривые, построенные для класса помехи (В1 и В2), позволяют сделать вывод о том, что для данного класса вероятности правильного распознавания при заданном отношении сигнал/шум приблизительно равны. Для класса сигналов АЭ наблюдается противоположная ситуация, вызванная большим разбросом численных значений параметра σпер2. Так, например, для всех значений сигнал/шум вероятность распознавания для образа A1, расположенного в центре группировки объектов класса, равна 1. Тогда как для образа А2 вероятность начинает снижаться после значения сигнал/шум в 10 дБ. В третьей главе предложено для пассивного обнаружения импульсов АЭ использовать энергетический приемник с адаптивным порогом дискриминации, изменяющимся в соответствии с уровнем шума. Введен фазовый способ корректировки параметра времени обнаружения регистрируемых импульсов АЭ. Проведены исследования предложенного приемника и способа корректировки параметра времени обнаружения. Обнаружение сигнала АЭ связано с проблемами, в основе которых находится неопределенность источника акустической эмиссии во времени и в пространстве, не позволяющая точно описать свойства акустического тракта и, следовательно, восстановить вид волны вблизи этого источника. В общем случае для пассивного обнаружения неизвестного сигнала, когда оптимальный приемник реализован быть не может, предлагается использовать энергетический приемник. Решающее правило для энергетического приемника с использованием критерия Нейма-Пирсона может быть записано в виде: где x[n] – дискретное представление сигнала на входе приемника в момент времени n; N – размер выборки, по которой рассчитывается решающая статистика; γ' – порог обнаружения сигнала по энергии. Вероятность ошибки ложного обнаружения сигнала Q0 для энергетического приемника может быть выражено через Q-функцию хи-квадрат распределения:,где ^ W(x) – распределение хи-квадрат с ν степенями свободы; – процентная точка распределения. Тогда вероятность обнаружения можно записать как: Очевидно, что с ростом отношения сигнал/шум вероятность обнаружения возрастает. Это указывает на важность параметра отношения сигнал/шум и на необходимость принятия мер к его увеличению при решении задачи обнаружения. Корме того, вероятностные характеристики для энергетического обнаружителя улучшаются с увеличением значения размера выборки N. Поэтому при невозможности дальнейшего повышения отношения сигнал/шум, результаты обнаружения энергетического приемника могут быть улучшены за счет увеличения размера выборки данных N, по которой рассчитывается решающая статистика. В условиях горнодобывающей промышленности интенсивность акустических шумов может существенно изменяться в зависимости от проводимых работ. Поэтому для надежного обнаружения сигнала при неизменной вероятности ложного обнаружения сигнала необходимо использовать самонастраивающийся алгоритм, оценивающий текущий уровень шумов. На рис. 2 изображена структурная схема обнаружителя с постоянным уровнем ложной тревоги (ПУЛТ-обнаружитель). На схеме ФС – формирователь статистики обнаружения, РУ – решающее устройство. В данном обнаружителе порог С определяется произведением: где – скалярный множитель, зависящий только от вероятности ложной тревоги Q0 и длины окна M. Этот множитель не зависит от неизвестных параметров распределения шума. Рис. 2Вероятности ложного обнаружения Q0 и верного обнаружения Qd для описанного приемника могут быть рассчитаны по формулам: где – отношение сигнал/шум. Согласно приведенным формулам рабочая характеристика ПУЛТ-обнаружителя с усреднением принимает вид: Зависимости Qd = f(Q0, M, d2) для ПУЛТ-обнаружителя с усреднением изображены на рис. 3 штриховыми линиями при M = 16 и 128. Сплошные кривые на тех же рисунках построены для обнаружителя при фиксированной величине амплитудного порога обнаружения. Анализ построенных характеристик показывает, что при увеличении размера окна усреднения М, рабочие характеристики ПУЛТ-обнаружителя с усреднением приближаются к характеристикам обнаружителя с фиксированной величиной порога обнаружения. На рис. 3 при Q0 = 10-2 кривые для обоих обнаружителей практически сливаются. Так, при значении размера окна усреднения М в 128 элементов и более ПУЛТ-обнаружитель с усреднением практически не уступает обнаружителю с фиксированным порогом обнаружения. А с учетом того, что ПУЛТ-обнаружитель несет в себе дополнительные возможности по адаптации порога обнаружения под изменяющийся уровень шумов на объекте контроля, именно этот обнаружитель более предпочтителен по сравнению с обычным энергетическим обнаружителем для задач организации контроля горного давления при использовании метода АЭ. а) б) Рис. 3Основной задачей сейсмоакустического метода мониторинга массива горных пород является пространственная локация участков, подверженных опасному хрупкому разрушению. Расчет координат источников импульсов АЭ происходит при помощи разности времен обнаружения сигнала на группе пространственно