专利名称：用于非开挖的导向系统和导向方法
技术领域：
本发明涉及导向系统和导向方法，尤其涉及一种用于非开挖技术的导向系统和导 向方法，特别地，本发明所提供的非开挖导向系统和非开挖导向方法能够抵抗噪声干扰。
背景技术：
非开挖技术是指利用岩土导向、定向钻进等手段，在地表不挖槽的情况下，进行诸 如铺设、更换或修复各种地下管线之类的施工的技术。该技术社会经济效益显著，尤其可在 一些无法实施开挖作业的地区铺设管线，如穿越公路、铁路、建筑物、河流、古迹保护区、闹 市区、农作物及植被保护区等。该技术现已广泛用于燃气、电信和电力等工程部门。在非开挖技术的使用过程中需要进行导向，而导向过程中非常关键一个问题就是 如何抵抗噪声干扰。一般情况下，噪声干扰通常来自如下几个方面第一，带有电流的导体 产生干扰磁场，这通常被称为主动干扰；第二，导体在接收到发射器信号后又将信号发射出 去，这通常被称为被动干扰；第三，发射器信号被屏蔽掉，这通常被称为屏蔽信号。其中，在 许多情况下，主动干扰是噪声干扰的主要来源，也是非开挖技术领域亟待解决的技术问题。为了对抗主动干扰，设计人员或者操作人员通常会采取如下两种方案来应对主动 干扰。第一种方案就是采用两只不同频率的发射器，其中在干扰区域只有一个强干扰源的 情况下，可以选用另一个发射器；但是这种方案的缺点在于，只有找到干扰源的情况下，才 会使用另一个发射器，只有当打到干扰源的情况下才需选择第二频率，这样钻杆要全部抽 回，浪费时间，人力，同时也增加打不回原孔的危险。第二种方案就是采用双频同时发射 (即，任意时刻都通过两个频率进行发射)；但是，这种方案的缺点在于，发射器的电源是固 定的，要么缩短发射器的使用时间，在长时间作业时又会碰到发射器没电的问题。要么降低 发射器的功率，这样势必会降低发射器的最深深度及最长距离。因此，希望开发出一种能够解决上述现有技术中的不足之处的技术，也就是说，希 望存在一种非开挖导向系统，使得该非开挖导向系统能够具有简单的结构并且能够节省使 用时的能量消耗，由此降低制造和使用成本。
发明内容
为了解决上述部分或者全部技术问题，本发明提出了一种能够测量主动干扰的非 开挖导向系统和非开挖导向方法，所述非开挖导向系统具有简单的结构并且能够节省使用 时的能量消耗，由此降低制造和使用成本，此外，本发明所提供的非开挖导向系统还解决了 双频用时发射方案中所存在的不必要的浪费电池的技术问题。并且，本发明还提供了一种 非开挖导向方法，所述方案具有与上述非开挖导向系统相类似的优势。在本发明的第一个方面中，提供了一种非开挖导向系统，所述非开挖导向系统包 括探测探头，用于获取信息；第一处理器，用于预处理所述探测探头所获得的信息；
第二处理器，用于对所述第一处理器处理后的信息进行频域处理；以及 同步显示器，用于显示所述第二处理器处理后的信息。在一个优选的实施例中，所述第二处理器包括一个频谱分析仪，所述频谱分析仪 用于对预定的一个或多个信号频率范围进行分析，并且对经分析后的信息进行处理，以选 择信号的信噪比相对较大的一个频率或者频率范围。其中，“预定的一个或多个信号频率范围”可以是感兴趣的一个或多个信号频率范 围或者希望研究的一个或多个信号频率范围。本发明所提供的非开挖导向系统考虑了信号频谱，使得操作人员可以对预定的一 个或多个信号频率范围进行分析，从而该非开挖导向系统可帮助操作人员在诸如发射器钻 头之类的仪器入地之前，选择一个噪声较小的频谱范围，并且同时避开在导向过程中获知 的噪声较大的频谱范围。这样，本发明所提供的非开挖导向系统以简单的手段有效地实现了噪声抵抗，更 具体地说，这一手段尤其适合于抵抗主动干扰。需要注意的是，所述频谱分析仪以及第二处理器可以是分离的装置，但是两者也 可以总体由一个处理器实现，也就是说，所述频谱分析仪可以集成在所述第二处理器中作 为处理器的一部分。在一个优选的实施例中，所述第二处理器进一步包括一个跟踪器，用于对预定的 一个或多个信号的信噪比和/或预测最深深度的变化进行跟踪。通过在所述非开挖导向系 统中布置一个跟踪器，所述非开挖导向系统的精确性得到了进一步的保证。并且，所述第二 处理器进一步可以包括一个个显示器，显示给用户噪声及频率选择信息。优选地，所述第二处理器还可以在导向仪上以任何方法利用信噪比信息对最深深 度进行估计。这样，进一步提高了导向精度并提高了工程效率。在非开挖导向系统中，显示器为同步显示器。这样，显示器可以实时地显示探测探 头所获得的信息。并且，非开挖导向系统可以任何方式利用信噪比信息建议用户选择最佳 频率。该建议信息可以显示在同步显示器上，使得操作人员可以实时地了解噪声状态并及 时作出反应。同样地，这样也可以进一步提高导向精度并提高工程效率。在一个优选的实施例中，所述探测探头包括一个三维天线。在一个优选的实施例中，所述非开挖导向系统还包括一个输入装置，用于输入用 户指令。这样，操作人员可以随时根据所显示的探测信息来控制所述非开挖导向系统的操 作。在一个优选的实施例中，频谱分析仪采用傅立叶变换来产生频谱信息。具体地说， 频谱分析仪可包括傅立叶变换器，用于通过傅立叶变换来产生频谱信息。在另一个优选的实施例中，所述第一处理器包括一个模数转换器，用于对信号进 行模数转换。在一个优选的实施例中，所述非开挖导向系统被用于非开挖钻机。如此，采用了根 据本发明的非开挖导向系统的非开挖钻机能够获得本发明所能提供的所有优势，即能够抵 抗噪声干扰(尤其是主动干扰)、具有简单的结构、并且能够节省使用时的能量消耗，由此 降低制造和使用成本。根据本发明的另一方面，提供了一种用于非开挖的导向方法，用于控制或操作如上所述的非开挖导向系统。本领域技术人员在阅读本申请文本以后可以理解的是，根据本发明的用于非开挖的导向方法同样能够获得根据本发明的用于非开挖的导向系统所能获 得的所有优势。
