用于为地下发射选择频率的测量设备及相关方法
【专利说明】
[00011 本申请是申请号为201010142007.9、申请日为2010年4月8日以及发明名称为"用 于为地下发射选择频率的测量设备及相关方法"的分案申请。
技术领域
[0002 ]本发明总体上涉及对地下（inground)发射频率源的定位和/或定性，且更具体地， 涉及一种用于测量噪声的设备和方法，所述噪声会干扰在地下发射频率下收到的信号的接 收。
【背景技术】
[0003] 在使发射器移动经过地面的某些操作中，必须基本连续地监视发射器位置和方 向。这类操作的一个示例在于由地下钻探工具所携载的发射器的使用。这类操作的另一示 例在于移动发射器通过地面内预先存在的钻探或路径。作为示例，可使用这类预先存在的 路径的操作包括通过预先形成的钻探回拉公共事业线以及对各种类型的公共事业线包括 供水管线和废水管线绘图。结合前述操作使用的传统的定位和监视系统通常是基于包含对 由移动经过地面的发射器所射出的振荡磁场进行检测的完善技术。
[0004] 现有技术系统中所关注的一点涉及发射器信号的本地干扰，这是由存在于环境中 的电磁噪声引起的。发射器信号通常限于小于50千赫兹的低频范围，以便使信号有效穿透 地面并可通过位于表面上的接收器来检测。在下述系统的正常操作条件中会存在若干噪声 源，所述系统采用在地面中移动并同时以这些频率发射的发射器。例如，地下交通回路系 统，其根据在十字路口存在有机动车而自动操作停车灯，可以射出在相同低频率范围中的 信号作为用于传统的定位器/监视器信号的信号。发现另一重要噪声源为高架或埋置的输 电线，其一般发出50Hz或60Hz(及其谐波）的噪声。而且，如果两个或多个地下发射器彼此靠 近操作，则所射出的发射器信号会互相干扰，从而降低了所涉及的全部系统的精度和功效。 其干扰信号频率是已知的这类噪声源可以被称为城市特定噪声源。在环境中会存在有其他 低频噪声源，诸如由计算机网络连接和社区访问电视(CATV)线路产生的噪声，并且这些噪 声可以被称为城市一般噪声源。
[0005] 城市特定噪声和城市一般噪声源会限制可采用地下发射器的精度和范围。例如， 可以将地下发射器的使用限制在有交通回路的街道下面。然而，申请人认识到对精度和范 围的限制可依从于频率。即是说，一个频率下的精度和范围会比特定噪声环境中的不同频 率更多地受到限制。
[0006] 相关技术的前述示例及其相关限制意图为说明性而且排他性的。通过阅读说明书 以及研究附图，对于本领域技术人员而言，相关技术的其他限制将变得明显。
【发明内容】
[0007] 结合下述系统、工具和方法来描述并图示出下列实施例及其各个方面，所述系统、 工具和方法意为示例性和说明性的而非限定范围。在各种实施例中，一个或多个上述问题 已得到缓解或消除，而其他实施例也为其他改进指引了方向。
[0008] 一般而言，描述一种用于与系统结合使用的设备及相关联的方法，在所述系统中， 使发射器在操作程序期间移动经过一区域中的地面，同时发射具有发射频率的发射器信 号。所述发射频率可被选择为在发射频率范围中间隔开的一组离散发射频率其中之一，并 且所述区域包含会在所述区域内变化且覆盖所述发射频率范围的电磁噪声。
[0009] 在本公开的一个方面中，所述便携式设备可以包括接收器，所述接收器具有至少 包含所述发射频率范围的接收器带宽，用于在所述发射频率范围中测量所述电磁噪声以建 立所述电磁噪声的频率组成，所述电磁噪声的频率组成用于在选择离散发射频率其中之一 作为选定的发射频率时使用，所述选定的发射频率随后在所述操作程序期间由接收器接 收。
[0010] 在本公开的另一方面中，所述便携式设备可以包括接收器，所述接收器具有至少 包含所述发射频率范围的接收器带宽并被配置用于在下列模式下操作：（i)设定模式，用于 至少在所述发射频率范围中测量电磁噪声以建立所述电磁噪声的频率组成，所述电磁噪声 的频率组成用于在选择离散发射频率其中之一作为选定的发射频率时使用，所述选定的发 射频率随后在所述操作程序期间由接收器接收;和（ii)定位模式，用于接收所选定的发射 频率以提供与所述发射器相关的特定信息。
[0011] 在本公开的再一方面中，描述一种方法，其中，在所述操作程序之前，检测所述区 域中的电磁噪声，以产生一组噪声环境信息。分析该组噪声环境信息，以建立电磁噪声的频 率组成，用于在将所述发射频率选择为所述多个离散发射频率其中之一时使用。
