连续波泥浆脉冲调制解调方法及装置与流程

本发明涉及油气钻井，尤其涉及连续波泥浆脉冲调制解调方法及装置。

背景技术：

1、泥浆脉冲传输是钻井过程中应用最为广泛的数据传输方式，其基本原理是控制井下脉冲发生器按照一定编码调制规则运动，不断改变钻杆里的泥浆压力，以压力波脉冲的形式将测量数据传递到地面。常用的泥浆脉冲传输技术均采用正脉冲方式，传输速率通常在1bps以下。然而，随着国内外油气勘探开发的不断深入，随钻测井、工程参数、旋转导向等高端随钻测控装备的使用逐渐增多，井下需要上传到地面的数据量大幅度增加，常规正脉冲传输技术难以满足要求。

2、目前，连续波泥浆脉冲传输技术能够将数据传输速率提高10倍以上，是解决上述问题的重要手段之一。与传统的电磁信号键控方式不同，由于受泥浆脉冲发射器机械结构的限制，泥浆脉冲信号无法实现相位的瞬时变化，因此适用于泥浆脉冲传输的调制方式必须保证相位的连续。为了使泥浆脉冲信号能够在泥浆信道中更好地传输，通常需要对基带信号进行信号编码或调制，即针对信号某些属性(如频率、相位等)进行转换。常用的连续波信号调制方式主要包括：幅移键控(amplitude-shift keying，ask)、频移键控(frequency-shiftkeying，fsk)和相移键控(phase-shiftkeying，psk)等。比如对于bfsk(binaryfrequency-shift keying，二进制频移键控)方式，“0”用频率为f1的信号进行传输，“1”用频率为2f1的信号进行传输，而其振幅和初始相位不变；对于bpsk(binary phase-shiftkeying，二进制相移键控)方式，“0”用相位为0的信号进行传输，“1”用相位为π的信号进行传输，当需要“0”和“1”相互切换时，控制转子在一个载波周期内突然降低一倍的旋转速度，使载波频率降至1/2，而此时波形的相位会产生180°的相位滞后。

3、在相同发射功率条件下，多进制调制的传输速率高于二进制调制的传输速率；但是，由于多进制调制具有更小的频率间隔或者相位间隔，误码率也会增加。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于频率相位联合键控的连续波泥浆脉冲调制方法，针对连续波泥浆脉冲信号的频率和相位进行多进制转换，提高连续波泥浆脉冲信号的传输速率和可靠性，从而满足井下测量数据传输的实时性和准确性的要求误码率。

2、主要通过以下技术方案实现上述发明目的：

3、第一方面，连续波泥浆脉冲调制解调方法，包括：

4、获取探管采集的井下测量数据；将所述井下测量数据按照特定的编码规则转换成原始多进制序列；根据所述原始多进制序列构造数据波，并在所述数据波前后分别加入前调整波以及后调整波，构成目标调制波形，所述前调整波的起始相位与所述后调整波的结束相位相同，因此，无论所述多进制序列的码元如何组合，连续波泥浆脉冲信号的相位始终连续；根据所述目标调制波形得到转速控制信号，所述转速控制信号用于控制连续波泥浆脉冲发生器转子转速；所述连续波泥浆脉冲发生器根据所述转速控制信号转动，形成压力波信号，完成连续波泥浆脉冲信号的调制，然后利用泥浆信道将所述压力波信号传输至地面；解调模块对传输到地面的所述压力波信号进行解调，还原为井下测量数据，从而完成连续波泥浆脉冲调制解调及井下测量数据的传输，当然可以理解的是，还可以包括供电模块，用于给井下的探管和所述连续波泥浆脉冲发生器供电。

5、解调模块对传输到地面的所述压力波信号进行解调之前包括：

6、压力波信号采集模块先将接收到的所述压力波信号转换成电信号，传输给解调模块。

7、然后由解调模块接收已转换成电信号的压力波信号，利用带通滤波将所述压力波信号按照不同频域进行分离，得到若干带通滤波调制信号；将所述带通滤波调制信号和相应频率的载波相乘，得到若干载波相乘调制信号；对所述载波相乘调制信号进行低通滤波处理，得到若干低通滤波调制信号；根据所述低通滤波调制信号的码元周期对所述低通滤波调制信号进行积分；根据所述积分判定所述码元周期对应波形所代表的码元序列；根据判定的码元序列得到所述原始多进制序列；所述原始多进制序列经转换得到所述井下测量数据。

8、第二方面，连续波泥浆脉冲调制解调装置，包括：

9、转换模块，将井下测量数据按照特定的编码规则转换成原始多进制序列；

10、调制模块，根据所述原始多进制序列构造数据波，并在所述数据波前后分别加入前调整波以及后调整波，构成目标调制波形，所述前调整波的起始相位与所述后调整波的结束相位相同；