разнесенных приемных преобразователей. Поэтому время обнаружения импульсного сигнала АЭ можно назвать основным метрологическим параметром системы. В связи с интегральным характером функций решающей статистики энергетического обнаружителя и порогового уровня обнаружения сигнала γ' регистрация акустического импульса при происходит с некоторой задержкой Δt. При этом значение Δt может существенно отличаться для датчиков, находящихся на различном удалении от источника сигнала АЭ, что может привести к возникновению ошибки локации источника АЭ на 10-50 м Рис. 4 радиального отклонения. Поэтому необходимо производить коррекцию времени обнаружения импульсов АЭ для каждого цифрового приемника индивидуально на величину tкор. В работе предложен фазовый способ корректировки времени обнаружения регистрируемого импульса АЭ для ПУЛТ-обнаружителя с усреднением, основанный на нахождении точки «перехода через ноль» заднего фронта первой полуволны импульса. Алгоритм корректировки базируется на явлении устойчивого возрастания статистики обнаружения за все время регистрации полуволны, относительно значения статистики обнаружения при предыдущей смене фазы сигнала. Блок-схема алгоритма фазовой корректировки времени обнаружения сигнала изображена на рис. 4. На рис. 5 изображены гистограммы, показывающие частоту n возникновения ошибки времени регистрации начала импульса с численным значением ξ. Гистограмма на рис. 5, а приведена для амплитудного дискриминатора, на рис. 5, б – для энергетического обнаружителя с фазовой корректировкой параметра времени регистрации сигнала. Численное значение ошибки измеряется в отсчетах, равных 25 мкс. Обе гистограммы были построены для одной и той же совокупности импульсов. При использовании алгоритма с фазовой коррекцией времени обнаружения импульсов для более половины всех сигналов АЭ ошибка определения времени начала импульса на гистограмме равна нулю (то есть ошибка находится в пределах ±12,5 мкс). Для остальных сигналов ошибка имеет численное значение, кратное периоду сигнала АЭ. Данный факт можно использовать для последующей дополнительной корректировки времени обнаружения после сбора совокупности записей сигнала со всех датчиков. При использовании амплитудного алгоритма обнаружения для всех сигналов средняя ошибка определения времени имеет ненулевое значение, а дальнейшая корректировка по совокупности сигналов становиться затруднительной. Таким образом, можно сделать вывод о том, что разработанный алгоритм с фазовой коррекцией является более предпочтительным для использования в системе пассивной локации источников импульсов АЭ. а) б) Рис. 5 Произведена также оценка влияния шумов на фазовый способ определения момента прихода акустического импульса. Как и следовало ожидать, присутствие шума в сигнале влияет на точность определения момента прихода акустического импульса, внося определенные погрешности. Причем с уменьшением отношения сигнал/шум значение ошибки возрастает кратно периоду сигнала. На основании данных исследований сделаны следующие выводы: Для исключения систематической составляющей ошибки измерения необходимо измерить амплитуду первой полуволны, вычислить соотношение сигнал/шум и компенсировать систематическую ошибку. Для уменьшения случайной составляющей ошибки необходимо провести комплекс мер по увеличению численного значения отношения сигнал/шум. Например, низкочастотные фильтры, которые существенно уменьшают уровень шумов, необходимо устанавливать во входных каскадах усиления малого сигнала.^ Четвертая глава посвящена разработке цифрового приемника для системы сейсмоакутического мониторинга массива горных пород «Прогноз-ADS». Действующий образец цифровой автоматизированной сейсмоакустической системы «Прогноз-ADS» испытан и введен в опытную эксплуатацию на месторождении «Антей» ОАО «ППГХО» (Забайкальский край). Одним из основных элементов системы являются цифровые приемники акустических сигналов, в которых формирующиеся на выходе преобразователя аналоговые сигналы оцифровываются, буферизируются, обрабатываются и передаются по цифровым каналам связи в размещаемый на поверхности управляющий системой центральный компьютер. Для цифрового приемного преобразователя предложена комбинированная схема, в которой высокопроизводительный (производительность 100 MIPS) сигнальный процессор C8051F121 дополняется вторым – коммуникационным процессором C8051F236. Совместная работа двух процессоров обеспечивает высокую скорость обработки и передачи данных в цифровом формате. Структурная схема цифрового приемника акустических импульсов представлена на рис. 6.