图1是根据本发明的一个实施例的非开挖导向系统的示意框图；图2是根据本发明实施例的非开挖导向系统的第二处理器的信号处理流程的简 单示意框图；图3是图2所示的在本发明实施例中使用的频谱分析仪的结构示意图；以及图4是根据本发明的另一个实施例的非开挖导向系统的示意框图。注意，附图是示意性的而非限制性的，其用于解释说明，而非限制本发明的范围。
具体实施例方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。现在参见图1，图1是根据本发明的一个实施例的非开挖导向系统100的示意框图。非开挖导向系统100包括探测探头1，该探测探头1具有三维天线的接收机(例如 该三维天线是三维正交环形天线)，用于接收三维信息。非开挖导向系统100还包括一个第 一处理器2 (例如可以是中央处理器CPU)，第一处理器2接收探测探头1的输出信号；该第 一处理器2具体可包括一个模数转换器(A/D)21，用于对接收到的信号进行模拟到数字的 转换。非开挖导向系统100还包括一个第二处理器3 (例如同样可以是中央处理器CPU)，第 二处理器3接收第一处理器2的输出信号，并且第二处理器3用于产生频谱信号，并对频谱 信号进行处理。由此，第二处理器3具体地包括一个频谱分析仪31，用来对感兴趣的一个或 多个信号频率范围进行分析。第二处理器3所产生的频谱信号被输入至显示器4 (具体地说，可以是一个同步显 示器)，例如嵌入式同步显示器。显示器4对频谱分析仪31的分析结果进行显示，以便非开 挖导向系统100的操作人员可以获知分析结果。进一步地，图1所示的非开挖导向系统100还包括一个输入装置5，例如可以是键 盘或者鼠标之类的输入装置，非开挖导向系统100的操作人员可以经由这个输入装置5来 向非开挖导向系统100输入用户指令，以对非开挖导向系统100的操作进行指示，或者改变 非开挖导向系统100的操作。这样，最后，操作人员可以指示非开挖导向系统100来选择使 用信噪比较大的一个频率(或者信噪比较大的一个频率范围)。具体地说，操作人员可以 通过输入装置5向第二处理器3输入指令，从而指示非开挖导向系统100根据用户指令进 行操作。例如操作人员可以向第二处理器3输入指令，以便通过第二处理器3对探测探头 1的操作进行控制。并且，显示器4还可以实时同步地显示相关信息。图2是根据本发明实施例的非开挖导向系统的第二处理器3的信号处理流程的简 单示意框图。具体地说，经由模数转换器21转换后的数字信号X、Y和Z在加法器中相加， 然后利用一个傅立叶变换器来对相加后的信号进行傅立叶变换，从而得到频谱信号。最后， 对得到的频谱信号进行频谱分析，例如具体地可以分析信号的信噪比，以获取希望的结果。
参见图3，其中图3是图2所示的在本发明实施例中使用的频谱分析仪31的结构 示意图。图3所示的频谱分析仪31包括加法器311，用于对信号进行相加；傅立叶变换器 312，用于将时域信号变换成频域信号；以及噪声分析器312，用于分析噪声信号的特征。从上面的描述可知，本发明采用了一种被称为叫作动态信号的分析方法。其中，对 信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶变换，将其转换成频域信号。该方法的特点是速 度比较快，有较高的采样速率，较高的分辨率。即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶变换 也可将它们分辨出来。以上所述的图1至图3所示出的实施例给出了本发明的一种实施方式，但是对该 实施例仅仅用于说明。例如，在另一个具体的优选实施例中，采用了例如型号为GL-515的 仪器的三维天线，并且利用模数转换器将信号进行模数转换以传送到信号处理器。信号处 理器(频谱分析仪)通过利用傅立叶变换(FFT)而产生频域信号频谱。此后，CPU通过显 示器(例如GL-515的显示屏)显示噪声的分布情况。最后，进行噪声分析处理，以选择一 个噪声相对较小的频率。
