一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，步骤是：采集井下仪器的真实数据，并进行第一次滤波，得到需要解码的信号；对需要解码的每个信号都进行平方运算，然后进行第二次滤波，得到需要进行时钟跟随的信号；利用锁相环对信号进行相位锁定追随；对锁定追随信号进行二分频即得到原始井下仪器信号的时钟。本发明能够快速的进行时钟恢复，方便对滤波后信号进行解码。相较于传统锁相环，去除了硬件支持，通过软件实现，节约了成本并且提高了抗干扰性。
【专利说明】一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油随钻测井【技术领域】中的信号处理领域，特别涉及一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法。
【背景技术】
[0002]无线随钻测量系统是目前国际上钻井中普遍采用的一种先进测量仪器。它可以在钻井作业的同时，实时测取地质参数、井眼轨迹参数，并绘制各种类型的测井曲线，为下一步施工提供依据。
[0003]钻井信号在传输过程中，极易受到环境噪声的干扰，增加误码率，影响数据准确性。一般而言，常用的信号滤波是由硬件电路来完成，一般采用无源滤波电路或者有源滤波电路，这种方法实现简单。但现有的滤波技术应用到随钻测井泥浆压力脉冲信号时，由于其传输频率较低，且与干扰源的频率较为接近，采用硬件滤波的方法无法满足精度和效果的要求。
[0004]随着电子科技的进步，电脑的运算处理能力已经越来越快，应用数字锁相环进行信号时钟恢复相对于用硬件电路实现而言更加简单方便且迅速。锁相环(PLL:Phase-locked loops)是一种利用反馈(Feedback)控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时,锁相环会检测到这种变化,并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率,直到两者重新同步，这种同步又称为“锁相”(Phase-locked)。
[0005]目前锁相环在无线通信、数字电视、广播等领域有广泛应用，锁相环电路通常如图1所示，由以下模块构成:鉴频鉴相器(PFD)(或鉴相器PD)、低通滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)、反馈回路(通常由一个分频器(Frequency divider)来实现)。信号；^^输入到鉴相器H)，然后经VCO后输出信号f；ut。鉴频鉴相器或鉴相器用于对输入的参考信号和反馈回路的信号进行频率和相位的比较，输出一个代表两者差异的信号至低通滤波器。低通滤波器用于将输入信号中的高频成分滤除，保留直流部分送至压控振荡器。压控振荡器用于输出一个周期信号，其频率由输入电压所控制。反馈回路用于将压控振荡器输出的信号送回至鉴频鉴相器。通常压控振荡器的输出信号的频率大于参考信号的频率，因此需在此加入分频器以降低频率。
[0006]因此，如何将锁相环应用于石油随钻测井【技术领域】，使井下仪器信号时钟准确，同时节省硬件成本、提高精度，具有重要研究价值。
【发明内容】
[0007]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，该方法能够快速的进行时钟恢复，方便滤波信号的解码，同时相对于硬件电路实现而言可以节约成本，简单方便。
[0008]本发明的目的通过以下的技术方案实现:一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，包括步骤:
[0009](I)采集井下仪器的真实数据，并进行第一次滤波，得到需要解码的信号；
[0010](2)对需要解码的每个信号都进行平方运算，然后进行第二次滤波，得到需要进行时钟跟随的信号；
[0011](3)利用锁相环对步骤(2)所得的信号进行相位锁定追随；
[0012](4)对锁定追随信号进行二分频即得到原始井下仪器信号的时钟。
[0013]具体的，所述步骤(I)中的第一次滤波为低通滤波。
[0014]所述步骤(2)中对信号进行平方处理的目的是为了消除曼切斯特编码造成的相位跳变，以便于利用正弦信号进行追踪。
[0015]具体的，所述步骤(2)中的第二次滤波为带通滤波，带通滤波器中心频率为曼切斯特编码频率的两倍。从而可以提取信号传输速率两倍的正弦信号，目的是去除高频和低频噪声，使需要跟随的信号纯净化以提高时钟追随效果。
[0016]具体的，所述步骤(3)中，锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、NCO(数字控制振荡器)，根据输入信号的特征，设置环路滤波器，利用反馈迭代的方式不断更新追踪的频率。
[0017]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0018]1、与现有技术相比，本发明利用锁相环进行时钟寻找节约了硬件电路的成本，同时滤波和时钟恢复都是通过软件实现，相对于硬件实现而言可以快速响应和修改，具有更大的灵活性。
[0019]2、本发明方法能够快速的进行时钟恢复，方便对滤波后信号进行解码，且相对于传统锁相环实现，本方法不需要硬件电路做支持，只需要用软件实现，可节约成本且提高抗干扰性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中锁相环电路结构示意图。
[0021 ] 图2为实施例1所述方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]实施例1
[0024]如图2所示，本实施例所述基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，包括步骤:
[0025]步骤1:采集井下仪器的真实数据。
[0026]步骤2:对真实数据进行低通滤波。
[0027]步骤3:对滤波后的每个信号进行平方处理。平方处理的目的是为了消除曼切斯特编码造成的相位跳变，以便于利用正弦信号进行追踪。
[0028]步骤4:利用中心频率为曼切斯特编码频率两倍的带通滤波器进行带通滤波处理，提取信号传输速率两倍的正弦信号。
[0029]步骤5:利用锁相环对该信号进行相位锁定追踪。
[0030]本实施例中的锁相环电路如图2所示包括鉴相器、环路滤波器、NCO(数字振荡器)。根据输入信号的特征，设计合适的环路滤波器，利用反馈迭代的方式不断更新追踪的频率。
[0031]本实施例中的锁相环电路如图2所示包括鉴相器、环路滤波器、NCO(数字控制振荡器)。根据输入信号的特征，设计合适的环路滤波器，利用反馈迭代的方式不断更新追踪的频率。./ \ / Λ \ 2.Tc.f
[0032]其中所应用的数学公式为
【权利要求】
1.一种基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，其特征在于，包括步骤: (1)采集井下仪器的真实数据，并进行第一次滤波，得到需要解码的信号； (2)对需要解码的每个信号都进行平方运算，然后进行第二次滤波，得到需要进行时钟跟随的信号； (3)利用锁相环对步骤(2)所得的信号进行相位锁定追随； (4)对锁定追随信号进行二分频即得到原始井下仪器信号的时钟。
2.根据权利要求1所述的基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，其特征在于，所述步骤(I)中的第一次滤波为低通滤波。
3.根据权利要求1所述的基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，其特征在于，所述步骤(2)中的第二次滤波为带通滤波，带通滤波器中心频率为曼切斯特编码频率的两倍。
4.根据权利要求1所述的基于锁相环的井下仪器信号时钟恢复方法，其特征在于，所述步骤(3)中，锁相环电路包括鉴相器、环路滤波器、NCO，根据输入信号的特征，设置环路滤波器，利用反馈迭代的方式不断更新追踪的频率。
【文档编号】H03L7/08GK104202041SQ201410371463
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】王肄辉, 王小虎, 朱晓岭, 刘海, 熊陵 申请人:中天启明石油技术有限公司