11、转速控制模块，根据所述目标调制波形得到转速控制信号，所述转速控制信号用于控制连续波泥浆脉冲发生器转子转速以形成压力波信号；

12、解调模块，接收经泥浆信道传输的所述压力波信号；利用带通滤波将所述压力波信号按照不同频域进行分离，得到若干带通滤波调制信号；将所述带通滤波调制信号和相应频率的载波相乘，得到若干载波相乘调制信号；对所述载波相乘调制信号进行低通滤波处理，得到若干低通滤波调制信号；根据所述低通滤波调制信号的码元周期对所述低通滤波调制信号进行积分；根据所述积分判定所述码元周期对应波形所代表的码元序列；根据判定的码元序列得到所述原始多进制序列；所述原始多进制序列经转换得到所述井下测量数据。

13、第三方面，一种电子设备，所述设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述连续波泥浆脉冲调制解调方法的步骤。

14、第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述连续波泥浆脉冲调制解调方法的步骤。

15、相较于现有技术的有益效果：

16、本发明通过基于前调整波、数据波、后调整波的结构实现泥浆脉冲信号由基带信号向调制信号的转换，信号相位始终连续；再根据目标调制波形得到相应的泥浆脉冲发生器转子转速控制信号，所述泥浆脉冲发生器转子转速控制信号用于控制泥浆脉冲发生器转子转速从而形成压力波信号，通过泥浆信道将所述压力波信号传输至地面，再利用带通滤波、载波相乘、低通滤波以及积分判决对传输到地面的所述压力波信号进行信号解调，实现泥浆脉冲信号由调制信号向基带信号的转换，还原为井下测量数据，从而完成连续波泥浆脉冲信号的调制解调，完成对井下测量数据的传输；由于所述前调整波的起始相位与所述后调整波的结束相位相同，因此无论所述多进制序列码元如何组合，连续波泥浆脉冲信号的相位始终连续，基于频率和相位的连续波泥浆脉冲调制方式，利用前调整波、数据波、后调整波的结构实现泥浆脉冲信号由基带信号向调制信号的转换，信号相位始终连续，有利于提高井下测量数据的传输速率，降低误码率。

技术特征：

1.连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，将所述井下测量数据转换成原始多进制序列，包括：将所述井下测量数据按照进制转换规则转换成原始多进制序列。

3.如权利要求1或2所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，所述数据波由多个连续载波表示，所述载波的起始相位与所述前调整波的结束相位相同，所述载波的结束相位与所述后调整波的起始相位相同。

4.如权利要求3所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，根据所述目标调制波形得到转速控制信号，包括：根据所述目标调制波形的频率和所述连续波泥浆脉冲发生器的定转子叶片数量得到转速控制信号。

5.如权利要求4所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，根据所述目标调制波形的频率和所述连续波泥浆脉冲发生器的定转子叶片数量得到转速控制信号，计算式如下：

6.如权利要求1或5所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，还包括：

7.如权利要求6所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法，其特征在于，根据所述低通滤波调制信号的码元周期对所述低通滤波调制信号进行积分i(n)，计算式如下：

8.连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，所述转换模块具体用于：将所述井下测量数据按照进制转换规则转换成原始多进制序列。

10.如权利要求8或9所述的连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，所述数据波由多个连续载波表示，所述载波的起始相位与所述前调整波的结束相位相同，所述载波的结束相位与所述后调整波的起始相位相同。

11.如权利要求10所述的连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，所述转速控制模块具体用于：根据所述目标调制波形的频率和所述连续波泥浆脉冲发生器的定转子叶片数量得到转速控制信号。

12.如权利要求11所述的连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，所述转速控制模块根据所述目标调制波形的频率和所述连续波泥浆脉冲发生器的定转子叶片数量得到转速控制信号，计算式如下：

13.如权利要求8或12所述的连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，还包括解调模块，具体用于：

14.如权利要求13所述的连续波泥浆脉冲调制解调装置，其特征在于，所述解调模块根据所述低通滤波调制信号的码元周期对所述低通滤波调制信号进行积分i(n)，计算式如下：

15.一种电子设备，所述设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1～7任一项所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法的步骤。

16.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任一项所述的连续波泥浆脉冲调制解调方法的步骤。

技术总结本发明涉及油气钻井技术领域，公开了连续波泥浆脉冲调制解调方法及装置，通过基于前调整波、数据波、后调整波的结构实现泥浆脉冲信号由基带信号向调制信号的转换，前调整波的起始相位与后调整波的结束相位相同，因此无论码元如何组合，连续波泥浆脉冲信号的相位始终连续；再根据目标调制波形得到相应的泥浆脉冲发生器转子转速控制信号，用于控制泥浆脉冲发生器转子转速从而形成压力波信号，压力波信号经泥浆信道传输至地面；基于频率和相位的连续波泥浆脉冲调制方式，有利于提高井下测量数据的传输速率，降低多进制脉冲调制带来的误码率影响。技术研发人员：杨书博,张良臣,倪卫宁,宗艳波,郑俊华受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9