CN106160774A - 调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法及系统，方法包括：检测接收信号的误码率；根据误码率确定增益放大电路的增益倍数；根据增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定模拟滤波电路的参数和数字滤波器的参数。本发明使得井下中继器能有效抑制井场电磁干扰，准确捕获微弱有用信号，确保正常工作。当误码率过高时，本发明可自行判断当前需要增大增益倍数还是修改载波频率以避开井场电磁干扰，并采取相应的处理措施，确保中继器准确接收井下电磁信号，保证整个系统工作正常。实践证明本发明抑制电磁干扰效果良好，硬件电路尺寸小，占用软硬件资源少，生产成本低，功能运行稳定，在国内现有技术水平和加工工艺下易实现。

Description

调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法及系统

技术领域

本发明涉及油气开发钻井技术领域，尤其涉及一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法，还涉及一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统。

背景技术

电磁随钻测量系统是水平井、定向井钻井定向造斜过程使用的关键仪器。井下信号传输中继器安装在电磁随钻测量系统井下发射机和地面接收机之间，用来接收井底发射机的电磁信号，处理后发射信号给地面接收机，从而提高地面接收的信号强度，从而增强电磁随钻测量系统对不同地层的适应能力，提高测量深度。电磁信号传输过程中非常容易收到电磁干扰，由于电磁信号在地层中传输时会发生衰减，因此电磁干扰对微弱有用信号造成的影响更大。如何从中继器接收到的、混杂了大量干扰噪声的信号中，准确捕获微弱的有用信号，是决定中继器工作性能的关键。

钻井现场常见的电磁干扰除了发动机、井场设备产生的50Hz的工作噪声之外，使用顶驱、电动钻机、地层附近有矿脉、在钻井附近有已下套管完钻的邻井等因素都会对井下电磁传输产生不同频率的电磁干扰，这些干扰频率没有任何规律，但大多和电磁随钻测量系统使用的载波频率十分接近，也无法预测何时会产生干扰，非常难以滤除。尤其当电磁干扰频率和系统载波频率相等或十分接近时，有用信号完全被噪声淹没，无法使用滤波器滤除噪声，造成中继器没法接收到井下电磁随钻测量仪发出的电磁信号，无法正常工作。这时除了改变系统载波频率，避开该干扰之外，没有别的解决办法。但修改了载波频率后，中继器接收信号时滤波模块的通频带也要相应改变到载波频率处，才能保证滤掉电磁干扰，保留有用的载波信号。

要实现这一目标存在两个问题：

首先如前所说，除了已知的50Hz的固定工频噪声之外，其他因素引起的电磁干扰，强度和频率都是随机的、不可预判的，而电磁随钻测量系统使用的极低频电磁信号必须频率≤20Hz，因此如何选择出不容易产生电磁干扰的极低频段，作为电磁随钻测量系统可选的载波频率是需要解决的关键问题之一。

其次，目前要实现通频带可调的滤波器一般有两种方法，一是采用多个不同通频带的模拟滤波电路组合，根据不同载波频率选择相应通频带的电路切换使用，但这种方法电路尺寸大，功耗大，中继器采用锂电池供电，对电路功耗要求严格，而且井下空间有限，无法采用这种办法。二是采用自适应数字滤波技术，用软件实现滤波器通频带调节，但这种软件复杂度高，会占用大量资源和处理时间。而中继器使用的高温CPU芯片性能有限(目前单片机、FPGA、DSP等嵌入式芯片，能满足125℃高温要求的，最高主频只有几百M，远远低于PC机)，要完成接收、解调、解码、信号处理、调制、编码、发送等一系列工作，留给接收到的每1位电磁信号的处理时间只有90ms，无法采用自适应滤波技术。因此亟需提供一种解决方案解决该问题，使中继器接收电磁信号时滤波模块通频带可调。

发明内容

本发明实施例提供了一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法及系统，能够有效抑制井场电磁干扰，准确捕获微弱的有用信号，确定电磁随钻测量系统及中继器的正常工作。

根据本发明的一个方面，提供了一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法，所述信号接收电路包括依次连接的增益放大电路、模拟滤波电路和数字滤波器；所述方法包括：

