CN106795756A - 在定向钻探系统中利用多比特符号流的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统包括与水平定向钻探系统结合使用的发射器，其传送表征传感器符号的多比特符号流以由地上便携式装置接收。便携式装置接收符号流用于传感器信号的地上恢复。发射器能够精确地放置符号频率，以至少避免噪声环境，以及避免电力线谐波，并且能够利用波形整形用于发射符号以至少提供传送功率控制、频谱内容控制和宽带天线匹配。接收器能够测量噪声环境以识别发射器使用的符号频率。能够以增量分辨率跨越宽的频率带宽来扫描噪声，以便显示或自动符号频率选择。

Description

在定向钻探系统中利用多比特符号流的设备和方法

相关申请

本申请涉及并要求于2015年9月3日提交的序列号为14/845,231的美国非临时专利申请,于2014年9月5日提交的序列号为62/046,772的美国临时专利申请,于2014年11月14日提交的序列号为62/080,225的美国临时专利申请,于2015年4月4日提交的序列号为62/143,104的美国临时专利申请的权益和优先权，每个申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本申请总体上涉及与地下装置有关的通信领域，更具体地，涉及使用多比特数据符号的高级地下装置通信协议以及相关的方法。

背景技术

经常被称为水平定向钻探(HDD)的技术能够用于不需要挖掘沟渠来安装公共设施的目的。典型的公共设施安装包括使用具有钻柱的钻机，其在钻柱的远端或地下端支撑钻孔工具。钻机通过向钻柱施加推力来迫使钻孔工具穿过地面。在钻柱的延伸期间钻孔工具被转向以形成导向孔(“pilot bore”)。在导向孔完成时，钻柱的远端附接到拉回设备，该拉回设备继而附接到公共设施的前端。接着经由钻柱的缩回将拉回设备和公共设施拉通过导向孔以完成安装。在一些情况下，拉回设备能够包括向后铰孔工具(“back reamingtool”)，其用于在公共设施前面扩大导向孔的直径，使得安装的公共设施能够具有比导向孔的初始直径更大的直径。

钻孔工具的转向能够以公知的方式通过将钻孔工具的不对称面取向成响应于前向运动在地下沿期望方向偏转而实现。为了控制该转向，期望的是基于由传感器获得的传感器读数来监控钻孔工具的取向，传感器形成由钻孔工具支撑的电子封装的一部分。例如，传感器读数能够被调制到由电子封装发射的定位信号上，以通过便携式定位器或其他适当的在地面上方的装置在地面上方接收。在一些系统中，电子封装能够将由传感器读数调制的载波信号耦合到钻柱上，接着通过将钻柱用作电导体而将信号发射到钻机。与传感器数据的传送方式无关并且对于给定量的传送功率，存在能够以足够的准确性恢复传感器数据的有限传送范围。诸如例如存在于操作区域中的电磁干扰的因素能够进一步限制传送范围。在试图增加传送范围时，一种现有技术方法是从钻孔工具或其他地下工具以这里的申请人称为的“魔术频率”来发射数据。尽管可能遇到多种多样的环境干扰，后者能够被表征为显著地避免环境干扰以提供有效的接收范围的载波频率。如将进一步讨论的，申请人认为至少基于应用于任何一种广泛的地理区域并且特别是基于全世界的应用，这种魔术频率不存在。另一种现有技术方法是仅仅是增加传送功率。然而，申请人意识到，这种方法具有有限的价值，特别是当地下电子封装是由电池供电时。另一种现有技术方法在于降低数据被调制到定位信号上的数据或波特率。不幸地，这种方法伴随着数据吞吐量的下降。

相关技术的前述实例和与其相关的限制旨在是说明性的而非排他性的。在阅读说明书和研究附图之后，相关领域的其他限制对于本领域技术人员将变得显而易见。

发明内容

广义地，本文公开了在定向钻探系统、设备和方法中的利用多比特数据符号传送的通信协议。

结合系统、工具和方法来描述和示出以下多个实施方式和方面，这些系统、工具和方法意在是示例性和说明性的，而不是限制范围。在各种实施方式中，已经减少或消除上述问题中的一个或多个，而其他实施方式针对于其他的改进。

在本公开的一个方面中，描述了一种发射器和相关的方法，其用于与水平定向钻探系统结合使用，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到支撑发射器的地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。发射器包括天线和用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器。处理器配置成用于基于传感器信号生成多比特符号流。天线驱动器装置配置成用于电驱动所述天线以发射偶极定位信号作为深度信号，用于地上接收至少用于确定地下工具的深度，以及用于基于多比特符号流电驱动天线，以发射电磁符号流用于传感器信号的地上恢复。

在本公开的另一方面中，描述了一种发射器和相关的方法，用于与水平定向钻探系统结合使用，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到支撑发射器的地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。发射器包括天线和用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器。直接数字合成器配置成用于生成符号流，所述符号流由多个固定频率的符号组成，并且直接数字合成器配置成针对不同的符号频率定制驱动波形形状。天线驱动器被配置用于基于符号流电驱动天线以发射电磁符号流，用于传感器信号的地上恢复。

在本公开的又一个方面中，描述了一种发射器和相关的方法，用于与水平定向钻探系统结合使用，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到支撑发射器的地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。发射器包括天线和用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器。处理器配置成用于基于传感器信号生成多比特符号流。天线驱动器装置配置成用于基于多比特符号流电驱动天线以发射电磁符号流，以至少用于传感器信号的地上恢复。

在本公开的又一个方面中，描述了一种便携式装置和相关的方法，用于与发射器结合使用，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声。便携式装置包括接收器，其配置成接收发射器信号为多比特符号流，该多比特符号流至少表征在地下操作期间与发射器的操作有关的一组传感器信息，以恢复该组传感器信息。

在本公开的另一方面中，描述了一种便携式装置和相关的方法，用于与发射器结合使用，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声。便携式装置包括接收器，其配置成(i)测量电磁噪声并且响应该测量的电磁噪声识别一组符号频率用于随后从所述射器的传送以基于该组符号频率形成多比特符号流，每个多比特符号对应于符号频率之一，以至少来表征与发射器的操作有关的传感器信息，以及(ii)在地下操作期间接收来自发射器的多比特符号流以恢复传感器信息。

在本公开的进一步方面中，描述了一种便携式装置和相关的方法，用于与发射器结合使用，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声。便携式装置包括接收器，其配置成(i)测量电磁噪声并且响应该测量的电磁噪声识别一组符号频率用于随后从所述发射器的传送，以至少来表征与发射器的操作有关的传感器信息，(ii)在地下操作期间接收来自发射器的符号频率以恢复传感器信息以及(iii)向每个符号频率分配发射功率。

在本公开的另一方面中，描述了一种便携式装置和相关的方法，用于与发射器结合使用，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声。便携式装置包括接收器，其配置为从发射器接收分组结构，所述分组结构由符号流中的多个多比特符号组成，所述符号流包括将所述传感器信息表征为分组数据的至少一组多比特符号，以及用作纠错数据块的至少另一组多比特符号，所述分组数据表征在地下操作期间与发射器的操作有关的一组传感器信息。切片器(“slicer”)被配置成用于将每个多比特符号接收为在时间上间隔开的多个符号片(“symbol slice”)，并且每个符号片都包括用于每个符号频率的幅度的一组符号频率幅度。频谱图缓冲器包括由一系列片位置组成的长度，其中每个片位置都被配置成存储一组符号频率幅度，并且频谱图缓冲器的长度足够存储对应于分组结构的持续时间的符号片的总数。时间片开关被配置成用于将符号片路由到频谱图缓冲器的片位置，以顺序地和选择地存储与每个连续符号片相关的该组符号频率幅度。解码器被配置成基于纠错数据块来检测作为恢复分组数据的一部分的频谱图缓冲器中的分组结构的开始符号。

在本公开的又一个方面中，描述了一种系统和相关的方法，用于与水平定向钻探系统结合使用，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。该系统包括由地下工具支撑的发射器，发射器包括天线，用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器，处理器，被配置成用于基于传感器信号生成多比特符号流，以及天线驱动器，用于电驱动所述天线以基于该多比特符号流发射电磁符号流。该系统进一步包括便携式装置，其包括接收器，配置成在地下操作期间在正常模式下接收多比特符号流，以恢复经受电磁噪声的该组传感器信息。

在本公开的又一个方面中，描述了一种发射器和相关的方法，用于与水平定向钻探系统结合使用，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到支撑发射器的地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。发射器包括天线和用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器。调制器被配置成用于基于传感器信号以载波频率生成至少一个调制数据频率。深度音(“depth tone”)发生器配置成用于产生比载波频率小二十倍或更多倍的未调制深度音频率率，以及天线驱动器，用于电驱动至少一个天线以发射深度音频率率和载波频率，用于深度音频率率的地上检测，以及用于从调制的数据频率恢复传感器信号。

在本公开的进一步方面中，描述了一种便携式装置和相关的方法，用于与水平定向钻探系统结合使用，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，并且地下工具支撑发射器，发射器发射由便携式装置检测的电磁信号，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。便携式装置包括接收器，用于当发射器在地面上方时在第一操作模式中检测信号并且在发射器在地表下方时在第二操作模式中检测信号，以及处理器，其配置成用于选择的操作在(i)第一模式中，以基于所述电磁信号的地面上方测量信号强度和表面效应补偿确定从便携式装置到发射器的地面上方的范围，以及(ii)第二模式中，其中发射器在地下，以基于电磁信号的地面下方的测量信号强度来确定发射器在表面下方的深度。

在本公开的又一个方面中，描述了一种用于水平定向钻探的系统和相关的方法，该系统包括钻柱，钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面。该系统包括发射器，其包括一个或多个传感器，用于测量表征地下工具的状态的一个或多个操作参数，其中发射器在两个或更多个频率处发射，其中至少一个这种频率本身表示多个数据比特，多个数据比特表征地下工具的所述状态，而与频率的任何的调制无关。一种便携式装置，作为该系统的另一部分，包括配置成接收该两个或更多个频率的接收器，以及处理器，配置成从该两个或更多个频率中恢复地下工具的状态。也描述了相关的便携式装置、发射器和方法。