Рис. 6В состав блока приемного преобразователя (рис. 7) входят: приемный преобразователь (ПП) (демпфированная сдвоенная пьезокерамика D2010 мм); предварительный усилитель (ПУ); имитатор сигналов АЭ (ИМ). Блок цифровой обработки сигналов АЭ (рис. 8) состоит из: согласующего усилителя (Ус) – полосового фильтра (ПФ); сигнального процессора (СП) для цифровой обработки данных (с интегрированными АЦП); устройства выборки и хранения (УВХ); буферного оперативного запоминающего устройства (БОЗУ); оперативного запоминающего устройства (ОЗУ); коммуникационного процессора (КП); источника питания (ИП); схемы синхронизации (СС) часов реального времени. Импульсные сигналы, обнаруживаемые системой, описываются макропараметрами, часть из которых несет служебные функции. Выделение информативных сигналов из общего потока, а также последующая локация источника АЭ в пространстве осуществляется на основе информации, заложенной в макропараметрах. Все макропараметры акустических импульсов вычисляются непосредственно в цифровом приемнике одновременно с регистрацией и записью оцифрованных сигналов и сохраняются в оперативной памяти приемника совместно с оцифрованной записью сигнала. На предварительном этапе обработки регистрируемого сигнала в цифровом приемнике фиксируются рассчитанные параметры сигнала. Рис. 7Рис. 8Определение макропараметров импульсного сигнала непосредственно в ЦП обусловлено задачей уменьшения объема передаваемой информации о каждом импульсе по каналам связи. В ЦП происходит предварительная селекция сигналов, которая позволяет еще на стадии приема отбраковывать неинформативные импульсы. Таким образом, неинформативные импульсы не передаются по каналам связи. Итак, в системе используются четыре вида селекции: селекция по среднеквадратичному отклонению периодичности появления сигналов; селекция по длительности; селекция по крутизне переднего фронта; селекция по энергии сигнала. Подобная многоуровневая селекция сигналов позволяет достаточно качественно классифицировать обнаруживаемые сигналы в качестве информативных или неинформативных еще на предварительном этапе обработки в цифровом приемнике. ^ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫОсновные научные и научно-практические результаты работы можно сформулировать следующим образом: На основе реальных наборов данных проведено исследование сигналов АЭ на предмет информативности их параметров для задач выделения полезных сигналов на фоне техногенных шумов, присущих горнодобывающей промышленности. По результатам исследования показано, что использование таких традиционных для АЭ-контроля параметров, как амплитуда, энергия, длительность импульса и длительность фронта импульса является недостаточным для задач разделения сигналов на классы АЭ и помехи. Введены и исследованы параметры, определяющие форму импульса и периодичность следования импульсов: крутизна переднего фронта ψф, коэффициент формы сигнала ψЕ и среднеквадратическое отклонение разности времени обнаружения двух соседних импульсов σпер2. Показано, что области значений предложенных параметров для сигналов из различных классов пересекаются. Поэтому рассмотрены варианты формирования разделяющих границ с использованием пар рассматриваемых параметров. Максимизация расстояния между выборками классов достигается при использовании информативных параметров σпер2 и ψЕ. На основе данных параметров сформированы разделяющие границы и решающее правило. Таким образом, предложен алгоритм отбраковки неинформативных сигналов импульсных периодических помех, вызванных работой горнодобывающей техники. Проведено исследование помехоустойчивости предложенного алгоритма. Предложено для обнаружения импульсов АЭ в условиях высокой акустической зашумленности среды использовать энергетический обнаружитель с постоянным уровнем ложной тревоги (ПУЛТ-обнаружитель). Данный обнаружитель позволяет реализовать адаптивный порог дискриминации, изменяющийся в соответствии с уровнем шума. Исследования показали, что для ПУЛТ-обнаружителя рабочие характеристики улучшаются при увеличении размера окна усреднения М. Для уменьшения погрешности регистрации параметра времени обнаружения импульса АЭ предложен фазовый способ корректировки данного параметра для ПУЛТ-обнаружителя, который основан на нахождении точки «перехода через ноль» заднего фронта первой полуволны импульса. Эксперименты, проведенные с использованием сигналограмм с реального объекта контроля, показали, что при применении алгоритма с фазовой коррекцией времени обнаружения импульсов для более половины всех сигналов АЭ ошибка определения времени начала импульса не превышает период дискретизации аналогово-цифрового преобразователя. Для остальных сигналов ошибка имеет численное значение, кратное периоду сигнала АЭ. Данный факт можно использовать для последующей дополнительной корректировки времени обнаружения после сбора совокупности записей сигнала со всех датчиков. При использовании амплитудного алгоритма обнаружения для всех сигналов ошибка определения времени превышает значение периода дискретизации АЦП, а дальнейшая корректировка по совокупности сигналов становиться затруднительной. Произведена оценка влияния шумов на фазовый способ определения момента прихода акустического импульса. Показано, что для исключения систематической составляющей оши