检测所述信号接收电路的接收信号的误码率；

根据所述误码率，确定所述增益放大电路的增益倍数；

根据所述增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

优选的是，所述载波频率设定为3Hz、5Hz、7.5Hz、10Hz、15Hz和20Hz中的一个。

优选的是，根据所述误码率，确定所述增益放大电路的增益倍数包括：

比较所述误码率和设定的误码率阈值的大小关系；

比较出所述误码率大于所述误码率阈值时，比较所述增益放大电路的增益倍数与设定的增益倍数阈值的大小关系；

比较出所述增益放大电路的增益倍数小于所述增益倍数阈值时，增大所述增益放大电路的增益倍数；

比较出所述误码率小于或者等于所述误码率阈值时，或者比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，维持所述增益放大电路的增益倍数。

优选的是，根据所述增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数包括：

比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，根据所述载波频率确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

优选的是，所述模拟滤波电路的参数为构成所述模拟滤波电路的数字变阻器的电阻值。

优选的是，所述数字滤波器为八阶无限脉冲响应数字滤波器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统，所述信号接收电路包括依次连接的增益放大电路、模拟滤波电路和数字滤波器；所述系统包括：

误码率检测模块，设置为检测所述信号接收电路的接收信号的误码率；

第一确定模块，设置为根据所述误码率，确定所述增益放大电路的增益倍数；

第二确定模块，设置为根据所述增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

优选的是，所述载波频率设定为3Hz、5Hz、7.5Hz、10Hz、15Hz和20Hz中的一个。

优选的是，所述第一确定模块包括：

第一比较单元，设置为比较所述误码率和设定的误码率阈值的大小关系；

第二比较单元，设置为在所述第一比较单元比较出所述误码率大于所述误码率阈值时，比较所述增益放大电路的增益倍数与设定的增益倍数阈值的大小关系；

增大单元，设置为在所述第二比较单元比较出所述增益放大电路的增益倍数小于所述增益倍数阈值时，增大所述增益放大电路的增益倍数；

维持单元，设置为在所述第一比较单元比较出所述误码率小于或者等于所述误码率阈值时，或者在所述第二比较单元比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，维持所述增益放大电路的增益倍数。

优选的是，所述第二确定模块具体设置为：在所述第二比较单元比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，根据所述载波频率确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

优选的是，所述增益放大电路包括第一级增益放大电路和第二级增益放大电路，所述第一级增益放大电路通过第二级增益放大电路连接所述模拟滤波电路；

所述第一确定模块具体设置为：根据所述误码率，确定所述第一级增益放大电路和/或所述第二级增益放大电路的增益倍数。

优选的是，所述模拟滤波电路的参数为构成所述模拟滤波电路的数字变阻器的电阻值。

优选的是，所述数字滤波器为八阶无限脉冲响应数字滤波器。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

应用本发明实施例调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法及系统，使得井下中继器能够有效抑制井场电磁干扰，准确捕获微弱有用信号，确保正常工作。当中继器的接收信号的误码率过高时，本发明可以自行判断当前需要增大接收信号的增益倍数，还是修改载波频率以避开井场电磁干扰，并采取相应的处理措施，从而确保中继器准确接收井下电磁信号，保证整个系统工作正常。经现场大量应用证明，本发明抑制电磁干扰效果良好，硬件电路尺寸小，占用软硬件资源少，生产成本低，功能运行稳定，在国内现有技术水平和加工工艺下非常容易实现。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了井下中继器的信号接收电路的结构方框图；

图2示出了本发明实施例调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法的流程示意图；

图3示出了本发明实施例中根据误码率确定增益放大电路的增益倍数，及根据增益倍数和设定的载波频率确定模拟滤波电路的参数和数字滤波器的参数的方法的流程示意图；

图4示出了本发明实施例调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统的结构示意图；以及

图5示出了本发明实施例中第一确定模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1示出了井下中继器的信号接收电路的结构方框图。如图1所示，井下中继器的信号接收电路主要包括增益放大电路3、模拟滤波电路28和数字滤波器(附图中未示出)。其中，增益放大电路3和模拟滤波电路28由模拟电路和CPU控制芯片26内置的算法实现，数字滤波器由CPU控制芯片26内置的算法实现。信号接收电路工作时，首先利用增益放大电路3将中继器接收到的井下电磁信号进行放大，然后依次利用模拟滤波电路28和数字滤波器滤除信号中的电磁干扰，最后利用CPU控制芯片26内置的解调解码等模块对数字滤波器输出的强度适宜的有用信号进行后续的解调解码等处理工作。