附图说明

在附图的参照图中示出了示例性实施方式。本文公开的实施方式和图旨在是说明性的而不是限制性的。

图1是根据本公开的使用高级通信协议和方法来执行地下操作的系统的实施方式的图解视图。

图2是示出根据本公开生产的发射器的实施方式的透视的图解的部分剖视图。

图3是示出了关于图2的实施方式的发射器的附加细节的框图。

图4是示出形成图2和图3的发射器的实施方式的一部分的频率合成器的实施方式的细节的框图。

图5a是频带和子带的实施方式的图示，基于其能够配置根据本公开的发射器的各种实施方式。

图5b是一组查找表的实施方式的图示，查找表能够用于图4所示的深度和符号频率查找表。

图5c-5j是在图5b的该组查找表中的查找表的实施方式的图示，在这里示出以示意关于每个查找表的进一步细节。

图6a是在高分辨率处得到的噪声的功率谱密度的绘图，其对应于使用50Hz电力线频率的实际物理位置。

图6b是示出包括条形图显示的显示器36的屏幕截图的一个实施方式的图解说明，该条形图示出了针对于图5a中初始示出的子带的实施方式的每频率子带的平均噪声。

图7是来自图6a的子带10的进一步放大视图，在这里示出以便于讨论深度频率和符号频率的部分并且包括插图视图，其示出了根据本公开发射的符号的频谱内容的实施方式。

图8是示出用于操作根据本公开的发射器的实施方式的流程图。

图9是示出图1所示的便携式装置的实施方式的框图。

图10a是来自图6a的频率子带6的展开图。

图10b是屏幕截图的一个实施方式的图解说明，为了操作者选择和修改符号频率的目的，屏幕截图示出了在显示屏上出现子带6以及根据本公开的其他功能。

图11是图10a和10b的子带6的一部分的进一步放大视图，为了描述关于符号频率选择的进一步细节的目的而在这里示出。

图12是示出根据本公开的用于操作便携式装置的方法的实施方式的流程图，该方法是为了频谱扫描和符号频率分配的目的。

图13是示出根据本公开的用于在地下操作期间在正常模式操作便携式装置的方法的实施方式的流程图。

图14是示出根据本公开的深度检测器的实施方式的框图，深度检测器用于基于接收的符号频率来确定发射器的深度。

图15是示出根据本公开的深度检测器的另一个实施方式的框图,深度检测器用于基于接收的符号频率来确定发射器的深度。

图16是示出深度检测器的又一个实施方式的框图，深度检测器用于通过使用纠错码来纠正与接收的符号相关的振幅来确定发射器的深度。

图17是示出根据本公开的用于基于接收的符号频率来进行深度确定的方法的实施方式的流程图。

图18是用于图1的便携式装置中的天线的实施方式的图解说明。

图19是根据本公开的包括无声同步实现的符号流的图解说明。

图20是根据本公开的发射数据波形的图解绘图，在这里示出以示意关于无声同步的进一步细节。

图21是基于图20的发射数据流的接收信号的一部分的进一步放大图解绘图，这里示出经受噪声。

图22是示出是图21的波形的平方的波形的图解绘图，使得空符号是容易识别的。

图23是示出使用无声同步来操作本申请的系统的方法的实施方式的流程图。

图24是图解地示出了根据本公开的表面效应误差对距离的绘图。

图25是根据本公开的在地面上方的范围测试模式下操作的便携式装置的显示屏的外观的实施方式的图解说明。

图26是根据本公开的在正常模式中操作的便携式装置的显示屏的外观的实施方式的图解说明。

图27是示出根据本公开的用于在包括在地面上方的范围测试模式和正常模式的双模式配置中操作便携式装置的方法的实施方式的流程图。

图28是示出根据本公开的形成便携式装置的一部分的接收器部分的实施方式的框图，该接收器部分接收在时间片中的多比特符号流以传递到频谱图缓冲器，并且其从频谱图缓冲器中排除被确定超过噪声阈值的时间片。

图29是示出根据本公开的用于将频谱图时间片加载到频谱图缓冲器中并且用于随后对时间片解码以恢复分组数据的方法的实施方式的流程图。

图30是示出根据本公开的频谱图缓冲器的内容和与解码该内容有关的细节的图解说明。

图31是示出根据本公开的用于从图30的频谱图缓冲器恢复分组数据的解码过程的实施方式的流程图。

具体实施方式

呈现以下描述以使得本领域的普通技术人员能够实现和使用本发明，并且在专利申请及其要求的上下文中提供。对所描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员将容易是显而易见的，并且本文中教导的通用原则可以应用于其他实施方式。因此，本发明不旨在限于所示的实施方式，而是符合与本文所描述的包括修改和等同物的原则和特征一致的最宽范围。注意的是，附图不是按比例的，并且在本质上是以被认为最好地示出感兴趣的特征的方式图解。为了增强读者关于图中提供的各种视图的理解的目的，可以采用描述性术语，并且决不旨在作为限制。

为了本申请的目的，一比特是具有被表征为诸如1/0，+/-等的两个状态的二进制数据值。为了本公开的目的，一符号是表示一个或多个比特的数据值。多比特符号表示两个或更多个位。符号能够表征任何适当类型的信息，诸如例如倾斜数据、滚动数据、温度数据、电池数据和同步数据，而不限于此。不同的多比特符号表示不同的多比特数据值。例如，16个不同的符号能够表示四比特数据值。为了本公开的目的，每个多比特符号都由与任何其他多比特符号相关的频率不同的独特频率表示。符号流由多比特符号的串行传送组成，使得符号流可解码成对应的数字数据流，其能够是二进制的。符号流能够经受分组结构来发射，使得分组结构之内的给定符号的特定位置定义与该符号相关的数据类型。

现在转到附图，其中贯穿各个图中相似的项目可以由相似的附图标记指示，将注意力立即指向图1，图1示出了用于执行地下操作的系统的一个实施方式，其由附图标记10概括地指示。该系统包括便携式装置20，其示出为由在地表22上方的操作者持有以及以进一步扩大的插图视图示出。注意的是，在装置20之内仅示出有限的部件间线缆以便保持说明的简明，但是所有必需的线缆都被理解为存在的，并且可以容易地由本领域的普通技术人员鉴于该全部的公开而实现。装置20包括三轴天线簇26，其测量磁通量的三个正交布置的分量。在本文中考虑使用的有用天线簇的一个实施方式由美国专利号6,005,532公开，该专利与本申请共同拥有并通过引用并入本文。下文将在合适的点处提供关于在本文利用的天线的实施方式的细节。天线簇26电连接到电子部分32。可以提供倾斜传感器装置34用于测量重力角，从中可以确定水平坐标系中的通量的分量。作为非限制性实例，合适的倾斜传感器包括三轴加速度计。

装置20能够进一步包括图形显示器36和遥测天线40。后者可以发射或接收遥测信号44，用于与钻机数据通信。应当理解，图形显示器36能够是触摸屏，以便于操作者选择在屏幕上限定的各种按钮和/或能够在屏幕上限定的各种按钮之间方便地滚动以提供操作者选择。这种触摸屏能够单独使用或与输入装置48诸如，例如触发按钮结合使用。后者能够在不需要触摸屏时使用。此外，可以采用输入装置的许多变型，并且能够使用滚轮和现在可用的或待开发的其他适当的形式的选择装置。电子部分能够包括诸如，例如一个或多个处理器、任何合适类型的存储器、天线驱动器和模数转换器的部件。如在本领域所公知的，后者应该能够检测至少是感兴趣的最高频率的频率的两倍的频率。可以根据期望添加其他部件诸如，例如，帮助相对于钻探方向的位置确定的磁力计50和用于测量在地表上方的装置的高度的超声换能器。

仍然参照图1，系统10进一步包括钻机80，其具有接收用于沿着相对的一对轨道84的长度运动的托架82。地下工具90附接在钻柱92的相对端。作为非限制性实例，钻孔工具被示出为地下工具并且被用作本描述的框架，然而可理解的是，任何适当的地下装置可被使用，诸如例如用于在拉回操作期间使用的铰孔工具或制图工具。通常，钻柱92由多个可移除地附接的钻管部分组成，使得钻机能够迫使钻柱使用沿箭头94的方向的运动进入地面并且响应于相反的运动缩回钻柱。钻管部分能够限定穿过通道以为了运载在压力下从钻孔工具发射的钻探泥浆或流体的目的，以帮助切割穿过地面以及冷却钻头。通常，钻探泥浆也用于沿着钻柱的外部长度悬浮和运出表面的钻屑。转向能够以公知的方式通过将钻孔工具的不对称面96取向成响应于能够被称为“推动模式”的前向、推动运动在地下沿期望方向偏转而实现。钻机的钻柱的旋转或绕转98通常将导致钻孔工具的前向或笔直前进，其能够被称为“绕转”或“前进”模式。

钻探操作能够由控制台100处的操作者(未示出)控制，控制台100本身包括与遥测天线104连接的遥测收发器102、显示屏106、诸如键盘110的输入装置、能够包括适当的接口和存储器以及一个或多个处理器的处理装置112。多个控制杆114例如控制托架82的移动。遥测收发器104能够发射或接收遥测信号116，以便于与便携式装置20的双向通信。在一个实施方式中，屏幕106能够是触摸屏使得键盘110可以是可选的。

在一个实施方式中，装置20配置成用于接收从支撑在钻孔工具或其他地下工具之内的发射器130发射的电磁深度信号120和电磁数据信号122。这些信号在本文中可以统称为发射器信号。发射器信号能够是偶极信号。应当理解，便携式装置能够在如图1所示的步行定位模式中操作，或者在将便携式装置放置在地面上的的自导引模式(“homing mode”)下操作，例如，如由美国公开专利申请No.2013/0175092示出的，通过援引将其全部内容并入。尽管本公开示出了从钻孔工具发射并围绕场的对称轴线旋转的偶极定位场，但是本公开并不旨在在那一方面是限制性的。

由数据信号运载的信息能够包括但不限于基于倾斜和滚动取向传感器读数的位置取向参数、温度值、压力值、电池状态、在拉回操作的上下文中的张力读数等等。装置20使用天线阵列26接收发射器信号，并处理接收的数据信号122以恢复数据，如将进一步描述的。

图2是透视的图解的部分剖视图，其示出了发射器130的实施方式。后者包括能够至少大体上为圆柱形构造的主壳体134。电池隔室138能够形成在壳体的一个端部，相对端140支撑主印刷电路板(PCB)144，主印刷电路板144本身能够支撑发射发射器信号的天线148。加速度计模块150能够定位成相邻于PCB 144的一端。其他传感器和部件能够位于主印刷电路板上，如将进一步描述的。

为了描述关于发射器130的实施方式的附加细节的目的，现在结合图2将注意力指向图3的框图。发射器包括处理部分152，其经由多路复用器154接收传感器信息。多路复用器能够与形成传感器套件的任何数量的传感器接口连接。在本实例中，传感器包括支撑在图2的加速度计模块150中的加速度计158，能够用于感测钻洞之内发射器周围的环空压力的压力传感器160，温度传感器164，电池电流传感器168和电池电压传感器170。在一些实施方式中，能够通过外部通信连接174提供用于发射器的外部通信。这种通信不需要被发射穿过地面，而是能够在当发射器在地面上方时执行，例如，反射器在相邻于装置20的位置。外部通信能够以任何适当的方式实现，包括但不限于IrDA、NFC，Wi-Fi、Zigbee或蓝牙。电源部分178能够包括经由过电压和反极性检测器184提供功率的电池180。电池180向逻辑和传感器电源188和天线驱动电源190提供电功率。逻辑和传感器电源向传感器套件以及处理部分152提供功率。天线驱动电源将电功率馈送到深度天线驱动器194和数据天线驱动器198，其电驱动形成天线148的一部分的天线线圈的相对端。在一个实施方式中，驱动器194和198能够是半桥驱动器。天线驱动器从形成处理部分的一部分的处理器200接收输入信号。处理部分进一步包括诸如例如晶体振荡器的振荡器210。能够选择振荡器以提供相对高的温度度数和总体稳定性。处理器(CPU)200包括定时器部分212，其能够用来生成具有稳定性的参考信号，其反映振荡器210的稳定性。定时器的输出频率可以基于用户能够指定的重新加载定时器值选择。处理器与存储器218进行数据通信，存储器218能够包括任何适当的信息，包括但不限于深度频率信息224和符号频率信息228，其中的每一个都将在下文中在合适的点处描述。