[0012] 在本公开的又一方面中，描述一种用于与下述系统结合使用的便携式设备及相关 联的方法，在所述系统中，在操作程序期间从区域中的地面内发射电磁定位信号。所述定位 信号包含可从在发射频率范围中间隔开的一组离散发射频率中选择的发射频率，并且所述 区域包含会在所述区域内变化且覆盖所述发射频率范围的电磁噪声。所述便携式设备包括 接收器，所述接收器具有至少包含所述发射频率范围的接收器带宽，用于至少在所述发射 频率范围中测量所述电磁噪声以建立所述电磁噪声的频率组成，所述电磁噪声的频率组成 用于在选择离散发射频率其中之一作为选定的发射频率时使用，所述选定的发射频率随后 在所述操作程序期间被用作为所述定位信号。
[0013] 在本公开的连续的方面中，描述一种用于与系统结合使用的便携式设备，在所述 系统中，在操作程序期间从区域中的地面内发射电磁定位信号。所述定位信号包含可从在 发射频率范围中间隔开的一组离散发射频率中选择的发射频率，并且所述区域包含会在所 述区域内变化且覆盖所述发射频率范围的电磁噪声。所述便携式设备包括接收器，所述接 收器具有至少包含所述发射频率范围的接收器带宽并被配置用于在下列模式下操作：（i) 设定模式，用于至少在所述发射频率范围中测量电磁噪声以建立所述电磁噪声的频率组 成，所述电磁噪声的频率组成用于在选择离散发射频率其中之一作为选定的发射频率时使 用，所述选定的发射频率随后在所述操作程序期间被用作为所述电磁定位信号；和（ii)定 位模式，用于接收所选定的发射频率以提供与所述电磁定位信号相关的特定信息。
[0014] 在本公开的又一方面中，描述一种用于与下述系统结合使用的设备及相关联的方 法，在所述系统中，使发射器在操作程序期间移动经过区域中的地面，同时发射具有发射频 率的发射器信号并且所述区域包含会在所述区域内变化且覆盖所述发射频率范围的电磁 噪声。通过检测器，在所述操作程序之前，在地上位置检测所述区域中的电磁噪声，使得所 述电磁噪声在没有发射器信号的情况下被检测到。通过处理器，至少部分基于所检测到的 电磁信号，确定用于在地上位置接收所述发射器信号的发射器的预测最大操作深度。至少 在所述操作程序之前显示所述预测最大操作深度。
[0015] 除了上述示例性方面和实施例以外，通过参照附图以及研究下列描述，进一步的 方面和实施例将变得清楚。
【附图说明】
[0016] 在附图中的参照图中图示出示例性实施例。这里披露的实施例和图旨在作为说明 性的而非限制性的。
[0017] 图1是根据本发明制作的便携式设备的一个实施例的图解视图，在此示出以图示 其组件。
[0018] 图2是将要在其中执行操作程序的区域的图解平面图，并且其中，作为操作程序的 准备可以使用图1的设备。
[0019] 图3是噪声功率相对于频率的曲线图，包括图2的区域中三个不同频率的噪声功率 的标绘图，并且与图2中所示的各种噪声产生特征垂直对齐。
[0020] 图4是平面图图2的部分区域的进一步简化的图解视图，包括将图1的便携式设备 布置在其上方的预期路径。该预期路径在起始点或凹坑与停止点或凹坑之间延伸。图3的曲 线图被示出为与预期路径对齐并与地下障碍物相关。
[0021] 图5是图4的区域的简化图解视图，为正视图，其中，操作者沿着测量路径移动图1 的便携式设备。
[0022]图6是图示出用于图1的设备处于噪声测量模式下的操作的一个实施例的流程图。
[0023] 图7是图示出图1的设备的显示屏幕在对噪声测量进行设定期间的一个可能外观 的屏幕截图。
[0024] 图8是图示出图1的设备的显示屏幕在噪声测量期间的一个可能外观的又一屏幕 截图，其中，可以指示操作者沿着测量路径移动并且可以给其各种选项以控制并监视噪声 测量。
[0025]图9-11是图示出图1的设备的显示屏幕在噪声测量期间在沿着测量路径的三个相 应位置的可能外观的屏幕截图，并且其中，每个图示出了这些位置中相应的一个位置的实 时噪声。
[0026] 图12是图示出图1的设备的显示屏幕在噪声测量之后的一个可能外观的又一屏幕 截图，其中，操作者可令设备进入自动选择模式。
[0027] 图13是图示出图1的设备的显示屏幕的一个可能外观的又一屏幕截图，其为随后 的使用指定自动识别的发射频率，并且其中，给操作者提供有附加选项。