具体实施过程中，可使用高温单片机、FPGA、DSP等嵌入式芯片作为CPU控制芯片26。本实施例以高温FPGA：Xilinx公司的Spartan6芯片举例说明。Spartan6芯片为低功耗FPGA，最高工作温度125℃，数据处理能力和工作性能满足应用需求，并支持SPI总线接口，可以根据需要自行定义SPI总线的数量，能够分别与数字变阻器和增益放大电路3进行通讯。

增益放大电路3主要用来将接收到的电磁信号强度放大到CPU控制芯片26能够正常处理的程度。增益放大电路3包括第一级增益放大电路1和第二级增益放大电路2。其中，接收到的电磁信号依次经过第一级增益放大电路1的放大和第二级增益放大电路2的放大后输入至模拟滤波电路28进行滤波。第一级增益放大电路1的增益倍数和第二级增益放大电路2的增益倍数是可调的。CPU控制芯片26通过第一SPI总线24分别与第一级增益放大电路1和第二级增益放大电路2连接，以调节第一级增益放大电路1和第二级增益放大电路2的增益倍数。特别地，第一级增益放大电路1的增益倍数优选地小于第二级增益放大电路2的增益倍数，以提高整个增益放大电路3的增益调整效率。

具体实施过程中，增益放大电路3中的第一级增益放大电路1和第二级增益放大电路2可使用支持SPI总线的高温程控增益芯片。本实施例以TI公司的PGA202芯片、PGA203芯片举例说明。PGA203芯片增益可编程为1、2、4、8，作为第一级增益放大电路1。PGA202芯片增益可编程为1、10、100、1000，作为第二级增益放大电路2。建立时间、工作温度、功耗、共模抑制比都能满足应用需求，最大放大倍数8000，能满足信号放大需求。

仍参照图1，模拟滤波电路28包括第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器和第四低通滤波器，增益放大电路3输出的信号依次经过第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器和第四低通滤波器输入至CPU控制芯片26。特别地，第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器和第四低通滤波器均优选为二阶低通滤波器。

第一低通滤波器包括第一电阻4、第二电阻6、第一电容5、第二电容7和第一运算放大器8，增益放大电路3的信号输出端依次经第一电阻4和第二电阻6连接第一运算放大器8的同相输入端，第一运算放大器8的同相输入端还通过第二电容7接地，第一运算放大器8的反相输入端和第一运算放大器8的信号输出端相连，第一运算放大器8的信号输出端还通过第一电容5连接第一电阻4的用于连接第二电阻6的接线端。

第二低通滤波器包括第三电阻9、第四电阻11、第三电容10、第四电容12和第二运算放大器13，第一运算放大器8的信号输出端依次经第三电阻9和第四电阻11连接第二运算放大器13的同相输入端，第二运算放大器13的同相输入端还通过第四电容12接地，第二运算放大器13的反相输入端和第二运算放大器13的信号输出端相连，第二运算放大器13的信号输出端还通过第三电容10连接第三电阻9的用于连接第四电阻11的接线端。

第三低通滤波器包括第五电阻14、第六电阻16、第五电容15、第六电容17和第三运算放大器18，第二运算放大器13的信号输出端依次经第五电阻14和第六电阻16连接第三运算放大器18的同相输入端，第三运算放大器18的同相输入端还通过第六电容17接地，第三运算放大器18的反相输入端和第三运算放大器18的信号输出端相连，第三运算放大器18的信号输出端还通过第五电容15连接第五电阻14的用于连接第六电阻16的接线端。