转到图4，频率合成器的一个实施方式由附图标记300概括地指示，并且被实现为图3的处理部分152的一部分。应当理解，频率合成器能够以硬件、软件或其任何适当的组合来实现。图4的实施方式是具有深度通道304和符号通道308的双通道直接数字合成器(DDS)。深度通道向图3的深度驱动器194提供输出信号310，用于产生深度信号120，而符号通道向图3的数据驱动器198提供输出信号312，用于产生数据信号122(图1和图2)。深度通道波形查找表部分320和符号通道波形查找表部分324每个都包括至少一个波形或相位查找表，其表征所选择的波形(诸如，例如正弦曲线)的一个周期。在另一个实施方式中，深度通道查找表部分和符号通道查找表部分中的每一个都能够包括多个波形或相位查找表。在本实例中，存在由附图标记326a-n图解地示出和指示的n个波形查找表。应当理解，任何期望的波形或多个波形都能够由查找表来表征。进一步地，不需要(多个)深度通道查找表和(多个)符号通道查找表来表征相同的(多个)波形。基于例如可用的存储器的量和期望的分辨率，每个波形查找表326a-n都能够包括表征波形幅度(“magnitude”)的大量的采样。使用m-宽寻址装置，采样可以分别通过深度通道相位累加器330和符号通道相位累加器334选择地寻址。分别基于由深度通道频率控制338和符号通道频率控制340提供的输入增量或偏移量值，每个相位累加器都配置成向其各自的波形查找表部分提供输出计数。在本实施方式中，将在任何给定时间用于深度通道和符号通道中的每一个使用的波形查找表326a-n中的特定一个是基于要生成的频率的，如将进一步描述的。每个相位累加器都生成能够被描述为量化的锯齿波形输出，其从一个电平或计数到下一个电平改变相应一个的输入增量量值。响应于每个相应的相位累加器输入计数，当前使用的深度通道查找表和当前使用的符号通道查找表顺序地生成数字输出幅度，该数字输出幅度分别由深度通道脉冲宽度调制器(PWM)发生器350和符号通道脉冲宽度调制器(PWM)发生器352在n-宽寻址装置上接收。基于由每个PWM发生器接收的幅度值，脉冲宽度调制器生成具有至少大体上恒定的输出幅度但具有与来自每个查找表的输出幅度值成比例增加的脉冲宽度的输出脉冲序列。经由天线148的感应性质的滤波使波形平滑以近似期望的输出波形诸如，例如正弦曲线的波形。

仍然参照图4，深度通道输出波形360和符号通道输出波形362中的每一个都能够例如在跨越接近0Hz至45KHz的频率范围内以高准确度生成。应当理解，能够利用任何适当的频率范围，并且0至45KHz的范围是作为实例描述，并且不旨在进行限制。在本实施方式中，在近似至少5Hz的分辨率时，准确性至少能够近似为+/-0.1Hz或更小。注意的是，在本实施方式的上下文中，指定的准确性被给定成近似为至少45KHz，这表示跨越频率范围的准确性的下限。与现有技术方法相比，应当理解，本公开提供了关于跨越整个传送带宽的频率放置的更高精度、更大一致性和显著的灵活性。基于经由深度通道频率控制338提供给深度通道相位累加器330和经由符号通道频率控制340提供给符号通道相位累加器334的输入增量量值建立输出频率360和362。深度通道频率控制338接收指定深度频率的深度频率输入368。深度通道频率控制能够以任何适当的方式将指定的深度频率转换为用于深度通道相位累加器330的增量量值。在一个实施方式中，深度通道频率控制能够包括增量查找表370，其根据增量量值对深度频率进行索引。在另一个实施方式中，能够使用公式来确定增量量值如下：

其中相位累加器量值被选择成提供最小所需的频率分辨率，以及相位累加器更新率由定时器212(图3)建立。类似地，符号通道频率控制能够以任何适当的方式将在数据符号流输入374上接收的指定符号频率转换为用于符号通道相位累加器334的增量量值，例如通过使用增量查找表372或公式。下面将在合适的点描述数据符号流输入374的数据符号流的起源。注意的是不需要深度和符号通道频率控制器使用相同的增量量值查找表。下面的表1示出了增量查找表372的一部分。

表1

期望的输出频率对相位累加器量值增量

基于表1，应当理解依据对深度输出频率360和符号输出频率362中的每一个可选的频率提供了高度的分辨率。在本实施方式中，能够跨越从全世界的AC电力线频率延伸到45KHz的整个频率范围上提供5Hz的分辨率。当然，其他实施方式能够利用相似的或不同的分辨率甚至至更高的频率。能够使用其他分辨率，其中一些更大，以及其中一些甚至更精细，然而申请人意识到5Hz表示50Hz和60Hz的相对小的公倍数，50Hz和60Hz是世界各地主要的电力线频率。将在下面呈现关于电力线频率的进一步讨论。

继续参照图4，应当理解深度输出频率360和符号输出频率362被示出为频调，其具有有限的或固定的持续时间，至少基本上固定的频率，并且能够包括可变的幅度。能够使用用于深度通道的可被称为深度通道整形器的深度通道波形/振幅控制380以及可被称为符号通道整形器的符号通道波形/振幅控制382来实现幅度/振幅整形。深度通道PWM发生器350的另一个实例输出是连续深度信号386，其至少基本上是连续幅度。在这种情况下，可以不需要深度通道整形器380，尽管应当理解其操作反映了符号通道整形器的操作，如本文所述。应当理解基于深度信号386的发射器的深度能够基于公知的偶极方程来确定，如例如在美国专利号5,633,589中所描述的，其通过援引并入本文。符号通道PWM发生器352的另一个实例输出390示出了指示为392a-392f的一系列输出符号，其能够在频率上从一个符号到下一个符号变化。如将进一步描述的，输出390能够包括符号流。在本实施方式中，在相邻的符号之间不存在间隙或零幅度的空间或不存在由相位累加器334在相邻的符号之间插入的间隙或零幅度的空间。因此，频率能够以能够响应于这种突然的频率转变而引入噪声的方式从一个符号突然改变到下一个符号。应当理解符号392a-392f以避免突然的频率转变的方式整形，通过以近似为零幅度的值开始和结束。这种整形能够通过由符号通道整形器382应用适当的窗或锥形函数来实现，诸如例如汉明窗、汉恩窗、韦尔奇窗或三角形窗亦在其中。对于所有对象窗函数而言共同的在于对于在窗间隔外的任何点的波形的零幅度，使得每个符号都以零幅度波形开始和结束。

现在结合图2将注意力指向图5a。尽管并非需要，但是发射器130的实施方式能够被配置成使用由附图标记400概括地指示的从近似为0延伸到45KHz的一系列发射器频带来发射深度信号120和数据信号122。应当理解其他实施方式能够使用不同的发射器频带和子带，以使本实施方式作为非限制性实例来服务。虽然零值被列为下限，应当理解实际下限能够由全世界主要的电力线频率或某个更高的值来表示。发射器频带指示为BT1-BT5，并且也在表2中显示。虽然表2采用的描述性框架使用包括频率子带的发射器频带，但是在下面将变得明显的是，发射器频带的概念通常不可应用于待被描述的宽带发射器的实施方式，即使在限定跨越宽带发射器能够发射的总带宽的一些有限部分的意义上，术语子带被认为适用于宽带发射器。

表2

发射器频带和子带

仍然参照图5a，根据本实施方式，从0到45KHz的频率范围进一步分成10个子带SB1-SB10，每个子带的宽度为4.5KHz。能够认为在BT1和子带1之上的每个频带都包括其频率下限。应当理解，任何单独的发射器都能够被配置为在发射器频带BT1-BT5之一中进行传送。尽管并非需要，发射器频带的使用允许将天线148(图2)与发射器频带匹配，使得传送效率至少接近最优。虽然发射器频带BT1和BT2每个包括都单个子带，但是注意的是发射器频带BT3包括两个子带SB3和SB4，并且发射器频带BT4和BT5每个都分别包括三个子带：SB5-SB7和SB8-SB10。根据本公开的发射器的实施方式能够配置成在单个子带中发射深度信号120和数据信号122。在另一个实施方式中，发射器能够配置成在与用于数据信号122的子带不同的子带中发射深度信号120。就这点而言，应当理解，对深度通道使用单独的合成器通道(图4)关于与数据信号有关的深度信号的频率提供了很大程度的灵活性。在又一个实施方式中，发射器能够配置成在多个子带上发射。例如，被配置成在发射器频带BT3上发射的发射器可以在SB3和SB4两者上发射。作为另一个实例，如下面进一步描述的，宽带发射器能够在两个或更多个子带诸如SB4和SB10上发射，使得子带甚至能够被其他子带间隔开。关于在下文中立即描述的上述宽带发射器，将清楚的是发射器频带的概念能够被认为是不适用的，因为单个天线能够用于发射器的整个带宽。

在一些实施方式中，发射器300能够配置为与天线148合作，使得发射器130在从最低频率延伸到近似为45KHz或更高的宽频率范围或频带上发射。以这种方式，该宽频带能够由单个宽带发射器使用单个天线覆盖，同时关于跨越整个宽频率范围上的功率消耗保持适当的效率。应当理解在缺少下文对于宽频率范围的至少一部分立即描述的规定的情况下，天线和输入频率之间的不匹配条件能够为实现相同的RF输出功率而产生不可接受的电池功率消耗。