[0028] 图14是图示出图1的设备的显示屏幕的一个可能外观的又一屏幕截图，其示出了 已为沿着测量路径监视的大量所选频率确定的噪声值。
[0029]图15是图示出图1的设备在噪声测量模式下的操作的另一个实施例的流程图。
[0030]图16是图示出图1的设备的显示屏幕的一个可能外观的屏幕截图，其示出了可呈 现给用户的显示输出选项。
[0031] 图17是图示出图1的设备的显示屏幕的一个可能外观的屏幕截图，其响应于用户 对在一个或多个选定的频率下沿着预期路径所测量的噪声的显示的选择。
[0032] 图18是图示出图1的设备的显示屏幕的一个可能外观的屏幕截图，其响应于用户 对操作区域的噪声分布图的显示的选择。
[0033] 图19a是图示出带有相干解调器的相干接收器的基带解码的过程图。
[0034] 图19b和19c是分别图示出曼彻斯特编码的位1和位0的波形图，其中，图19b示出了 位"Γ的曼彻斯特编码的基带波形，图19c示出了位"0"的曼彻斯特编码的基带波形，并且其 中每一个都发生在具有对应于1比特时间段的长度的比特区域中。
[0035] 图19d是示出了比照信噪比绘制的误码率值的对数坐标图，其中，示出了完美解调 的曼彻斯特编码的00SK的BER，并且误码率表示为P e，信噪比表示为Eb/Νο。
[0036]图19e是运用图解法图示出在发射器与接收器之间的距离do处信号强度的确定的 过程图，其中，示出了距离发射器do处的接收器的位置的So(dQ)2估计。
[0037] 图19f是运用图解法图示出噪声值No的确定的过程图，其中，示出了发射器关闭情 况下的No估计。
[0038] 图19g是图示出下述技术的一个示例的流程图，所述计数用于按照检测到的噪声 在沿着钻探路径或者其他合适的路径的各点确定最大可用发射器深度。
[0039]图20是图示出图1的设备的显示屏幕的一个可能外观的屏幕截图，其响应于用户 对操作区域内的最大可用发射器深度的显示的选择。
[0040] 图21是用于为可靠的数据解码预测最大可用操作深度的方法的另一实施例的流 程图。
[0041] 图22是图示出显示器的外观的一个示例的屏幕截图，其提供对所关注的发射器频 率的确认和用户选择。
【具体实施方式】
[0042]做出下列描述以使本领域一个普通技术人员能够制作和使用本发明，并且该描述 在专利申请及其要求的语境下提供。对所描述的实施例的各种修改对于本领域技术人员而 言将是显而易见的并且在此教导的一般原理可应用于其他实施例。因而，并非意图将本发 明限制于所示出的实施例，而是要使其与符合在此描述的原理和特征、包括修改例及其等 同物的最大范围相一致，其被限定在所附权利要求书的范围内。要注意的是，附图并未按比 例而实际上是以认为是最佳图示出所关注的特征的方式概略示出的。对于图中所提供的各 种视图，可采用诸如上/下、左/右等描述性术语，以增进读者的理解，并且这些术语决非意 图进行限制。
[0043]现在回到附图，其中各图通篇用相同附图标记表示相同项目，紧接着注意图1，其 图示出便携式设备的一个实施例，该便携式设备一般用附图标记10表示。要注意的是，为了 保持图示清楚而未示出组件之间的电缆，但本领域一个普通技术人员结合该全部公开内容 要理解这些电缆存在并且可容易地实施。设备10包括三轴天线集束（three-axis antenna cluster)ll，其用于测量磁通量的表不为bx、by和bz的三个正交布置的分量。名称为 "ORTHOGONAL ANTENNA ARRANGEMENT AND METHOD" 的第6,005,532号美国专利披露 了准备 在这里使用的一个有用的天线集束，其与本发明一起被共同拥有并通过引用全部并入此 中。天线集束11与接收器部件12电连接，所述接收器部件12根据需要可以包括放大和滤波 电路。至于后者，可以提供数据检测滤波器作为该接收器部件的一部分。未示出与接收器部 件的电连接，但要理解为该电连接存在。可提供倾斜的传感器装置14,用于测量引力角度， 由所述引力角度可确定磁通量在水平坐标系中的分量。设备10进一步包括图形显示器16、 接收器部件17、具有天线19的遥测装置18以及与各种组件适当地互连的处理部件20。该处 理部件可以包括数字信号处理器(DSP)，所述DSP被配置成用以执行操作期间所需的各种程 序。应当理解，图形显示器16可以为触摸屏，以便有利于操作