第四低通滤波器包括第七电阻19、第八电阻21、第七电容20、第八电容22和第四运算放大器23，第三运算放大器18的信号输出端依次经第七电阻19和第八电阻21连接第四运算放大器23的同相输入端，第四运算放大器23的同相输入端还通过第八电容22接地，第四运算放大器23的反相输入端和第四运算放大器23的信号输出端相连，第四运算放大器23的信号输出端还通过第七电容20连接第七电阻19的用于连接第八电阻21的接线端。第四运算放大器23的信号输出端作为整个模拟滤波电路28的信号输出端，通过A/D转换器27连接CPU控制芯片26。

在本发明一优选的实施例中，用于构成模拟滤波电路28的第一电阻4、第二电阻6、第三电阻9、第四电阻11、第五电阻14、第六电阻16、第七电阻19和第八电阻21均为数字变阻器。各数字变阻器均受控于CPU控制芯片26。参照图1，CPU控制芯片26通过第二SPI总线25分别与各数字变阻器连接，以调节各数字变阻器的电阻值。可选地，用于构成模拟滤波电路28的第一电容5、第二电容7、第三电容10、第四电容12、第五电容15、第六电容17、第七电容20和第八电容22可以为容值不变的固定电容，也可以优选为受控于CPU控制芯片26的数字式可变电容器。在本实施例中，上述模拟滤波电路28除了滤波作用外还有一定的电压放大和缓冲作用。为了方便调节模拟滤波电路28的参数，上述各电容采用固定电容，电容值维持不变。针对模拟滤波电路28的具体参数设置将在下文中进行详细地阐述。

需要注意的是，模拟滤波电路28应放在第二级增益放大电路2的后面，而不是夹在第一级增益放大电路1和第二级增益放大电路2之间，这样放大特性更好，滤波性能更好，衰减速度更快。

具体实施过程中，模拟滤波电路28中的各运算放大器可选用但不是唯一能使用TI公司的精密运算放大器OPA602芯片。各电容可选用市售普通高温贴片陶瓷电容。各数字变阻器以TI公司的AD5231为例，AD5231是1024步分辨率数字可控电位器，可调阻值为其中满阻值R分为10kΩ、50kΩ、100kΩ三档。对照本发明在以下实施中提出的参数可以确定每个数字变阻器在不同载波频率对应的阻值，从而计算出系数D，由CPU控制芯片26通过第二SPI总线25控制AD5231的系数D，实现各数字变阻器的电阻值的变化。

数字滤波器主要通过CPU控制芯片26内置的软件算法实现，用于将接收信号中的电磁干扰进行第二次滤除。模拟滤波和数字滤波混合使用，可以结合两种滤波方式的优点，结构简单、可靠性高，解决了单纯使用数字滤波的干扰增益问题，有效抑制噪声干扰。特别地，数字滤波器优选为八阶无限脉冲响应(IIR,InfiniteImpulse Response)数字滤波器，以便使用较少的阶数获得很高的频率选择特性，减少算法复杂度和资源占用量。针对数字滤波器的具体参数设置将在下文中进行详细地阐述。

如图2所示，是本发明实施例调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法的流程示意图。本实施例的方法主要包括以下步骤：

步骤101：检测信号接收电路的接收信号的误码率。

具体地，由CPU控制芯片26检测接收信号的误码率，这里，如何检测一个信号的误码率为本领域技术人员评价该信号好坏的常规技术手段，故在本文中不再进行赘述。

步骤102：根据误码率，确定增益放大电路3的增益倍数。

具体地，确定增益放大电路3的增益倍数的方法将在下文中结合图3进行展开说明。

步骤103：根据增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数。

具体地，如前所述，大多数井场电磁干扰的频率和幅度无法预判，而且中继器的CPU控制芯片26技能限制，导致无法使用连续调整通频带的自适应滤波技术，只能依靠大规模现场试验对井场噪声进行采集和分析，从中挑选出几种最不容易和电磁干扰频率重合的超低频频段作为电磁随钻测量系统和中继器的载波频率，然后根据载波频率的值，对中继器的接收滤波模块的通频带进行离散调节。

本发明在国内电磁随钻测量系统使用最集中的多个油田进行了二十余次现场试验，综合分析了复合钻井、使用顶驱、电动钻机、机械钻机、不同地层结构、不同区块等不同条件下各区块的井场电磁干扰特性和频谱分布，最终确定了采用3、5、7.5、10、15、20Hz作为系统的载波频率，经十余井次的现场工程应用验证，证明上述载波频率能够在确保传输性能的同时有效规避现场电磁干扰，获得了比较好的效果。