再次参照图4，为了在跨越从最低频率到近似45kHz的整个频率范围上发射，作为非限制性实例，深度通道查找表部分320和符号通道查找表部分324的实施方式能够配置成包括查找表组326a-n。在每个组中能够使用任何查找表的适当数量n。基于要生成的频率，深度通道相位累加器330和符号通道相位累加器334能够配置成分别利用合适的深度通道查找表和符号通道查找表。如将在下文中在合适的点处以进一步详细描述的，这些查找表组中的每个单独的查找表都能够被定制为以这样的方式驱动天线148，其在总的宽传送带宽的一部分上以至少大体上恒定的功率消耗保持功率,使得查找表的组合在整个宽传送带宽上保持期望的功率消耗水平。每个查找表都能够被配置用于不仅基于提供特定波形而且还使用所选择的驱动波形幅度来驱动天线。因此，能够至少部分地基于查找表波形的幅度来控制或规定传送功率和发射器功率消耗。虽然能够提供一组中的一些查找表以用于限制和/或控制功耗的目的，但是也能够提供一个或多个查找表以用于实现高输出功率模式的目的。在这种情况下，高输出功率查找表能够呈现与对应的较低功率查找表相同的采样波形形状，但是高功率查找表包括采样波形的增加幅度的版本。在本文呈现的实施方式中的天线不需要以谐振频率驱动。就这点而言，由天线148的电感与任何寄生电容的组合呈现的谐振频率通常远远高于传送范围的最高频率诸如例如45kHz。例如，谐振频率能够在兆赫范围内。就这点而言，至少从实践的角度来看，天线能够在跨越能够被认为是恒定的传送频率范围上呈现阻抗。因此，天线148能够包括许多线圈，其至少部分地基于从电池180汲取的选择的或目标量的电流而选择。

图5b示出了能够用于深度和符号频率查找表326a-n的一组查找表的实施方式，其由附图标记450概括地指示。在这种情况下，该组包括8个查找表。应当注意，不需要对深度和数据传送使用相同的一组查找表。在该实施方式中，查找表组覆盖SB3至SB10，对应于9KHz至45KHz的宽带频率范围。虽然为了描述性连续性的目的而依据子带的方式表征宽频率范围，但是应当理解，在宽带发射器的上下文中不需要基于之前描述的发射器频带和/或子带的频率界限(参见例如表2)。图5b示出了分别用于每个子带SB-3-SB10的大体的查找表波形形状460、462、464、466、468、470、472和474。对于SB3-SB6，使用正弦曲线的采样波形。对于SB7-SB10，利用阶跃采样波形。进一步细节将立即在下文中提供。

图5c-5j分别示出了用于本实施方式的用于深度和数据传送目的的一组查找表的查找表采样的波形460、462、464、466、468、470、472和474的进一步放大绘图。这些图中的每一个的水平轴线示出了采样的波形周期或时隙，而竖直轴线指定了脉冲宽度调制百分比。注意的是在这些图中的每一个中示出的时隙轴线上，采样波形周期的实际持续时间被限制为0-15。在图5c中，波形460包括具有范围从近似15％PWM到85％PWM的PWM百分比的正弦曲线形状。在图5d中，波形462包括具有范围从近似10％PWM到90％PWM的PWM百分比的正弦曲线形状。在图5e中，波形464包括具有范围从近似5％PWM到95％PWM的PWM百分比的正弦曲线形状。在图5f中，波形466包括具有范围从近似0％PWM到100％PWM的PWM百分比的正弦曲线形状。因此，采样波形的幅度通过对象图逐渐地以近似10％增加，直到在波形466处达到100％PWM调制。然而，从图5g中的SB7的采样波形468开始，采样波形显著地改变。特别地，利用阶跃采样波形，其中波形从100％PWM转变为0％PWM。对于波形468，波形的接通时间近似为20％。因此，采样波形468的使用生成具有近似20％的接通时间的脉冲序列作为天线驱动信号。参照图5h，对于对应于SB8的波形470，波形的接通时间近似为27％。因此，采样波形470的使用生成具有近似27％的接通时间的脉冲序列作为天线驱动信号。参照图5i，对于对应于SB9的波形472，波形的接通时间近似为33％。因此，采样波形470的使用生成具有近似33％的接通时间的脉冲序列作为天线驱动信号。参照图5j，对于对应于SB10的波形474，波形的接通时间近似为对应于方波的50％。因此，采样波形470的使用生成具有近似50％的接通时间的脉冲序列作为天线驱动信号。

共同参照图5c-5j的该组查找表，应当理解，开发该实施方式是为了功率控制的目的，使得发射器汲取或消耗近似相同的功率量，而与在宽带宽之内特定的传送频率无关。就这点而言，给定恒定的驱动电压和波形，发射器将随着频率减少以其他方式汲取越来越多的功率。因此，随后的描述将考虑从发射器带宽的上端开始的查找表组。

图5j的用于SB10的查找表波形474，从40.5KHz到45KHz,使用待发射的基频处的方波来驱动天线。这样做时，对于较高频率，作为方波的一次谐波分量的基频的振幅比对应的功率的纯正弦波的振幅高大约2dB。随着发射频率从SB9减少到SB8，图5i和5h演示波形472和470的接通时间逐渐减少。因此，随着发射频率变得更低，驱动波形变得更加脉冲状，以逐渐降低脉冲序列的基频处的能量的量。通过逐渐使在脉冲序列中的脉冲变窄，由发射器汲取的功率被补偿，并且不随着发射频率的减少而显著地增加。采用该脉冲序列驱动信号方法直到至少近似整个幅度的正弦波驱动信号与来自脉冲序列驱动信号的可用发射功率匹配。在利用整形的正弦波查找表波形466的SB6满足这种条件。随着发射频率在SB5和SB4查找表中更进一步的降低，正弦波驱动波形的幅度进一步减小，以便补偿发射功率响应于减少的发射频率而增加的趋势。由申请人开发的查找表方法,其被提交以前未知,提供了使用单个天线在宽带发射范围上变化驱动频率，并且不需要使用不同的天线，其将需要使用多线圈天线、复杂的天线线圈切换和/或复杂的可变驱动电压装置。

基于上文，本公开可以提供具有单个天线的宽带发射器，所述单个天线以这样的方式跨越宽频带被驱动，即，当功率消耗以其他方式通过使用单个驱动信号波形跨越相同频带呈现出大的变化时，其能够保持恒定的或受控的功率消耗，至少达到近似值。跨越宽频带的功率消耗的变化能够被限制为跨越9KHz至45kHz的范围的可接受的低电平。以这种方式，申请人能够提供一种宽带发射器，其以被提交以前未知的功率消耗规定和控制而跨越宽的频率范围操作。在过去，以不同的频率执行地下操作以用于深度和定位数据经常需要购买专用于每个感兴趣的频率的发射器。因为单个宽带发射器能够替换多个现有技术的发射器，因此在本文已经公开的认识能够导致显著的成本节约。就这点而言，本文的教导同样可关于在一个离散频率发射深度频率或频调以及以不同频率发射数据信号的发射器应用，所述不同频率以任何适当的方式调制，例如使用BPSK，QPSK或曼彻斯特编码。

参照图4并且在一个实施方式中，符号通道能够被设置为输出单个载波频率，非常相似于深度通道的深度信号386，并且载波频率能够以任何适当的方式被调制，例如，以至少部分地基于一组查找表326来携带传感器数据。应当理解，存在与以相对低的频率诸如，例如1.5kHz发射深度频率或频调以及以高得多的频率诸如，例如在30kHz至45kHz的范围内发射调制的数据频率相关的益处。因此，由于根据本公开产生的发射器的显著的频率生成能力，能够在调制的载波频率和深度音之间提供20或更大的因子。就这点而言，低深度音频率率与避免无源干扰源诸如钢筋有关，而较高数据频率与基于奈奎斯特速率的更高的数据吞吐量的速率有关。本公开允许传送与调制的数据频率间隔开一定量的深度音，该一定量在被提交之前未被看到，特别是当使用单个天线来发射两者时。例如，深度音能够在1.5kHz或者以下发射，而调制的数据频率能够在从30kHz至45kHz的范围中发射。在另一个实施方式中，10kHz能够用于深度音，而40kHz能够用于调制的数据频率。

已经在上文详细描述了根据本公开的发射器和相关的部件，现在将公开关于数据信号122的传送的细节。特别地，使用M(ary)频移键控方法，使得多个不同的符号能够成流以组成数据信号122。在一个实施方式中，数据信号能够用来发射多比特符号流。至少部分地基于图4的合成器300的使用来促进发射多比特符号流的能力。特别地，能够在数据符号流输入374处将多比特数据符号流提供给符号通道频率控制340。以这种方式，对应于多种多样的独特频率的数据符号能够被指定为数据符号流的一部分，每个不同的符号对应于不同的频率。在一个实施方式中，符号流的数据符号能够对应于16个符号(4比特)，尽管能够基于期望的数据吞吐量使用任何适当数目的符号。图4示出了基于16个符号S0-S15的输出390，其中S0对应于最低频率，并且每个连续更高编号的符号对应于相对较高的频率，尽管这不是必需的，并且符号到频率的映射或分配能够以任何适当的方式执行。因此，输出390对应于在输入374处的S2、S12、S2、S15、S0和S10的示例输入符号流。

图6a是在高分辨率得到的噪声的功率谱密度的绘图,概括地以附图标记500指示，对应于使用50Hz电力线频率的实际的物理位置。信号电平示出在竖直轴线上并且频率示出在水平轴线上。0至45KHz的频率范围对应于根据本公开描述的发射器的范围所覆盖的例如关于图5a的频率范围。如上文所指出的，已经通过非限制性实例提供了利用0至45KHz范围的本实施方式。还指示了发射器子带SB1-SB10。哪个子带最适当的初始选择能够基于每个子带的平均噪声值的确定。在此基础上，子带SB8-SB10中的任何一个看起来表示可接受的选择，而子带SB1-SB3之一看起来表示最差的选择。

虽然图6a的频谱扫描示出了基本上在单个位置的频谱信息，但是应当理解的是频谱信息能够以累积的方式收集。例如，当操作者带着装置20行走计划的钻孔路径(“borepath”)时可以执行频谱扫描，同时装置表征噪声环境。以这种方式，图6a的频谱绘图能够被认为表示沿着整个计划的钻孔路径的噪声环境，其中随后的频率选择基于对计划的钻孔路径的整个长度表征的噪声环境，同时仍然利用本文已经公开的频率选择技术。

图7是对来自图6a的子带10的进一步放大视图，概括地由附图标记550指示，并且在这里示出以示出深度频率和在该子带之内的十六个符号频率S0-S15的选择。每个选择的频率都由箭头指定。已经例如基于它们与在噪声图中的低噪声点的对应来选择各种频率。基于诸如或者自动地和/或手动地对S0-S15的频率的选择，申请人提交了在此以前未被看到的关于对执行地下操作诸如，例如水平定向钻探和相关的拉回或向后铰孔操作能够提供抗扰度水平的系统10。将在对装置20的讨论的上下文中提供相关考虑和进一步的细节，装置20接收深度信号和数据信号，并且还能够帮助识别由发射器使用的深度信号频率和符号频率。

