专利名称：抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达及其信号处理器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于石油、煤炭及其他矿储层的随钻探测其分界面及储层厚度的设备，尤其涉及一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达及其信号处理器。
背景技术：
当前，在石油、天然气及煤层气的开发中为了获得更大的产能，往往通过水平井钻井技术，使钻机钻出的井筒轨迹保持在油气层和煤层中，但在实际的施工中井筒轨迹无法完全保持在油气层和煤层中，其原因是目前还没有能定量测出在油气层和煤层界面以及厚度的方法与技术，虽然采用伽玛和电阻率的方法能测出油气层、煤层与其上下盖层的差别，但这仅仅是定性的判断而无法定量或相对准确地测出井筒轨迹距上下边界面的距离。目前方案是将测距雷达集成在随钻仪器中，使其在随钻过程中不断测量随钻仪器与其分界面的距离。
现有测距雷达通常是将高压单脉冲信号通过发射天线辐射出去，之后通过收天线接收到反射信号，通过发射信号与接收信号的时间差来获得距离，但接收到的信号往往会有很严重的拖尾现象，目前通常是使用在天线末端加吸收电阻的方式，将其震荡能量吸收掉。此方法方法虽然可以吸收震荡能量，但同时也吸收了有用信号的幅度，并且为满足不同的探测需要还需根据实际情况更换电阻的加载方式和阻值。为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达及其信号处理器，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达及其信号处理器，其结构简单，制造方便，能有效抑制脉冲信号拖尾，获得更佳的接收信号，提高系统的分辨率和方便后期的数据为实现上述目的，本发明公开了一种抑制脉冲信号拖尾的信号处理器，其包含逻辑控制单元、拖尾吸收模块和模拟信号通路，该三个单元分别连接至接收天线，其特征在于: 该逻辑控制单元包含窗口比较器、计算器及输出控制器和IOns延时触发器，窗口比较器连接于天线和计算器及输出控制器，该计算器及输出控制器还连接至IOns延时触发器；该拖尾吸收模块包含高频模拟开关和接地吸收电路，该高频模拟开关连接于天线、接地吸收电路及计算器及输出控制器；该模拟信号通路包含高频宽带信号放大器和数模转换电路。
其中:窗口比较器是具有一定阀值的窗口比较器，阀值设置为±5mV，计算器及输出控制器是由一个计数器和输出控制器构成的逻辑判断模块，当计数器的值小于等于2时，输出控制器将输出制定信号给高频模拟开关使其关闭，当计数器的值大于2时，输出控制器分别输出高电平给高频模拟开关和延时触发器，延时触发器固定延时10ns，在此段时间内输出一直为高电平，使高频开关导通，从而使天线接收到的拖尾信号完全进入到接地吸收电路中，使其在此期间不再进入到模拟信号通路和逻辑控制模块，从而达到消除脉冲信号的尾巴。还公开了一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达，该测距雷达包含第一发射单元、第一信号发生器、第一接收单元、第一信号处理器、第一信号计算转换单元、第二发射单元、第二信号发生器、第二接收单元、第二信号处理器、第二信号计算转换单元以及触发信号单元；其特征在于:其中的第一信号处理器和第二信号处理器为权利要求1或2所述的信号处理器。其中:第一发射单元连接至第一信号发生器，其为1G-5G发射天线振子；第一接收单元为1G-5G接收天线振子，第一信号处理器连接至第一接收单元；第一计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至第一信号处理器。其中:第二发射单元连接至第二信号发生器，其为50M-900M发射天线振子；第二接收单元为50M-900M接收天线振子，第二信号处理器连接至第二接收单元；第二计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至第二信号处理器。其中:该触发信号单元包含转角传感器和电磁波脉冲发射控制器。通过上述结构，本发明得到了如下技术效果:1、可对接收到的带有拖尾的脉冲信号，进行有效的拖尾消除。2、获得更加有效、清晰、幅度更大的接收信号，提高系统的分辨率和方便后期的数据。
3、保证全面地覆盖和信号的有效性，使得雷达的测距功能更加全面，准确性更高。本发明将通过下面的具体实施例进行进一步的详细描述，且进一步结合对附图的说明将得到更加清楚和明显的了解。