另外，确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数的方法将在下文中结合图3进行展开说明。

在具体实施过程中，循环执行步骤101至步骤103，直到接收信号的误码率小于误码率阈值时为止。

如图3所示，是本发明实施例中根据误码率确定增益放大电路3的增益倍数，及根据增益倍数和设定的载波频率确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数的方法的流程示意图。本实施例所述的根据误码率确定增益放大电路3的增益倍数的方法，主要包括以下步骤：

步骤201：比较误码率和设定的误码率阈值的大小关系。

具体地，本实施例设定的误码率阈值为25％。当然，在具体实施过程中，应当根据现场环境等因素具体设定误码率阈值。

步骤202：比较出误码率大于误码率阈值时，比较增益放大电路3的增益倍数与设定的增益倍数阈值的大小关系。

步骤203：比较出增益放大电路3的增益倍数小于增益倍数阈值时，增大增益放大电路3的增益倍数。

步骤204：比较出误码率小于或者等于码率阈值时，或者比较出增益放大电路3的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值时，维持增益放大电路3的增益倍数。

具体地，当比较出当前检测的误码率小于设定的误码率阈值时，证明中继器接收电磁信号状态正常，无需调整增益放大电路3的增益倍数，仅维持增益放大电路3当前的增益倍数即可。

当比较出当前检测的误码率大于或者等于设定的误码率阈值时，表明中继器接收电磁信号出现问题，需要定位问题情况，此时需要进一步判断增益放大电路3的增益倍数是否达到设定的增益倍数阈值。如果增益放大电路3当前的增益倍数未达到最大，即当前的增益倍数小于增益倍数阈值，则有可能是由于接收信号强度过于微弱导致的误码率过高，此时CPU控制芯片26通过第一SPI总线24增大增益放大电路3的增益倍数，从而增加接收信号的信号强度。如果增益放大电路3当前的增益倍数达到最大，即当前的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值，则维持增益放大电路3当前的增益倍数，此时需要通过调节模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数来修改模拟滤波电路28和数字滤波器的通频带，进而降低接收信号的误码率。

在本实施例中，当确定当前检测到的误码率大于或者等于误码率阈值，并且增益放大电路3当前的增益倍数小于增益倍数阈值时，系统首先通过增大增益放大电路3的增益倍数的方式增加接收信号的信号强度，降低接收信号的误码率，以防止由于接收信号强度过于微弱导致的误码率过高现象。

仍参照图3，本发明实施例中根据增益倍数和设定的载波频率，确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数的方法为：比较出增益放大电路3的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值时，根据载波频率确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数。

具体地，当增益放大电路3当前的增益倍数达到最大时，即当前的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值时，则不再继续增大增益放大电路3的增益倍数，而是需要通过调节模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数来修改模拟滤波电路28和数字滤波器的通频带，进而降低接收信号的误码率。

本发明实施例利用步骤103中依据试验结果离线设定的载波频率来确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数。在本实施例中，利用该载波频率调节图1所示的模拟滤波电路28中各数字变阻器的电阻值，同时利用该载波频率调节数字滤波器的模型参数(即用于表示该数字滤波器的传递函数的系数)。

在本实施例中，当增益放大电路3当前的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值时，表明此时由于载波频率过高导致传输距离缩短，或者由于载波频率与电子干扰可能发生重合，需要修改载波频率。CPU控制芯片266通过中继器向地面发射“需要修改载波频率”的请求，地面接收到该请求后，由现场技术人员从3、5、7.5、10、15、20Hz中挑选需要修改的载波频率，并把相应数值发向井下。

中继器接收到“变换载波频率”指令后(发射、接收部分见专利2012103850780)，根据接收到的载波频率确定模拟滤波电路28和数字滤波器的参数。当然，本发明不限制载波频率的获取方式，例如可以通过计算机自动地从3、5、7.5、10、15、20Hz中选择载波频率。