注意力现在指向关于在环境噪声环境中频繁地遇到的电力线谐波的考虑事项。然而应当理解的是在本文中不需要基于试图避免电力线谐波的频率选择。即，基于低噪声测量的频率选择潜在地结合其他统计噪声表征参数能够提供关于提供抗扰度的显着益处。尽管如此，申请人意识到详细检查的噪声绘图,诸如的示出的在图6a中的一幅，至少大体上揭示由通过本地电力线频率建立的增量间隔开的电力线谐波的存在。在60Hz电力线频率的情况下，谐波至少大体上间隔开60Hz，并且能够延伸到30KHz以上的值。类似地，在50Hz电力线频率的情况下，谐波至少大体上间隔开50Hz，并且能够延伸到30KHz以上的值。因此，能够通过选择至少落在电力线谐波之间或中间的符号频率来减少电力线谐波噪声。给定电力线频率的稳定性的假设，对于50Hz电力线频率，能够选择75Hz、125Hz、175Hz、225Hz等系列中的符号频率，而对于60Hz电力线频率，能够选择90Hz、150Hz、210Hz、270Hz等系列中的符号频率。对象符号潜在频率在本文中可被称为中间频率。如上文所讨论的，合成器300能够配置有5Hz的频率分辨率，使得50Hz或60Hz的任何期望中间谐波频率都能够被选择为符号频率。然而，申请人意识到，电力线频率的不稳定性将会引起谐波频率的移动。这种移动随着频率的增加而增加。例如，如果基本电力线频率从50Hz移动0.1Hz，则第100个谐波将移动10Hz。鉴于这种谐波移动，频率选择将在下文中在合适的点处解决。

再次参照图7并且在一个实施方式中，合成器300能够被配置成允许以5Hz的分辨率进行频率选择。就这点而言，应当理解的是该分辨率水平提供了在相邻电力线谐波中间的频率选择。对于50Hz电力线频率，相邻谐波之间的带宽至少近似为50Hz。对于60Hz电力线频率，相邻谐波之间的带宽至少近似为60Hz。由于结合如图4所示的符号整形生成的符号的稳定性，被传输以组成数据信号122的符号流的符号能够呈现有限的频谱扩展。进一步，存在的频谱扩展基于传送率与相邻电力线谐波呈现出特定关系。例如，对于0.08秒的符号持续时间，每秒50比特的数据吞吐量需要对于4比特符号每秒传送12.5个符号。如另一个实例，对于近似为0.067秒的符号持续时间，每秒60比特的数据吞吐量需要对于4比特符号每秒传送15个符号。基于50比特每秒的传送率(每秒12.5个符号)，图7中的插图视图552包括绘图553，其以Hz示出了相对于它的最近的电力线谐波的符号S13的频谱内容。S13的基频为43,825Hz，其在43,800Hz和43,850Hz的相邻50Hz电力线谐波频率的中间。基本峰值554存在于在43.825Hz处符号的频谱绘图中，使得该峰值的所有频谱能量都落在相邻的电力线谐波之间。旁瓣556a和556b也整个落在相邻的电力线谐波之间。注意的是，示出了具有能量落在在43800Hz和43850Hz的相邻电力线谐波外的若干附加旁瓣。显著地，应当理解的是符号的频谱显示空558a和558b正好落在相邻电力线谐波频率上。因此，每个符号频率的频谱内容有效地不将信号功率放置在相邻的电力线谐波上。基于符号流的数据传送率，空定位成落在相邻电力线谐波上，如图7所示。如上文所讨论的，在符号之间无间隙地发射符号流390。应当理解的是附加的旁瓣将同样由正好位于电力线谐波频率诸如，例如，43,750Hz和43,900Hz上的空(“null”)分离，其由于说明性的约束没有示出。就这点而言，符号频谱包括定位在每个电力线谐波频率处的空。注意的是与每个符号相关的频谱能量的附加部分能够在相邻的电力线谐波之间移动。例如，如果符号传送率减少一半，则图7的插图视图552中所示的附加旁瓣将连同基本峰值定位在在43,800Hz和43,850Hz的相邻电力线谐波之间。同时，空继续正好落在所有电力线谐波上。对于图7的频谱绘图，注意的是与符号相关的总能量的近似为百分之94由基频和旁瓣556a和556b包含。

表3提供了图7中所示的每个选择的频率的至少近似值。提醒读者，与试图避免电力线谐波相反，是基于呈现低噪声来选择频率S0-S15的。就这点而言，表3还列出了基于50Hz电力线频率的最近的电力线谐波。在某些情况下，例如关于为S1、S4、S7和S8的频率选择，看起来这些频率对应于50Hz电力线谐波，而在其他情况下，仅针对深度信号S5和S13的频率选择落在谐波频率中间。就这点而言，应当理解的是如上文所讨论的，噪声频谱中的低噪声点的这种移动能够由电力线频率漂移产生。

表3

示例的选择的频率

基于上文，申请人认为在此以前未被看到的关于对执行地下操作诸如例如水平定向钻探和相关的拉回或向后铰孔操作能够提供抗扰度水平的系统10。将在对装置20的讨论的上下文中提供相关考虑和进一步的细节，装置20接收深度信号和数据信号，并且还能够帮助识别由发射器使用的深度信号频率和符号频率。应当理解，由表3给出的深度信号频率和符号频率排序是不需要的。即，深度信号频率能够定位在符号频率之间。基于为了产生深度信号(图4)的目的的单独的通道的使用，深度信号能够定位在与符号频率不同的子带中。进一步地，符号频率能够以任何适当的方式重新排序或重新布置。关于将频率选择约束到单个子带，应当理解的是宽带发射器的实施方式能够配置成以模仿被约束成基于子带操作的发射器的操作方式来操作。例如，宽带发射器中选择的频率能够被限制或约束到单个子带，即使宽带发射器能够在大范围的子带上传送。

图8是示出根据本公开的用于操作发射器的实施方式的流程图，概括地由附图标记600指示。注意的是，为了本讨论的目的，将假设深度频率以及与符号S0-S15相关的频率已经被选择。这些频率选择能够存储在任何适当的位置诸如，例如，在图3的深度频率表224和符号频率表228中。该方法开始于604，并且进行到608，其例如从查找表370(图4)查找深度频率增量，作为深度通道频率控制338的操作的一部分。在使用单个深度通道波形查找表诸如在图4中的表326a的实施方式中，深度通道相位累加器330能够始终寻址该单个波形查找表。另一方面，在使用多个深度波形查找表的实施方式中，步骤608也能够识别正确的波形查找表326a-n作为图4中的深度通道波形表部分320的一部分，使得深度通道相位累加器330基于频率寻址合适的深度通道查找表波形。在步骤610，深度通道相位累加器330接收该值并且基于深度频率增量开始计数，从而引起合适的深度通道查找表326a-n和深度通道PWM发生器350开始连续地生成深度通道频率386以在这个频率发射深度信号120。在614，CPU200经由多路复用器154读取传感器信息以收集要发射的传感器数据。在618，CPU将传感器数据组合成能够调用尚待描述的分组结构的符号流。符号流作为数据流符号输入374提供给图4中的符号通道频率控制340。在620，符号通道频率控制能够利用其查找表372来识别合适的频率用于当前要发射的符号。在使用单个符号通道波形查找表诸如在图4中的表326a的实施方式中，符号通道相位累加器334能够始终寻址该单个波形查找表。另一方面，在使用多个符号波形查找表的实施方式中，步骤620也能够识别正确的波形查找表326a-n作为图4中的符号通道波形表部分324的一部分，使得符号通道相位累加器334寻址合适的符号通道查找表波形。应当理解，给定符号流的传送能够需要步骤620基于频率将基于一个符号接着一个符号的基础上的数据波形查找表326a-n从一个符号切换到下一个符号。在624，发射当前符号。步骤624检查要发射的另一个符号的可用性。如果符号是可用的，则操作返回到620使得该过程针为下一个符号重复。另一方面，如果下一个符号还没有准备好，则操作能够返回到610，其继续传送深度信号。接着在614处再次读取传感器数据，并且从那里继续该过程。应当理解，数据信号122最经常与深度信号120同时在基本上连续的基础上发射。

已经在上文详细描述了发射器130的实施方式，为了描述关于可被互换地称为定位器或接收器的装置20的附加细节的目的，现在结合图1将注意力指向图9。设备20包括馈送电源704的电池700，电源704向装置的所有部件供应合适的电功率，指示为V+。电子部分32包括与存储器714接口连接的处理器710。遥测部分720由处理器控制并耦合到天线40用于经由信号44进行双向通信。在一些实施方式中，遥测链路能够是从装置20到钻机的单向，在这种情况下，收发器102仅需要包括接收器功能。外部通信装置722使用发射器的外部通信连接174(图3)提供与发射器的外部通信。如上文所讨论的，这种通信不需要发射通过地面，而是能够在发射器在地面上方，例如，在与装置20相邻的位置时执行。外部通信能够以任何适当的方式实现，包括但不限于IrDA、NFC，Wi-Fi、Zigbee或蓝牙。宽带前端730配置为使用组成天线簇26的X、Y和Z天线接收深度信号120和数据信号122，天线簇26用于测量对象信号的三个正交分量以及用于沿着这些轴线执行噪声测量，如将要描述的。下文将在合适的点处提供关于天线簇的实施方式的附加细节。X，Y和Z天线中的每一个都分别接口连接到低噪声放大器(LNA)734a、734b和734c，每个能够被相同地配置。每个LNA的放大输出都被供应给滤波器738a、738b和738c中的相应一个，每个滤波器都能够被相同地配置，并且可以统称为滤波器738。每个滤波器都用作呈现低频滚降(“roll-off”)或转角和高频滚降或转角的带通滤波器740。虽然滤波器738被示出为单独的功能块，但是应当理解的是能够以任何适当的方式实现滤波器。作为非限制性实例，每个滤波器都能够被实现为贯穿信号链分布的一系列RC高通和低通滤波器。在一个实施方式中，两个高通滤波器能够每个都被设置在大约4KHz的低转角频率，而四个低通滤波器能够被设置在大约90KHz的高转角频率。该实施方式产生从10KHz到50KHz的相对平坦的频率响应。低于10KHz的滚降近似是每十倍衰减40dB以及超过50KHz的滚降近似是每十倍衰减80dB。应当理解的是滤波器738的低端响应和低转角频率能够考虑到能够非常强的基本的和低阶电力线谐波来建立。为了驱动模拟数字转换器A/D754a-754c中的每一个的目的，放大器750a-750c能够以足够的增益跟随滤波器738a-738c中的每个相应的一个。每个A/D754都向CPU710提供输出。在一个实施方式中，装置20能够配置成以抑制电力线谐波频率的方式接收符号流，因为在电力线谐波处的符号流中实际上没有能量存在。例如，能够处理接收信号使得接收器响应匹配如图7的绘图553示出的符号频谱。特别地，通过在对应于每个符号的持续时间或周期的时间段上对接收的符号流进行积分，能够将接收器的频谱响应与发射器的频谱特性相匹配。以这种方式，接收器频率响应匹配发射器关于在电力线谐波频率处呈现空接收点的响应。因此，接收器抑制或忽略了在谐波频率处的能量，同时扫描(“sweep up”)与符号相关的频谱能量。接收器能够采用提供周期性的空的任何适当的解调过程，包括但不限于离散傅立叶变换(DFT)。