图1显示了本发明探层测距雷达的系统结构图。图2显示了本发明探层测距雷达的探测模型示意图。图3显示了本发明的信号处理器的结构示意图。图4显示了采用了本发明信号处理器的信号对比图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为了使探层测距雷达系统获得更加有效、清晰、幅度更大的接收信号，提高系统的分辨率和方便后期的数据，本发明提出一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达及其信号处理器。参见图1，显示了整个探层测距雷达的结构示意图，该测距雷达包含第一发射单元
11、第一信号发生器12、第一接收单兀13、第一信号处理器14、第一信号计算转换单兀17、第二发射单元21、第二信号发生器22、第二接收单元23、第二信号处理器24、第二信号计算转换单元27以及触发信号单元100。其中，第一发射单元11连接至第一信号发生器12，其为1G-5G发射天线振子；第一接收单元13为1G-5G接收天线振子，第一信号处理器14连接至第一接收单元13 ;第一计算转换单元17包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器18和时距转换电路19，该信号同步及反射时差计算处理器18连接至第一信号处理器14。其中，第二发射单元21连接至第二信号发生器22，其为50M-900M发射天线振子；第二接收单元23为50M-900M接收天线振子，第二信号处理器24连接至第二接收单元23 ；第二计算转换单元27包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器28和时距转换电路29，该信号同步及反射时差计算处理器28连接至第二信号处理器24。其中，该触发信号单元100包含转角传感器101和电磁波脉冲发射控制器102。由此，整个测距雷达通过两套不同频率的雷达进行测距，保证全面地覆盖和信号的有效性，使得雷达的测距功能更加全面，准确性更高。图2显示了探层测距雷达的测距模型示意图，它由发射天线1008、接收天线1005和由介质一和介质二的分界面1009构成，探层测距雷达需要获得的就是发射天线1008与分界面1009之间的距离。发射天线1008发射电磁波，电磁波路径为直接到达接收天线1005的电磁波为直达波1006，另一路折射镜介质一中后经过分界面1009反射后到接收天线1005的电磁波为反射波1007。通过计算直达波1006和反射波1007到达接收天线1005的时间差，之后通过图1中的时距转换电路获得距离。本发明的重点是探层测距雷达的信号处理器，该信号处理器置可对接收到的带有拖尾的脉冲信号，进行有效的拖尾消除。其主要包含逻辑控制单元、拖尾吸收模块和模拟信号通路，该三个单元分别连接至接收天线S001，其中，该逻辑控制单元包含窗口比较器S002、计算器及输出控制器S003和IOns延时触发器S004，窗口比较器S002连接于天线SOOl和计算器及输出控制器S003，该计算器及输出控制器S003还连接至IOns延时触发器S004 ;该拖尾吸收模块包含高频模拟开关S005和接地吸收电路S006，该高频模拟开关S005连接于天线S001、接地吸收电路S006及计算器及输出控制器S003 ;该模拟信号通路包含高频宽带信号放大器S007和数模转换电路S008。其中，接收天线SOOl是一个与探层测距雷达发射天线具有相同特性的高增益和高定向性的宽带接收天线；窗口比较器S002是具有一定阀值的窗口比较器，因为在石油转进的过程中，设备的工作环境十分复杂，接收天线往往会接收到一些干扰信号，为避片此类信号的干扰，在实际使用中阀值设置为±5mV，使之系统不会造成接收信号的误判断；计算器及输出控制器S003是由一个计数器和输出控制器构成的逻辑判断模块，当计数器的值大于等于2时，输出控制器将输出制定信号给高频模拟开关S005 ;高频模拟开关S005是一个高速可控的高频模拟开关；接地吸收电路S006的作用是吸收无用的脉冲拖尾信号；还具有数字信号处理单元S009。该装置的具体工作过程为， 接收天线SOOl时时处于接收的工作状态，其接收到的信号分别同时进入到三个信号通路中，第一路信号进入到逻辑控制单元，第二路信号进入到拖尾吸收模块，第三路进入到模拟信号通路。逻辑控制单元的功能是判断接收到的信号从什么时候开始和到什么时候结束，判断依据为图三中天线接收到的信号1001，可以知道信号1001的有用部分为最先经过3次过零电压的部分，而其之后的信号均属无用的拖尾信号，此路信号首先经过窗口比较器S002，当接收到的信号的幅度大于±5mV时，就认为接收到了有用的脉冲信号，此时计算器及输出控制器S003的输出控制器输出低电平给高频模拟开关S005使其处于关闭状态，不让从天线SOOl接收到的信号进入到接地吸收电路S006中。之后通过S003的计数器计数3个过压比较器S002的输出后，S003的输出控制器分别输出高电平给高频模拟开关S005和延时触发器S004，延时触发器S004固定延时10ns，在此段时间内S003的输出一直为高电平，即高频开关S005是导通，从而使天线接收到的拖尾信号完全进入到接地吸收电路中，使其在此期间不再进入到模拟通路模块和逻辑控制模块，从而达到消除脉冲信号的尾巴。