下面详细阐述根据载波频率确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数的方法。

模拟滤波电路28的性能参数表达式为：

$\begin{array}{c}{A}_u\left(s\right)=\frac{1}{R_4{R}_6{C}_5{C}_7{S}^2+\frac{\sqrt{R_4{R}_6{C}_5{C}_7}}{Q}S+1}\·\frac{1}{R_9{R}_{11}{C}_{10}{C}_{12}{S}^2+\frac{\sqrt{R_9{R}_{11}{C}_{10}{C}_{12}}}{Q}S+1}\\ \·\frac{1}{R_{14}{R}_{16}{C}_{15}{C}_{17}{S}^2+\frac{\sqrt{R_{14}{R}_{16}{C}_{15}{C}_{17}}}{Q}S+1}\·\frac{1}{R_{19}{R}_{21}{C}_{20}{C}_{22}{S}^2+\frac{\sqrt{R_{19}{R}_{21}{C}_{20}{C}_{22}}}{Q}S+1}A\left(s\right)\end{array}.$

其中，Q为品质因数，第一电阻至第八电阻的满阻值依次为R₄、R₆、R₉、R₁₁、R₁₄、R₁₆、R₁₉、R₂₁。第一电容至第八电容的电容值依次为C₅、C₇、C₁₀、C₁₂、C₁₅、C₁₇、C₂₀、C₂₂。各数字变阻器和CPU控制芯片26之间依靠第二SPI总线25连接，从而改变各数字变阻器的电阻值，这是修改模拟滤波电路28的通频带的主要手段。

根据设定的载波频率的不同，构成模拟滤波电路28的数字变阻器的电阻值分别如表格1所示：

表格1

在本实施例中，构成模拟滤波电路28的各电容的电容值维持不变，具体如表格2所示：

表格2

本实施例中数字滤波器采用八阶无限脉冲响应数字滤波器。不同载波频率对应的八阶四级级联传递函数分别如下：

载波频率设定为3Hz时，数字滤波器的传递函数为如下表达式：

$\begin{array}{c}H\left(z\right)=\frac{0.35453351783930825+1.9914753245107015z^{-2}-0.99191287993762156z^{-2}}{-1.9859015344626729z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.35453351783930825+1.9949254919289974z^{-1}-0.99508672908017948z^{-2}}{-1.9999949802104753z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.08897249340856922+1.9956077700541028z^{-1}-0.99639713844440414z^{-2}}{-1.9970038710475793*z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.08897249340856922+1.9986946663124816z^{-1}-0.998784402760311z^{-2}}{-1.9999763133955781z^{-1}+z^{-2}}\end{array}$

载波频率设定为5Hz时，数字滤波器的传递函数为如下表达式：

$\begin{array}{c}H\left(z\right)=\frac{0.354585031534005+1.99415597281592z^{-1}-0.995282395959998z^{-2}}{-1.99217928161468z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.354585031534005+1.99524638865095z^{-1}-0.996039791289952z^{-2}}{-1.99988540081919z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.0889950065098527+1.9966628771955z^{-1}-0.998075478506829z^{-2}}{-1.99733688019994*z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.0889950065098527+1.99807559053691z^{-1}-0.998709971525969z^{-2}}{-1.99966304335168z^{-1}+z^{-2}}\end{array}$

载波频率设定为7.5Hz时，数字滤波器的传递函数为如下表达式：

$\begin{array}{c}H\left(z\right)=\frac{0.35453351783930837+1.9904008917057161z^{-1}-0.99293209787966575z^{-2}}{-1.9824369066970871z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.35453351783930837+1.9922820355160136z^{-1}-0.99406529936734278z^{-2}}{-1.9997421890916152z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.088972493408569053+1.9939385261368985z^{-1}-0.99711488484160993z^{-2}}{-1.9940405150018919*z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.088972493408569053+1.9966386516204273z^{-1}-0.39980654546054164z^{-2}}{-1.9992419134487365z^{-1}+z^{-2}}\end{array}$

载波频率设定为10Hz时，数字滤波器的传递函数为如下表达式：

$\begin{array}{c}H\left(z\right)=\frac{0.354614519531208+1.98609355053323z^{-1}-0.990587531589093z^{-2}}{-1.96885978773519z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.354614549531208+1.98892759524817z^{-1}-0.992094394924025z^{-2}}{-1.999541762198z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.0889552883943232+1.99051256097663z^{-1}-0.99615554868176z^{-2}}{-1.98935832991893*z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.0889552883943232+1.99488571440582z^{-1}-0.997421201401752z^{-2}}{-1.99865245460396z^{-1}+z^{-2}}\end{array}$

