一种基于无线随钻测量系统的井下信源信道联合编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油、地质勘探等随钻测量技术领域，具体是一种基于无线随钻测量 系统的井下信源信道联合编码方法。
【背景技术】
[0002] 无线随钻测量系统近年来得到了良好的发展，被广泛应用于实时钻井，实时监测 井下钻井地层和安全状况，为定向井和水平井的钻进提供了良好的条件。
[0003] 钻井技术的关键是井下信息传输，目前，无线传输按照介质的不同分为电磁波、声 波和泥浆脉冲三种方式。电磁波受外界影响大，衰减快，不适用于远距离传输；声波只适用 于含泥质的单矿物岩石，且需要压实校正；泥浆脉冲由于可靠性较高，易于工程操作，应用 最为广泛。
[0004] 对于泥浆脉冲，井下信息传输技术多采用传统方法，将泥浆脉冲信号传输至地面 进行滤波处理，实现噪声的滤除和信号的重构，常用的滤波方法有基于傅里叶变换的去噪 法、FIR数字滤波器和小波变换等。但是，采用传统的滤波方法只能在地面尽可能的进行原 始信号的重构，此时的泥浆脉冲信号已被噪声干扰严重，滤波去噪的能力有限。所以井下信 息传输已经成为制约钻井技术发展的瓶颈问题，如何实现更加高效可靠的传输成为随钻测 量系统亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明针对无线随钻测量系统泥浆信道衰减大、噪声复杂以及传输的泥浆信号可 靠性不高，信息量少的特点，提出了一种基于无线随钻测量系统的井下信源信道联合编码 方法；
[0006] 无线随钻测量系统分为传感器模块、数据采集模块、通信模块、地面接收模块和电 源丰吴块。
[0007] 传感器模块包括3轴加速度计、3轴磁通门、温度传感器以及数/模转换器，传感器 模块为数据采集模块提供数据；
[0008] 3轴加速度计、3轴磁通门、温度传感器分别采集三路重力分量信息、三路磁场分 量信息和温度信息，共7路数据，数/模转换器采用MAX186芯片，获取7路数据后进行采样 转换，具体为：对每一路数据均采集128次，计算该路数据的平均值，7路数据全部转换完成 后，通过SPI 口（Serial Peripheral Interface)传送给数据采集模块；
[0009] 数据采集模块又名MCU采集模块，用来采集传感器模块的数据；并对采集的数据 进行相应的校准、计算得到需要的工程参数、编码、发送及存储等操作；
[0010] 数据采集模块包括：微控制器，驱动电路，脉冲发生器，flash存储模块，防冲击电 路以及电源电流检测电路；
[0011] 微控制器选用SM470R1B1M，是整个电路的核心部分，用来控制传感器模块的3轴 加速度计、3轴磁通门、温度传感器分别采集数据；处理由数/模转换器传送的数据，实现数 据的解算、校验和编码，并将编码之后的数据分别传送给脉冲发生器和flash存储模块；
[0012] 脉冲发生器向地面接收模块发送泥浆脉冲信号，flash存储模块将数据进行存 储；
[0013] 驱动电路主要有两个功能，一是通过微控制器的控制信号驱动传感器模块进行工 作，二是驱动脉冲发生器进行泥浆脉冲信号的发送；
[0014] 微控制器控制防冲击电路以及电源电流检测电路保护并监测电路正常工作。
[0015] 地面接收模块包括上位机，主要完成人机交互界面的设计、对数据采集模块进行 设置、解码并显示数据采集模块传上来的数据；
[0016] 通信模块主要用来配置MCU模块，具体包括：1)、标定文件的下传，用于校准传感 器模块的参数，并存储在flash存储模块中；2)、配置井下发送数据的帧格式，存储在flash 存储模块中，井下发送的脉冲码元顺序根据配置的帧格式进行；3)、配置测井参数，如发送 延时、转速阈值、井深阈值和脉冲宽度等；4)、时间同步，下井前发送一个当前时间到MCU模 块，然后通过RTI中断周期和次数来得到任意时刻的时间。
[0017] 通信模块通过串行通信接口完成地面接收模块与数据采集模块之间的通信；
[0018] 电源模块为整个系统供电。
[0019] -种无线随钻测量系统井下信源信道联合编码算法，具体步骤如下：
[0020] 步骤一、通信模块对数据采集模块配置参数并存入flash存储模块；