仍然参照图9并且已经在上文详细地描述了定位器20的实施方式，应当理解的是定位器可以配置成执行噪声测量和分析，这是为了选择发射器用于传送深度信号和数据信号以及建立将与这些信号中的每一个有关的频率的目的。当然，当使用宽带发射器时，可以不需要频带选择。能够基于天线26(X，Y和Z天线，如图9所示)的每个正交轴线来确定噪声测量。这些单独的噪声分量能够被用于例如基于三个天线分量的矢量和来建立三维噪声值。矢量和能够是有用的，因为在给定点处的噪声读数将基本上在定位器的取向的改变时是不变的。另一方面，显示从单个轴线获得的噪声读数通常在定位器的取向改变时将在给定点处呈现出变化。通过允许沿着单个天线轴线诸如例如X轴监控噪声，操作者能够识别就干扰而言沿着孔路径的哪个特定轴线可能是有问题的。噪声值能够以任何适当的方式确定，例如基于快速傅里叶变换(FFT)。在一个实施方式中，为了比较的目的，能够从每个轴线产生噪声扫描。例如，为了数据恢复的目的，显示出比其他轴线相对高的噪声的轴线能够被不同地处理。

如上文关于图6a所讨论的，对哪个子带是最适当的初始选择能够基于例如每个子带的平均噪声值。在一个实施方式中，定位器能够自动地做出推荐以使用最低的平均噪声子带，例如SB-9。例如，显示屏36能够基于图6a的频谱扫描示出绘图、条形图或任何适当形式的显示格式，高亮所选择的子带。在一些实施方式中，为了表征噪声的目的，子带选择过程能够涉及其他统计值，如将在下文中立即描述的。

图6b示出了显示包括条形图显示的显示器36的屏幕截图的一个实施方式，其示出每个子带的平均噪声，其中子带SB-10被例如使用影线和/或颜色或以一些其他适当的方式高亮，以表明SB-10已经被自动选择。在另一个实施方式中，定位器能够结合其他统计值基于每个子带的平均噪声做出自动推荐。能够利用任何适当的统计值，包括例如标准偏差、最小噪声和峰值噪声。在又一个实施方式中，能够推荐多于一个子带，在这种情况下，用户能够在推荐的子带之间选择。推荐的多个子带能够基于子带之间有限量的统计变化。例如，能够基于两个子带之间相对有限的差异来推荐子带9和10，如图6b所示。作为另一个实例，能够例如基于第一子带的平均噪声低于第二子带的平均噪声，而第一子带的峰值噪声高于第二子带的峰值噪声来推荐多个子带。在多于一个子带被推荐的实施方式中，系统能够配置成使得用户能够选择这种多个推荐的子带之一用于传送。在另一个实施方式中，用户能够选择多个推荐的子带用于传送。在又一个实施方式中，这种多个推荐的子带的一个或多个能够被自动地选择用于传送。因为存在于图6a中的信息是基于使用5Hz增量的高分辨率噪声扫描的，因此能够从数据中提取显著的噪声信息量。例如，能够确定在每个子带之内的噪声值的标准偏差。图6b中的各种条的高度能够通过基于一个或多个其他统计加上或减去某个值来加权。例如，如果给定子带的标准偏差高，意味着噪声值相对更广泛地扩展，则相关条的高度能够被保持或甚至增加一些量。另一方面，如果给定子带的标准偏差低，意味着在子带之内的噪声值是相对一致的，则图6b中相关条的高度能够被降低。类似地，能够基于峰值噪声对条形图中的条的高度进行加权，使得具有高峰值噪声的子带能够在高度上增加一些量。在任何情况下，能够基于相应统计值的阈值来执行加权。能够基于单独的统计值或统计值的组合来应用加权。自动选择的子带能够通过操作者触摸自动选择按钮780或通过触摸他或她希望选择的任何子带来接受。操作者能够例如基于哪个指定的发射器当前可用于执行地下操作而超驰(“override”)自动选择。作为向操作者呈现信息的另一个基础，能够呈现其他统计值。例如，超条781(其数量被单独指定)示出每个子带的峰值噪声。操作者可以选择避免显示特别高的峰值噪声水平的子带，即使该子带的平均噪声相对低。为了超驰自动选择的目的，操作者能够触摸手动选择按钮782，并且接着触摸他或她希望选择的子带。在另一个实施方式中，在定位器上的显示器36能够显示绘图、条形图或从图6a中所示的频谱扫描导出的任何适当的形式的显示格式，使得操作者于是被允许手动选择子带之一，例如，通过触摸在显示屏上的选择的子带。在又一个实施方式中，定位器20能够允许操作者初始地输入与发射器相关的信息，这些发射机可用于以这样的方式来自动选择由这些发射机之一覆盖的子带并排除不可用的子带，该方式与美国专利号8,729,901的教导一致，该专利与本申请共同拥有并通过引用全部内容并入本文。图6b使用虚线示出了基于不可用的发射器的不可用的子带。相反，实线表明可用的子带。在本实例中，SB-1和SB-5至SB-7是不可用的。在一个实施方式中，能够基于规定的约束排除子带。以这种方式，不允许便携式装置本身和操作者进做出会违反特定管辖范围中的规定的频率选择。这种频率限制可以由制造者在区域的基础上预先确定。在一个实施方式中，便携式装置20或系统的一些其他部件诸如，例如钻机80能够配备有GPS接收器，其能够建立地下操作的位置并且接着查找本地频率要求。

仍然参照图6b，所示的显示屏幕能够保持“活动”，至少直到频率选择过程完成。即，能够实时地监控和显示每个子带的平均噪声，或者单独地或者通过其他统计参数加权，以用于操作者监控的目的。以这种方式，操作者能够在观察各种子带中的平均噪声的同时将定位器移来移去。例如，操作者能够在开始钻探之前行走计划的孔路径并且监控沿孔路径的噪声。以这种方式，能够避免在沿着孔路径的一个或多个点处特别嘈杂的子带。如果操作者这样选择，他或她可以将定位器移动到例如沿着孔路径的不同点，并通过选择重新扫描按钮784来启动对跨越整个带宽的噪声的重新扫描。如上文所讨论的，能够基于使用一个或多个天线的接收来表征噪声环境。操作者能够使用按钮786改变接收的模式。例如，在一种接收模式中，能够基于沿着单个轴线诸如，例如X轴的接收来呈现图6b的条状图。在另一接收模式中，能够基于从三个正交接收轴线产生的矢量和来呈现条状图。一旦操作者改变接收模式，则重新扫描按钮784能够启动新的噪声扫描并且基于选择的接收模式呈现噪声值。操作者能够在各种噪声扫描模式之间随意切换。在一个实施方式中，形成图6b的显示器的基础的噪声扫描能够是高分辨率扫描。结合执行噪声扫描，能够基于需要的符号频率的数目自动地选择许多优化的低噪声频率。例如，能够对每个子带选择十六个符号频率和深度频率。在一个实施方式中，在图6b的屏幕上呈现活动噪声期间，每个子带的噪声能够呈现为在每个子带之内的每个选择的频率处测量的平均噪声值。注意的是重新扫描按钮784的选择引起在每个子带之内的频率的新的或更新的选择。定位器20可以配置成例如在图9的存储器714中存储与不同的测量位置相关的多组频率选择。因此，针对每个测量位置优化频率选择，使得能够在操作期间的不同时间处使用不同的选择。术语“优化”旨在意味着基于一个或多个统计参数诸如，例如平均噪声、标准偏差和峰值噪声以避免干扰的意图来选择所选择的频率。能够例如在地面上方使用图3的外部通信连接174将频率选择组传送到发射器。在地下操作期间，能够以任何适当的方式命令地下发射器切换到不同的一组频率选择。例如，能够基于钻柱的预定滚动序列或通过从地面上方传送电磁信号以由发射器130接收来命令切换，在这种情况下，发射器130配置成收发器。一些实施方式能够使用钻柱作为电导体或者能够包括公知的金属线管布置，使得数据能够在地下发射器/收发器和钻机之间发射。例如，钻机能够经由钻柱发送命令以引起深度频率改变。

现在注意力指向图10a，其是来自图6a的子带6的展开图，概括地以附图标记800指示。为了本讨论的目的，将假设SB-6是可用的并且已经由操作者选择用于在地下操作期间使用。已经选择子带后，能够建立用于深度信号120和数据信号122的频率。在一个实施方式中，频率能够例如由制造者或者基于之前的噪声扫描预先确定，如上所述。在另一个实施方式中，显示器36能够用于以任何适当的形式向定位器的操作者表示图10a的频谱绘图，使得操作者可以做出频率选择。图10b示出了屏幕截图的一个实施方式，其示出了示出SB-6的显示器36。应当理解，定位器能够在显示器36上提供使用放大按钮802和缩小按钮804的缩放功能，使得操作者能够扩大频谱显示的水平范围以提供详细的频率选择。通常，操作者能够选择对应于所显示的频谱上的低噪声点对应的频率。选择能够被四舍五入以反映要使用的发射器的频率分辨率。如上文所讨论的，作为非限制性实例，根据本公开的发射器的实施方式能够具有5Hz的频率分辨率。在图10a上识别出二十一个低噪声点，指示为上升(a)-(u)。在使用一个深度频率用于深度信号120和16个符号频率的实施方式中，能够利用这21个频率中的17个。如上所述，深度频率能够与符号频率掺杂的位于在子带之内的任何位置，在子带的任何端部或者甚至在不同子带中。作为一个实例，深度频率能够被选择为所识别的频率中的最低噪声点，其在本实例中是频率(j)。在又一个实施方式中，例如响应于操作者在显示器36上选择“自动挑选”按钮806，能够由定位器20自动地挑选或重新挑选频率。在一个实施方式中，处理器710能够检查图6a的频谱以识别最低噪声点，直到适当数目的符号频率是可用的。在其他的实施方式中，处理器能够基于任何适当的方法执行该选择过程。例如，能够结合保持相邻频率之间的最小间距来选择最低噪声频率。

仍然参照图10b，能够例如通过触摸添加频率按钮808并且接着触摸频谱绘图来添加频率。能够通过例如触摸删除频率按钮810，并且接着触摸要删除的频率来删除频率。能够例如通过触摸移动频率按钮812，并且接着触摸和拖动要移动的频率来移动频率。能够通过触摸改变子带按钮814来改变所选择的子带。如将立即在下文中进一步描述的，频率选择不限于低噪声点的识别，而是还能够考虑频谱扫描的高噪声点或区域。