载波频率设定为15Hz时，数字滤波器的传递函数为如下表达式：

$\begin{array}{c}H\left(z\right)=\frac{0.35517041203948446+1.975832202194034z^{-1}-0.985915777943886z^{-2}}{-1.9304632142903873z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.35517041203948446+1.981053665968608z^{-1}-0.988162890412361z^{-2}}{-1.9989695607951807z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.088936765452824557+1.9815639854177043z^{-1}-0.99424108514747489z^{-2}}{-1.9760966913620446*z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.088936765452824557+1.9904336173428216z^{-1}-0.99613328304559257z^{-2}}{-1.9969690773196194z^{-1}+z^{-2}}\end{array}$

载波频率设定为20Hz时，数字滤波器的传递函数为如下表达式：

$\begin{array}{c}H\left(z\right)=\frac{0.35624365063311575+1.9633934058114508z^{-1}-0.98126750027740883z^{-2}}{-1.8776719395212238z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.35624365063311575+1.9716356551332319z^{-1}-0.98424435851286123z^{-2}}{-1.9981695906760577z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.088939352237094357+1.9698359577103131z^{-1}-0.99233295700123869z^{-2}}{-1.9576055855141119*z^{-1}+z^{-2}}\\ *\frac{0.088939352237094357+1.9847233409581291z^{-1}-0.99484581055976384z^{-2}}{-1.9946143173790221z^{-1}+z^{-2}}\end{array}$

在本实施例中，将表1及上述各传递函数的相关数据预存在CPU控制芯片26内，作为CPU控制芯片26中预存的算法的变量表。在具体实施过程中，通过修改CPU控制芯片26中预存的算法的变量表，将设定的载波频率修改当前设定值。然后通过第二SPI总线25修改模拟滤波电路28中各数字变阻器的数值，将模拟滤波电路28的通频带修改为载波频率对应值。然后修改数字滤波算法的参数，将数字滤波算法的通频带修改为载波频率对应值。从而更换载波频率及滤波模块对应通频带，反复修改直至误码率低于误码率阈值时为止，确保中继器避开电磁干扰，正常接收电磁信号。

相应地，本发明实施例还提供了一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统。

如图4所示，是本发明实施例调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统的结构示意图。本实施例的调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统，主要包括顺次连接的误码率检测模块301、第一确定模块302和第二确定模块303。

具体地，误码率检测模块301，设置为检测信号接收电路的接收信号的误码率。

第一确定模块302，设置为根据误码率，确定增益放大电路3的增益倍数。

第二确定模块303，设置为根据增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数。特别地，载波频率设定为3Hz、5Hz、7.5Hz、10Hz、15Hz和20Hz中的一个。

如图5所示，是本发明实施例中第一确定模块302的结构示意图。本实施例的第一确定模块302包括第一比较单元401、第二比较单元402、增大单元403和维持单元404。其中，第一比较单元401通过第二比较单元402连接增大单元403，维持单元404分别与第一比较单元401和第二比较单元402连接。

具体地，第一比较单元401，设置为比较误码率和设定的误码率阈值的大小关系。

第二比较单元402，设置为在第一比较单元401比较出误码率大于误码率阈值时，比较增益放大电路3的增益倍数与设定的增益倍数阈值的大小关系。

增大单元403，设置为在第二比较单元402比较出增益放大电路3的增益倍数小于增益倍数阈值时，增大增益放大电路3的增益倍数。

维持单元404，设置为在第一比较单元401比较出误码率小于或者等于误码率阈值时，或者在第二比较单元402比较出增益放大电路3的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值时，维持增益放大电路3的增益倍数。

本实施例中，第二确定模块303具体设置为：在第二比较单元402比较出增益放大电路3的增益倍数大于或者等于增益倍数阈值时，根据载波频率确定模拟滤波电路28的参数和数字滤波器的参数。