在延时IOns后产生清零触发电平，将计数器S003中的数值清零，同时关闭高频模拟开关S005，使天线接收到的信号再次可以同时进入到三条通路中去，到此，就已经接收并处理了一个完整的脉冲拖尾信号。在整个过程中第三路模拟通路信号一直是导通的，高频宽带放大器S007将从天线SOOl接收到的信号一直在放大后提供给模数转换电路S008。只是当高频模拟开关S005到同时，即拖尾信号进入系统中时，从天线来的信号都进入到了接地吸收电路中，而不能流经逻辑控制电路和模拟通路了，此装置正是基于此工作原理，来达到消除脉冲拖尾信号的。图4中T002和T003分别为未经拖尾处理记录的信息图和经过处理的信息图，可以清楚的看到T002中的直达波1001和反射波1002经过拖尾处理后成为R003中的直达波1003和反射波1004，经过拖尾处理后的直达波1003和反射波1004变得十分易于以后信号的识别，并且使用拖尾处理的信号的幅度也更高了。通过上述描述可知，本发明的优点如下:1、可对接收到的带有拖尾的脉冲信号，进行有效的拖尾消除。2、获得更加有效、清晰、幅度更大的接收信号，提高系统的分辨率和方便后期的数据。3、保证全面地覆盖和信号的有效性，使得雷达的测距功能更加全面，准确性更高。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种抑制脉冲信号拖尾的信号处理器，其包含逻辑控制单元、拖尾吸收模块和模拟信号通路，该三个单元分别连接至接收天线，其特征在于: 该逻辑控制单元包含窗口比较器、计算器及输出控制器和IOns延时触发器，窗口比较器连接于天线和计算器及输出控制器，该计算器及输出控制器还连接至IOns延时触发器；该拖尾吸收模块包含高频模拟开关和接地吸收电路，该高频模拟开关连接于天线、接地吸收电路及计算器及输出控制器；该模拟信号通路包含高频宽带信号放大器和数模转换电路。
2.如权利要求1所述的信号处理器，其特征在于:窗口比较器是具有一定阀值的窗口比较器，阀值设置为±5mV，计算器及输出控制器是由一个计数器和输出控制器构成的逻辑判断模块，当计数器的值 小于等于2时，输出控制器将输出制定信号给高频模拟开关使其关闭，当计数器的值大于2时，输出控制器分别输出高电平给高频模拟开关和延时触发器，延时触发器固定延时10ns，在此段时间内输出一直为高电平,使高频开关导通，从而使天线接收到的拖尾信号完全进入到接地吸收电路中，使其在此期间不再进入到模拟信号通路和逻辑控制模块，从而达到消除脉冲信号的尾巴。
3.一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达，该测距雷达包含第一发射单元、第一信号发生器、第一接收单元、第一信号处理器、第一信号计算转换单元、第二发射单元、第二信号发生器、第二接收单元、第二信号处理器、第二信号计算转换单元以及触发信号单元；其特征在于:其中的第一信号处理器和第二信号处理器为权利要求1或2所述的信号处理器。
4.如权利要求3所述的探层测距雷达，其特征在于:第一发射单元连接至第一信号发生器，其为1G-5G发射天线振子；第一接收单元为1G-5G接收天线振子，第一信号处理器连接至第一接收单元；第一计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至第一信号处理器。
5.如权利要求3所述的探层测距雷达，其特征在于:第二发射单元连接至第二信号发生器，其为50M-900M发射天线振子；第二接收单元为50M-900M接收天线振子，第二信号处理器连接至第二接收单元；第二计算转换单元包含相互连接的信号同步及反射时差计算处理器和时距转换电路，该信号同步及反射时差计算处理器连接至第二信号处理器。
6.如权利要求3-5中任一所述的探层测距雷达，其特征在于:该触发信号单元包含转角传感器和电磁波脉冲发射控制器。
全文摘要
一种抑制脉冲信号拖尾的探层测距雷达及其信号处理器，其包含逻辑控制单元、拖尾吸收模块和模拟信号通路，该三个单元分别连接至接收天线，该逻辑控制单元包含窗口比较器、计算器及输出控制器和10ns延时触发器，窗口比较器连接于天线和计算器及输出控制器，该计算器及输出控制器还连接至10ns延时触发器；该拖尾吸收模块包含高频模拟开关和接地吸收电路，该高频模拟开关连接于天线、接地吸收电路及计算器及输出控制器；该模拟信号通路包含高频宽带信号放大器和数模转换电路。
文档编号G01S7/32GK103217666SQ201310127869
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日
发明者张明宝, 李林, 盛利民, 窦修荣, 滕鑫淼, 石荣 申请人:中国石油集团钻井工程技术研究院