图11是图10a的从24KHz到25KHz的频谱区域的进一步展开图，概括地由附图标记820指示，并且在这里为了描述关于频率选择的进一步细节的目的而示出。除了识别低噪声点之外，如关于图10a所描述的，处理器710能够应用能够被称为“阻进区域(“keep-outregion”)”的部分。后者将排除在以低噪声频率为中心的所选频率窗822内具有噪声峰值的任何识别的低噪声频率。基于例如超过阈值824的幅度来识别噪声，该阈值基于子带的平均噪声值和/或与附近的低噪声点相关的噪声值。在一个实施方式中，频率窗能够为近似60Hz(+/-30Hz)的宽度，并且阈值能够是超过相关的低噪声点10dB或更多。基于这种频率窗的使用，频率(b)和(e)由于分别接近峰值826和830能够被排除。在需要更多频率的情况下是，为了识别新的一组频率候选的目的，处理器710能够重新检查图11的频谱。

图12是示出了根据本公开的用于定位器20在执行频谱扫描和频率分配中的操作的方法的实施方式的流程图，其概括地由附图标记900指示。该方法开始于904，并且进行到908，其执行例如对于本实施方式的从0Hz到45KHz整个频谱的扫描，尽管任何适当的范围能够用于该扫描。该扫描能够是高分辨率扫描，例如，如上所述的利用5Hz的分辨率。在另一个实施方式中，能够利用初始的、较低分辨率的扫描，使得分辨率刚好足够为每个子带建立平均噪声值。如果子带选择过程依赖于较低分辨率的频谱扫描，则随后能够执行高分辨率频谱扫描作为频率选择过程的一部分，如下所述。当宽带发射器将用于地下操作时，能够采用单个高分辨率扫描用于频率选择目的。在910，确定每个子带的平均噪声值。在914，能够基于平均噪声值推荐子带。通常，能够推荐具有最低平均噪声值的子带，尽管其他实施方式能够利用不同的推荐协议。例如，能够推荐具有最低噪声峰值的子带。作为另一个实例，如上所述，能够推荐多于一个的子带。在918，能够在显示器36上请求用户输入，其中用户能够接受推荐的子频带或选择不同的子频带。例如，用户可以基于对可用于执行地下操作的发射器的认识来选择不同的子带。如上文所讨论的，该信息能够用作初始输入，使得方法900排除没有被当前可用的一个或多个发射器覆盖的子带。一旦已经选择了子带，则该方法进行到920，其确定子带频率。在一个实施方式中，子带频率能够被预先确定并且存储在定位器的存储器714中或发射器的存储器218中。在另一个实施方式中，如上文所讨论的，能够通过在显示器36上呈现子带而由操作者立即(“on-the-fly”)确定子带频率。在另一个实施方式中，能够根据与图10和11有关的讨论在应用或不应用如通过步骤924应用的阻进窗(“keep-out window”)时自动地确定子带频率。在使用宽带发射器来执行地下操作的情况下，不需要步骤910和914，因为整个传送带宽都能够用于频率选择，而不需要将频率限制于任何特定的一个或多个子带，并且步骤920能够跨越整个传送带宽分配频率。因此，能够跨越整个可用带宽自动选择传送频率和/或基于高分辨率噪声扫描由用户定制传送频率，而不需要基于子带的频率分配限制。应当理解的是宽带发射器的实施方式能够配置成例如基于操作者优选项、以与子带限制发射器相同的方式使用子带来操作，其中在子带限制发射器中频率分配能够被限制在一个或多个子带，尽管这不是需要的。在928，确定是否已经识别了足够数目的频率。如果没有，则操作返回920以识别附加的频率。如果已经识别出足够数目的频率，则操作进行到930，其推荐用于深度信号120和数据信号122的频率。该后一步骤在完全自动的实施方式中可以是可选的。在934，能够在显示器36上呈现信息，以收集用户输入，例如批准频率选择或改变频率选择。例如，用户可能更喜欢将深度频率移动到子带之内的不同位置或者移动到完全不同的子带。当然，在宽带发射器实施方式中，关于将频率选择限制到特定频带和/或子带，不需要施加限制。在938，能够使用定位器的外部通信装置722和发射器的外部通信链路174(图3)将频率选择传递到发射器130。接着能够在940处进入正常操作。

在方法900的一个实施方式中，所选择的频率数目能够基于噪声环境。例如，无论是否子带限制，如果噪声扫描示出了低噪声环境，则能够选择相对更多的频率。在这种情况下，代替16个符号频率，能够使用32个或更多的符号频率。如果噪声扫描示出了高噪声环境，则能够使用相对更少的符号频率，诸如，例如代替使用16个频率，使用4个或8个符号频率。通常，使用相对更少的频率能够帮助避免在高干扰环境中的可变噪声源。另一方面，使用更高数量的符号频率能够增加数据吞吐量。

图13是示出用于在地下操作期间操作在正常模式的定位器20的方法的一个实施方式的流程图，概括地由附图标记1000指示。该方法在1004处开始，并且同时沿着深度确定分支1010和数据恢复分支1012进行。深度分支1012在1020处接收深度信号120并且接着在1024处确定该发射器的深度。因为深度信号在专用频率上发射，所以贯穿地下操作，可在基本上连续的基础上接收深度信号。因此，贯穿定位器的正常操作模式，步骤1020和1024以循环方式重复。如上所述，步骤1024能够基于偶极方程利用深度信号来确定发射器的深度。在一个实施方式中，深度确定的一部分能够包括对定位器在地表上方的距离的补偿。数据恢复分支1012在1030处开始，其接收能够由多比特符号组成的符号流形式的数据信号122。在1034处，能够例如在存储器714(图9)中临时存储符号流以用于解码。在1038处，处理器710解码符号流。就这点而言，符号之一能够用作能够识别分组结构的开始的同步符号。在使用4比特符号(即，16个符号频率)的实施方式中，能够添加第十七个符号频率以用于表示符号流中的同步符号的目的。作为非限制性实例，一个适当的分组结构能够由一系列4比特变量表示为S、PI、R1、P2、R2、BT1、BT2、R3，其中S具有对应于同步符号的固定值，PI是表示倾斜值的前四比特(0-3)的变量，R1是表征滚动取向的第一滚动变量，P2是倾斜值的4-7比特，BT1是电池和温度数据的前四比特(0-3)，BT2是电池和温度数据的4-7比特，R3是第三滚动变量。就这点而言，应当理解的是基于对应于由另一个符号分离的符号流中的两个符号的两个不同的变量来积累倾斜值。就是说，P2的四比特能够被附加到PI的四比特以表示完整的倾斜值。如果期望，还能够基于另一个倾斜变量附加另外的比特。类似地，能够基于两个连续变量BT1和BT2组合8比特电池和温度数据。在1040处，能够基于解码的符号流来重新组合数据流，以重建作为发射器130中的符号流的基础的初始数据。在1044处，处理器710从数据流中恢复参数。这些参数能够表示取向参数，诸如倾斜和滚动、温度、压力、电池电压和电流，以及任何其他感兴趣的数据。在1048处，处理器710以任何适当的方式响应于恢复的参数，诸如，例如通过驱动显示器36以指示倾斜和滚动、电池状态、温度和压力和/或作为其他过程的输入，其他过程诸如，例如，当违反与温度和压力相关的阈值时提供警告。操作接着返回步骤1030。

仍然考虑发射器130在正常模式下的操作，应当理解的是传送功率能够在所发射的各种频率之间不均匀地分配，诸如，例如表3所示的那些。在一个实施方式中，每个频率都能够被分配相等量的传送功率。在另一个实施方式中，能够在频率之中非均匀地分配传送功率。例如，能够向一个或多个频率分配比另一组频率更高的传送功率。在又一个实施方式中，每个频率能够被分配不同的传送功率。能够以任何适当的方式执行这种功率分配。例如，在一个实施方式中，图1和图9的便携式装置20能够配置成在正常操作期间每个频率被接收时，监控与每个频率相关的平均信号强度。接着能够基于运行的平均信号强度立即在频率之中重新分配传送功率。例如，给定频率的信号强度的突然增加通常将归因于干扰，使得能够将附加功率分配给该频率。在一些实施方式中，能够向低噪声频率分配相对较低的传送功率，而可以向较高噪声频率分配相对较高的传送功率。重新分配的传送功率值能够以任何适当的方式传递到发射器130。例如，便携式装置20能够经由遥测信号44向钻机80发射重新分配的功率方案。钻机能够接着通过使用钻柱作为电导体经由钻柱将新的功率方案传递到发射器130。在另一个实施方式中，便携式装置20能够配置有诸如偶极天线的附加天线712(图1)，用于发射信号以由发射器130直接接收。该信号的调制能够由发射器130解码以恢复新的功率方案。

再次参照图10b，在进入正常操作之前，还能够在频率选择过程或模式期间执行所选频率之中的功率分配。例如，能够基于与每个选择的频率相关的噪声值分配功率，如图10和10a所示。尽管为了说明性目的，图10和10a中识别的低噪声频率看起来呈现出相对相等的噪声值，但是不一定是这种情况。如果在所识别的最低噪声频率的噪声值之中存在显着的值变化，则能够以较高的比例向呈现相对较高噪声值的那些频率分配传送功率。相反，分配给非常低的噪声频率的传送功率能够相对低，以允许对一个或多个其他频率的附加功率分配。还能够以与如上所述的阻进窗的应用一致的方式来分配传送功率。例如，如果选择特定频率使得电力线谐波或其他噪声异常地落入针对该特定频率的阻进窗之内，则能够将附加功率分配给该特定频率。应当理解的是在使用能够在频率之间变化的分配的传送功率的任何实施方式中，这种分配能够基于总功率消耗来执行，特别是当发射器130是电池供电时。以这种方式，能够减少总功率消耗，或者能够保持目标的总功率消耗。

现在转到图14，在另一个实施方式中，系统10能够配置用于基于数据信号122的深度确定，使得深度信号的传传送不是必需的。注意的是图9的接收器20能够配置成包括下文描述的任何所描述的检测器。图14是深度检测器的一个实施方式的框图，概括地由附图标记1100指示，其形成定位器20的一部分。在该实施方式中，示出了一系列n个带通滤波器BPa-BPn，每个带通滤波器都足够宽以允许每个频率的符号经过其中。在一个实施方式中，为每个符号频率a-n提供带通滤波器。滤波器输出被提供给振幅检测器1108a-1108n中的相应一个，振幅检测器1108a-l108n中的每一个将输出提供给峰值振幅路由器1110，峰值振幅路由器1110监控振幅检测器的输出以确定哪个振幅检测器正在提供最高输出值。在操作期间，峰值振幅路由器1110将检测出的最高振幅输出到低通滤波器1120。为了深度计算的目的，低通滤波器的输出1122与发射器的深度成比例。