本实施例中，参照图1，增益放大电路3包括第一级增益放大电路1和第二级增益放大电路2，第一级增益放大电路1通过第二级增益放大电路2连接模拟滤波电路28。第一确定模块302具体设置为：根据误码率，确定第一级增益放大电路1和/或第二级增益放大电路2的增益倍数。

本实施例中，模拟滤波电路28的参数为构成模拟滤波电路28的数字变阻器的电阻值。

本实施例中，数字滤波器为八阶无限脉冲响应数字滤波器。

上述各单元的具体处理过程可参照前面本发明实施例的方法中的描述，在此不再赘述。

应用本发明实施例调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法及系统，使得井下中继器能够有效抑制井场电磁干扰，准确捕获微弱有用信号，确保正常工作。当中继器的接收信号的误码率过高时，本发明可以自行判断当前需要增大接收信号的增益倍数，还是修改载波频率以避开井场电磁干扰，并采取相应的处理措施，从而确保中继器准确接收井下电磁信号，保证整个系统工作正常。经现场大量应用证明，本发明抑制电磁干扰效果良好，硬件电路尺寸小，占用软硬件资源少，生产成本低，功能运行稳定，在国内现有技术水平和加工工艺下非常容易实现。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的方法，其特征在于，所述信号接收电路包括依次连接的增益放大电路、模拟滤波电路和数字滤波器；所述方法包括：

检测所述信号接收电路的接收信号的误码率；

根据所述误码率，确定所述增益放大电路的增益倍数；

根据所述增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载波频率设定为3Hz、5Hz、7.5Hz、10Hz、15Hz和20Hz中的一个。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述误码率，确定所述增益放大电路的增益倍数包括：

比较所述误码率和设定的误码率阈值的大小关系；

比较出所述误码率大于所述误码率阈值时，比较所述增益放大电路的增益倍数与设定的增益倍数阈值的大小关系；

比较出所述增益放大电路的增益倍数小于所述增益倍数阈值时，增大所述增益放大电路的增益倍数；

比较出所述误码率小于或者等于所述误码率阈值时，或者比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，维持所述增益放大电路的增益倍数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数包括：

比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，根据所述载波频率确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述模拟滤波电路的参数为构成所述模拟滤波电路的数字变阻器的电阻值。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述数字滤波器为八阶无限脉冲响应数字滤波器。

7.一种调节井下中继器的信号接收电路的参数的系统，其特征在于，所述信号接收电路包括依次连接的增益放大电路、模拟滤波电路和数字滤波器；所述系统包括：

误码率检测模块，设置为检测所述信号接收电路的接收信号的误码率；

第一确定模块，设置为根据所述误码率，确定所述增益放大电路的增益倍数；

第二确定模块，设置为根据所述增益倍数和依据试验结果离线设定的载波频率，确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述载波频率设定为3Hz、5Hz、7.5Hz、10Hz、15Hz和20Hz中的一个。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块包括：

第一比较单元，设置为比较所述误码率和设定的误码率阈值的大小关系；

第二比较单元，设置为在所述第一比较单元比较出所述误码率大于所述误码率阈值时，比较所述增益放大电路的增益倍数与设定的增益倍数阈值的大小关系；

增大单元，设置为在所述第二比较单元比较出所述增益放大电路的增益倍数小于所述增益倍数阈值时，增大所述增益放大电路的增益倍数；

维持单元，设置为在所述第一比较单元比较出所述误码率小于或者等于所述误码率阈值时，或者在所述第二比较单元比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，维持所述增益放大电路的增益倍数。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第二确定模块具体设置为：在所述第二比较单元比较出所述增益放大电路的增益倍数大于或者等于所述增益倍数阈值时，根据所述载波频率确定所述模拟滤波电路的参数和所述数字滤波器的参数。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述增益放大电路包括第一级增益放大电路和第二级增益放大电路，所述第一级增益放大电路通过第二级增益放大电路连接所述模拟滤波电路；

所述第一确定模块具体设置为：根据所述误码率，确定所述第一级增益放大电路和/或所述第二级增益放大电路的增益倍数。

12.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述模拟滤波电路的参数为构成所述模拟滤波电路的数字变阻器的电阻值。

13.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述数字滤波器为八阶无限脉冲响应数字滤波器。