用于钻井遥传系统的信号同步方法与流程

本发明涉及钻井信号领域，具体为用于钻井遥传系统的信号同步方法。

背景技术：

1、钻井过程中，井下会将一组数据以帧或数据包的形式向地面进行传输，地面接收器需要找到数据的起始位置。目前比较通用的方法是井下发送器通过发送帧同步信号(一组独特的比特序列)来标识数据的起始位置，但是这种方法需要先对数据进行解调才能找到数据的起始位置。

2、因此本发明提出一种新的方法，该方法选择一些特殊信号组成同步信号，然后通过该同步信号来找到数据的起始位置。

技术实现思路

1、为实现以上目的，本发明提供一种用于钻井遥传系统的信号同步方法，本方法选择一些特殊信号组成同步信号，然后通过该同步信号来找到数据的起始位置，方法包含以下步骤：

2、1、mwd(measurement while drilling)系统在钻井过程中测量各种与钻井相关的参数，并通过调整泥浆流速产生的声波信号将测量数据发送到地面，

3、2、mwd测量的参数通过ad转换将测量数据数字化后发送给cpu中，cpu通过这些数据计算crc校验码或者奇偶位校验码，然后转换成合适的进制系统，最后将数据组织形成数据包/数据帧，

4、3、调制器根据参考调制信号对数据包/数据帧中的数据进行调制，并加上预先存储的扫频同步信号，然后发送给控制器，

5、4、地面系统首先将数据中的噪声进行消除，然后进行带通滤波1，以便寻找同步信号的位置，

6、5、找到同步信号位置后，便可对同步信号后面的数据进行解码，如果解码带宽与同步信号带宽不一致，可进行带通滤波2，

7、6、解码根据参考调制信号恢复数据，并将数据转换为二进制，最后对转换后的二进制数据进行crc或奇偶位校验以判断接收的数据是否正确，如果正确即可将其重新组织识别为有意义的数据。

8、进一步的，用于钻井遥传系统的信号同步方法使用扫频信号形成同步信号，步骤如下：1、调制好一组qpsk信号，载波频率为20hz，码元时间为200ms，在一个码元时间内至少有四个周期，采样间隔为1ms，传输的数据是：[00000023110331113103230130100132013220122]；然后再生成一个600ms的线性扫频信号，该信号载波频率为15hz到25hz，将调制好的qpsk信号从300ms开始的600ms替换为线性扫频信号，得到包含600ms扫频信号的qpsk调制信号，2、将包含600ms扫频信号的qpsk调制信号与600ms的线性扫频信号进行互相关，与线性扫频信号求相关的结果，在300ms处观察到强的互相关峰值，对相关结果计算峰值于均方根值的比值进行质量检查，并在峰值附近的图中显示，

9、3、将扫频信号的频率范围扩展为10hz到25hz，从而增加扫频信号的能量，得到宽频扫频信号，将宽频扫频信号与包括同步信号的qpsk信号进行求相关的结果，4、将qpsk调制信号的频谱去掉20hz这一特征频率，得到改进后扫频信号的频率和包含改进后扫频信号的qpsk信号的频谱，

10、5、将包含改进后扫频信号的qpsk信号与改进后的扫频信号求相关结果得到同时显示了原始线性扫频信号和宽带扫频信号的相关结果，改进后扫频信号的峰值和均方根值为4.29，甚至优于宽带扫频，

11、6、将线性扫频信号应用于cpmsk(连续最小频移键控)调制信号，将线性扫频信号插入到cpmsk信号的300ms到1200ms之间，形成包含扫频信号的cpmsk调制信号，扫频信号从0.3s到1.2s，cpmsk调制信号由多个离散频率组成，所述的cpmsk采用的离散频率是：f0＝[13.331516.6718.332021.6723.3325]hz，码元时间为300ms，一个码元时间内包括至少有四个周期，传输的数据是：[0001132475272354342036075032]，线性扫频信号持续900ms，占据了三个码元时间，频带范围从13.33hz到25hz。