[0021] 具体为：1)、写入传感器模块的校准系数；2)、配置井下发送数据的帧格式，即脉 冲码元顺序；3)、配置测井参数；4)、设置当前时间。
[0022] 步骤二、针对某段时间，传感器模块采集井下测井数据，并传送给数据采集模块；
[0023] 3轴加速度计、3轴磁通门、温度传感器分别采集三路重力分量信息、三路磁场分 量信息和温度信息，共7路数据作为信源，数/模转换器采集每一路数据的平均值，通过SPI 口传送给数据采集模块。
[0024] 步骤三、数据采集模块读取校准系数并对采集得到的数据进行校准，将校准后数 据进行M-ary编码和存储；
[0025] 步骤四、数据采集模块读取存储的测井数据并采用LZW压缩算法进行压缩；
[0026] LZW编码算法利用Hash函数建立一个大小为256的哈希表，LZW压缩的数据输入 格式为八位无符号整型数。
[0027] 步骤五、数据采集模块设定井深阈值并进行判断，如果井深值大于阈值，对LZW压 缩之后的数据采用RS(31，15)的编码算法，否则，采用RS(31，25)的编码算法；
[0028] LZW压缩后的信息码为m(x)，对m(x)编码之后的码组为T (X):
[0029] T (X) = xn km (X) +xn km (X) mod G (X)
[0030] 其中，n为码元长度，k为信息码元个数。
[0031] 步骤六、微控制器将RS-LZW联合编码之后的测井数据通过脉冲发生器发送到地 面接收模块。
[0032] 码组T(x)经过脉冲发生器发给地面接收模块，地面接收模块接收到的码字为 r(x)；
[0033] RS译码纠错的过程如下：
[0034] 步骤1、计算RS码的校验生成多项式G(x)的根；
[0035] G (x) = (x_l) (χ- α ) (χ- α 2) · · · (χ- a 2t 3
[0036] 其中，t为RS码的纠错距离；α，α 2...... a 2t 1为G(x)根；
[0037] 步骤2、根据接收码字r(x)和校验生成多项式G(x)的根得到伴随多项式S(x):
[0040] b表示错误值，i = 1，2, . . · τ ; τ为发生错码的个数，β β 2, . . .，β τ表示错 误位置；
[0041] 步骤3、对伴随多项式S(x)求解，得到错误位置和错误值；
[0042] 首先，根据错误位置多项式σ (X)计算错误位置：
[0043] σ (X) = (1- β 3) (1- β 2χ) · · · (1- β τ X) = σ 〇+ σ 3+ σ 2χ2+· · · σ τ Xτ
[0044] 采用钱氏搜索法求解出〇 (χ) = 〇的根Χι, χ2, . . . χτ^误位置β χ ; = 1, 2, . . . τ ; τ为发生错码的个数；
[0045] 然后，根据错误值多项式ω (X)计算错误值e]i:
[0048] 多项式σ_(χ)是由σ (X)的奇数次项组成的多项式；
[0049] 步骤4、错误位置和对应位置的错误值形成错误图样Ε (X);
[0050] Ε(χ) = θηχ·η++θ?2χ?2+. . . +ejTxJT
[0051] 其中，xjl表示第i个错误位置，i = 1，2, · · . τ ;
[0052] 步骤5、得到经过纠错后的码字C(x):
[0053] C (X) = r (X) +E (X)
[0054] 脉冲数据的格式按照通信模块配置的数据帧格式进行发送，地面接收模块接收到 脉冲信号后，根据协定的编码方式进行相应的解码，得到井下的测井数据。
[0055] 本发明的优点在于：
[0056] 1)、一种基于无线随钻测量系统的井下信源信道联合编码方法，提高了测井数据 的压缩比，测井数据的压缩比最大可达3:1。
[0057] 2)、一种基于无线随钻测量系统的井下信源信道联合编码方法，降低了数据的误 码率，在较低的信噪比下，能较好地重构出原始数据。
[0058] 3)、一种基于无线随钻测量系统的井下信源信道联合编码方法，将压缩性能较好 的信源编码和能纠正随机和突发错误的RS信道编码进行联合，结合了二者的优点，在不增 加系统复杂度的情况下达到了降低误码率的效果，突破了常规测井中的编码方法，对信道 误码率有良好的改进。
【附