可以对图1所示的实施例做出进一步的改进。现在参见图4，图4是根据本发明的 另一个实施例的非开挖导向系统的示意框图。可以看出，图3基本上与图1类似，不同之处在于图3所示的非开挖导向系统200 中的第二处理器3还包括一个跟踪器32。跟踪器32可用于对感兴趣的一个或多个信号频 率范围的变化进行跟踪。通过利用跟踪器32来跟踪信号频谱的变化情况，这样就为实时地 检测噪声的情况提供了可能，这样操作人员可以随时监控噪声(尤其是主动干扰)的变化 情况。具体地说，该跟踪器32可以实时地接收来自三维天线11的信号(该信号可能已经 被预处理)，并对信号的变化进行跟踪。跟踪器32的输出可输入至频谱分析仪31，以便实 时得对所获得频谱信息进行分析。从而使得操作人员可以实时地选择最佳的频率或者频率 范围。可选地或者附加地，跟踪器32优选地还可用于对预测最深深度或者预测最深深 度的变化进行跟踪监控。从而能进一步提高本发明所提供的非开挖导向系统200的效率。进一步地，例如，第二处理器3还可以包括一个警报器(未在附图中示出)，当非开 挖导向系统200初始选择的频率出现较大的主动干扰时，警报器发出警报通知操作人员， 以便操作人员可以及时应对，以作出例如修改频率等操作。需要注意的是，虽然以分离装置的形式显示了第一处理器和第二处理器，但是本 领域技术人员可以理解的是，第一处理器和第二处理器可以集成为一个总的处理器。或者 可选地，第一处理器的部分功能可由第二处理器来实现，相反，第二处理器的部分功能也可 由第一处理器来实现。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，并不具体限制第一处理器 和第二处理器的实现方式。应当注意，上述实施例是对本发明的例示而非限定，并且本领域的技术人员可以 在不偏离权利要求的范围的前提下设计出很多种替代实施例。在权利要求中，置于括号中 的参考标号不应被理解为对权利要求构成限制。词“包括”并不排除权利要求所列出的元 素或步骤以外的元素或步骤的存在。用在元素之前的词“一个”不排除多个此种元素的存 在。本发明可以通过包含数种独特元素的硬件来实现，也可以由软件来实现。在列举了数个装置的产品权利要求中，这些装置可以由一个相同的硬件或者软件来实现。在互不相同的从属权利要求中引述特定手段的情况并不表示不能用这些手段的组合来获得优点。
权利要求
一种非开挖导向系统，所述非开挖导向系统包括探测探头(1)，用于获取信息；第一处理器(2)，用于预处理所述探测探头所获得的信息；第二处理器(3)，用于对所述第一处理器处理后的信息进行频域处理；以及同步显示器(4)，用于显示所述第二处理器处理后的信息。
2.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中所述第二处理器(3)包括一个频谱分 析仪(31)，所述频谱分析仪(31)用于对预定的一个或多个信号频率范围进行分析，并且对 经分析后的信息进行处理，以选择信号的信噪比相对较大的一个频率或者频率范围。
3.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中所述第二处理器(3)进一步包括一个 跟踪器(32)，用于对预定的一个或多个信号频率范围的信噪比和/或预测最深深度进行跟踪。
4.根据权利要求3所述的非开挖导向系统，其中所述第二处理器(3)用于利用信噪比 信息对最深深度进行估计。
5.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中所述非开挖导向系统利用信噪比信息 建议用户选择最佳频率，并且所述同步显示器(4)能够为用户显示噪声及频率选择信息。
6.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中，所述非开挖导向系统还包括一个输 入装置(5)，用于输入用户指令；并且所述探测探头(1)包括三维天线(11)。
7.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中频谱分析仪(31)包括傅立叶变换器 (312)，用于通过傅立叶变换来产生频谱信息。
8.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中所述第一处理器包括一个模数转换器 (21)，用于对信号进行模数转换。
9.根据权利要求1所述的非开挖导向系统，其中所述非开挖导向系统被用于非开挖钻机。
10.一种用于非开挖的导向方法，用于控制或操作如权利要求1至10之一所述的非开 挖导向系统。
全文摘要
本发明提供了一种用于非开挖的导向系统和导向方法。一种非开挖导向系统包括探测探头(1)，用于获取信息；第一处理器(2)，用于预处理所述探测探头所获得的信息；第二处理器(3)，用于对所述第一处理器处理后的信息进行频域处理；以及同步显示器(4)，用于显示所述第二处理器处理后的信息。所述第二处理器(3)包括一个频谱分析仪(31)，所述频谱分析仪(31)用于对预定的一个或多个信号频率范围进行分析，并且对经分析后的信息进行处理，以选择信号的信噪比相对较大的一个频率或者频率范围。
文档编号G01V3/12GK101813788SQ201010148049
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者金健 申请人:宁波金地电子有限公司