12、7、对包含扫频信号的cpmsk信号与扫频信号求相关得到cpmsk调制信号与线性扫频信号的相干结果，使其峰值出现在正确的位置，

13、8、将cpmsk未使用的频率制作离散扫频信号，其具体频率为

14、fm＝[14.1715.8317.519.1720.8322.524.17]hz，得到离散频率组成的扫频信号，9、将未使用的cpmsk信号与线性扫频信号和离散扫频信号求相关结果。

15、进一步的，同步信号由扫频信号形成的时候，预先确定好同步信号后，将其存储在井下发射器与井上接收器中，井下遥传系统将同步信号与待发送数据组合在一起发送到地面，地面接收器通过将存储的同步信号与井下发送到地面的数据进行相关操作即可完成同步操作。扫频信号可以具有很宽的频率范围，通过同步操作找到数据帧的起始位置，则可以应用带通滤波器来提高遥传数据的信噪比，进行下一步的数据解码。

16、进一步的，用于钻井遥传系统的信号同步方法包括mwd工作系统和地面系统，mwd工作系统包括cpu、马达、控制器和ad转换器、传感器，cpu包含调制器和格式器；地面系统包括扫频同步信号和参考载波信号；解码包括bpsk(二进制相移键控)和qpsk(四进制相移键控)信号的解码。

17、进一步的，用于钻井遥传系统的信号同步方法，本方法中扫频信号的频带可以比调制信号的频带更宽，扫频信号的频带可以去掉调制信号的特征频率。

18、进一步的，用于钻井遥传系统的信号同步方法，本同步方法可以在解调之前进行同步，还可以使用未被遥测信号使用的频率进行离散扫频。

技术特征：

1.用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述的方法选择一些特殊信号组成同步信号，然后通过该同步信号来找到数据的起始位置，具体包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，所述的方法使用扫频信号形成同步信号，具体步骤如下：

3.根据权利要求2所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述步骤6中，cpmsk调制信号由多个离散频率组成，所述的cpmsk采用的离散频率是：f0＝[13.33 15 16.67 18.33 20 21.67 23.33 25]hz，码元时间为300ms，一个码元时间内包括至少有四个周期，传输的数据是：[0 0 0 1 1 3 2 47 5 2 7 2 3 5 4 3 4 2 0 3 6 0 7 5 0 3 2]。

4.根据权利要求2所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述步骤6中，线性扫频信号持续900ms，占据了三个码元时间，频带范围从13.33hz到25hz。

5.根据权利要求1所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述的同步信号由扫频信号形成，预先确定好同步信号后，将其存储在井下发射器与井上接收器中，井下遥传系统将同步信号与待发送数据组合在一起发送到地面，地面接收器通过将存储的同步信号与井下发送到地面的数据进行相关操作即可完成同步操作。

6.根据权利要求1所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述的扫频信号可以具有很宽的频率范围，通过同步操作找到数据帧的起始位置，则可以应用带通滤波器来提高遥传数据的信噪比，进行下一步的数据解码。

7.根据权利要求1所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述的方法包括mwd工作系统和地面系统，所述的mwd工作系统包括cpu、马达、控制器和ad转换器、传感器，所述的cpu包含调制器和格式器。

8.根据权利要求1所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述的方法包括mwd工作系统和地面系统，所述的地面系统包括扫频同步信号和参考载波信号。

9.根据权利要求1所述的用于钻井遥传系统的信号同步方法，其特征在于：所述的解码包括bpsk(二进制相移键控)和qpsk(四进制相移键控)信号的解码。

技术总结
本发明涉及钻井信号领域，具体为用于钻井遥传系统的信号同步方法。该方法使用扫频信号形成同步信号，同步信号的时间长度为几个码元时间。预先确定好同步信号后，将其存储在井下发射器与井上接收器中，井下遥传系统将同步信号与待发送数据组合在一起发送到地面，地面接收器通过将存储的同步信号与井下发送到地面的数据进行相关操作即可完成同步操作。

技术研发人员：鎌田正博
受保护的技术使用者：天捺科技（珠海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27