参照图15，深度检测器的另一个实施方式概括地由附图标记1100'指示。在该实施方式中，n个乘法器M₁-M_n将每个频率或频调乘以从一个频率到下一个频率偏移恒定的量的不同频率。针对每个频率或频调得到的信号由两个频率的和以及等于偏移的两个频率的差组成。对于每个具有正确乘法器频率的n个乘法器，输出能够由加法器1140相加，从而得到在偏移频率处的相位连续信号1144。相位连续信号被提供给窄带通滤波器1148。带通滤波器1148的输出1150于是与发射器的深度成比例。

参照图16，深度检测器的又一个实施方式概括地由附图标记1160指示。在该实施方式中，输入1162接收经受诸如，例如里德索罗门(RS)码的纠错码的输入符号流122。后者能够经由处理器200由图3的EC(纠错)编码器1164应用。图17示出了作为符号流的一部分的里德索罗门码字，该符号流包括从附加有RS纠正或奇偶校验数据块1168的同步符号开始的数据符号块1166。注意的是，数据符号和里德索罗门符号能够以各种不同的方式发射。例如，RS符号能够作为块附加，如示出的。在另一个实施方式中，RS符号能够散布在数据符号之中。输入符号流由解调器1170接收，解调器1170恢复经受可能的传送错误的数据流。注意的是，基于公知的参数，RS码能够纠正每RS码字达到某个数量的符号。在本实施方式中，能够纠正达到两个符号。恢复的符号流被传递到累加器1172，为了将RS码字识别为数据流的一部分的目的，累加器1172能够缓冲恢复的数据。作为数据的一部分，接收的振幅能够与每个数据符号相关。能够例如基于同步符号的存在来识别码字的开始。一旦码字是可用的，则码字能够被传递到纠错(EC)解码器1174。EC解码器接着解码该码字并执行达到码的纠正能力的限制的纠正。在该过程期间每个纠正的符号都被这样识别。在1176处，振幅估计器将正确的振幅与由RS码纠正的符号相关联。就这点而言，应当理解的是由解调器1170不正确识别的符号就符号频率而言被错误地相关。估计器1176纠正该错误关联。纠正的符号频率振幅被传递到低通滤波器1120。为了深度计算的目的，低通滤波器的输出1122与发射器的深度成比例。在一个实施方式中，深度确定能够基于来自一个或多个符号频率的许多振幅值。

现在将注意力指向图17，图17是示出用于基于符号频率确定深度而不需要发射深度信号的方法的一个实施方式的流程图，该方法概括地由附图标记1180指示。该方法在1182处开始，并进行到1184，其根据本公开的实施方式编码和发射来自发射器的经受诸如例如里德索罗门码的纠错码的符号流122。在1186处，符号流由接收器20接收(图9)。在1188处，缓冲所接收的符号流，并恢复当前RS码字。在1190处，码字被解码。在1192处，如果由于错误的符号的数量超过了码的纠正能力而确定当前码字不可解，则操作被路由到1186以接收下一个码字，使得当前码字至少就对深度确定而言被忽略。另一方面，如果码字是可解的，则操作被路由到1194。在1194处，如果没有符号被纠正，则操作进行到1196，其利用图14的深度检测器1100来确定发射器的深度。操作接着返回到1186以接收下一个符号。如果一个或多个符号被纠正，则步骤1194将操作路由到1198，其利用基于图16的深度检测器1160的纠错来确定发射器的深度。

参照图18，为了示出天线的结构的细节的目的，以进一步放大的图解视图示出了图1的天线26的实施方式。天线26包括第一和第二铁氧体棒状天线1200a和1200b，每个支撑表示图9的天线Y和Z的相应天线线圈1204a和1204b。铁氧体棒状天线能够被支撑在印刷电路板(PCB)1210的相对的主表面上。印刷电路板限定用作图9中的天线X的天线线圈1214(部分示出)。如图9所示，PCB至少大体上沿着定位器的轴线竖直取向。然而，注意的是天线可在定位器20内以任何适当的方式取向，而不限于所示的取向

鉴于上文，可以认为本公开的系统、相关的设备和方法消除了现有技术关于现有技术的试图命中或未命中识别“魔法”频率的命题的限制。相比之下，使用向每个符号分配不同频率的多比特符号流结构能够用来提高数据吞吐量速率和/或限制发射的频谱内容以提供增强的抗扰度。进一步地，本公开提供频率定制，其肯定地避免了在给定区域中的噪声干扰。该频率定制甚至能够在相同区域的不同时间是不同的。进一步地，本公开内容公开了关于避免电力线谐波频率的能力，其至少在关于为了公共设施安装的目的的水平定向钻探上被认为以前是未知的。特别地，在本公开的上下文中发射的符号频率以在相邻的电力线谐波处基本上不放置频谱内容的方式被调制。相比之下，现有技术经常利用与许多电力线谐波重叠的频谱调制包络，从而将信号内容放置于电力线谐波之上。在接收器侧，重叠的电力线谐波接着必需连同调制信号被挑选。相比之下，本公开基于已经公开的抑制相邻电力线谐波的传送技术来利用符号频率接收。这些能力至少以如下方式传送多比特符号流而出现，即以提供符号频率的精确定位的同时以在此以前未见的方式相对于电力线谐波限制和定位与符号流的每个符号相关的频谱带宽。

在另一个实施方式中，系统10能够利用可以被称为“无声的同步”或“空同步”。在该实施方式中，代替发射同步符号，符号间隔留空白、空或无声。该符号间隔在下文中可以称为空符号。图19示出了符号通道PWM发生器352(图4)的另一个实例输出390'，其中指示为符号392b-392f的符号流由空符号1300领先，空符号1300具有与符号流之一相同的持续时间，尽管能够使用任何适当的持续时间。应当理解的无声同步可以与包括但不限于二进制相移键控(BPSK)、差分二进制相移键控(DBPSK)、曼彻斯特编码、正交相移键控(QPSK)、M(ary)PSK等等的调制形式一起使用。

图20示出了概括地由附图标记1240指示的发射数据流的实施方式，示出了关于无声同步的进一步细节。为了本实例的目的，假设使用诸如BPSK的调制形式，尽管本描述关于调制类型享有广泛的适用性。帧间隔F包括能够对应于数据分组或帧的总持续时间。帧间隔F由同步部分S和数据部分D组成，包括能够基于一个或多个载波频率调制的信息。同步部分S能够由空符号,NS或空位和参考比特RB组成。在BPSK的实例中，能够利用单个载波频率。

参照图21，对应于图20的发射数据流的接收信号的一部分概括地由附图标记1300指示。经受噪声的接收信号以0伏特为中心，并在水平轴线上针对时间绘图。同步部分S连同数据部分D的一部分示出。图22示出了波形1320，其是图21的波形的平方值。

尽管不需要平方，但是基于波形的平方，看到空符号NS在图22中比存在于波形的参考位RB和数据部分D中的峰值振幅呈现出显著地更低的幅度，使得符号能够例如通过将接收信号存储在缓冲器中而容易地被识别。注意的是，该技术甚至在具有相对高的干扰水平的环境和/或在显着地减少了信噪比的钻孔工具的深度处也能够是有效的。在高噪声环境中，能够应用总体均值，其中多个数据帧能够存储在缓冲存储器中，并且接着为了恢复同步的目的而相加。总体均值在例如美国专利申请序列号14/208,470中详细描述，其与本申请共同拥有并通过援引并入本文。

注意力现在指向图23，其示出了使用无声同步来操作本申请的系统的方法的实施方式，概括地由附图标记1400指示。该方法在1402开始，并进行到1404，其发射包括空同步部分或符号的数据流。在1406处数据流被接收。在1408处，数据流能够被求平方。应当理解，对于相对低噪声的环境，对数据流进行求平方可能不是必需的。在1408处，在识别空同步符号的前提下解码数据流。在1410处，做出解码该平方数据流的尝试，包括空同步符号的识别。在1412处，如果解码成功，则操作进行到1414，使得使用恢复的数据。另一方面，如果解码尝试不成功，则操作能够进行到1416，使得应用总体均值。在1418处，基于总体均值来恢复数据。接着在1414处使用恢复的数据。

公知的是，当在地下时用于电子地测量钻孔工具的深度的系统的准确性能够由于趋肤效应被损害，趋肤效应由地球的导电性造成。没有补偿，能够引入能够引起钻孔工具看起来在小于其实际深度的深度的误差。补偿限于影响钻孔工具的深度读数的趋肤效应误差的技术在美国专利号6,285,190(下文称为'190专利)中详细描述，其与本申请共同拥有并且通过援引并入本文。申请人在本文进一步意识到，下文称为“表面效应”的在地表处的类似现象能够当系统在地面上方操作时损害这种系统的准确性，例如与客户演示或系统测试相关。即，当钻孔工具和便携式装置在地表处以已知距离分离时，由便携式装置确定的两者之间的基于信号强度的距离在缺少表面效应补偿时能够从已知的距离显著地变化。虽然人们可以假设该解决方案是在地表处的趋肤效应执行校准以补偿表面效应，'190专利意识到在实际钻探操作期间在地表的趋肤效应校准是有问题的，因为与响应地面下方的趋肤效应校准过程而看到的深度误差相比，能够遇到显着的深度误差。基于上文呈现的未解决的困难，申请人公开了多模式装置,其在地面上方模式中操作时为与表面效应有关的地面上方的读数提供增强的基于信号强度的准确性和在地面下方的模式操作时不应用与上述地面模式相同的表面效应补偿，使得地面下方的性能没有关于深度读数准确性而折衷。因此，在上述地面上方模式中的表面效应补偿不同于在地面下方模式中应用的补偿(如果有的话)。在一些实施方式中，地面下方模式能够应用趋肤效应补偿。在其他的实施方式中，地面下面模式能够在没有趋肤效应补偿时操作。

参照图24，绘图概括地由附图标记1500指示，并且示出了在竖直轴线绘出的表面效应误差对在X轴上的便携式装置与钻孔工具或其他的发射器的水平距离，其中便携式装置诸如例如图1的便携式装置20，钻孔工具或其他的发射器发射电磁信号诸如例如图2的深度信号120或调制信号，其中能够基于信号强度确定深度。表面效应误差1504能够表征为：

SEE＝kx³ (公式2)

其中x是钻孔工具和便携式装置之间的间距或距离，SEE是表面效应误差，而k是用于特定测量位置的常数。常数k能够由于该区域中的主动和/或被动干扰、土壤条件和其他因素而随位置变化。注意的是，SEE能够以任何适当的函数表示，并且不限于三次函数。基于公式(2)的校准过程能够通过将便携式装置放置在距离地表的钻孔工具已知或测量的距离d_m处来执行。申请人已经识别出用于执行校准过程的适当的d_m值能够是50英尺；然而，能够用其他d_m值执行校准，只要(1)d_m的值不小到使得在特定测量位置处测量的SEE不可感知，以及(2)d_m的值不大到它超过了测量装置的范围。当该物理装置到位时，便携式装置基于深度信号120的信号强度确定到钻孔工具的距离d_ss。用于测量距离d_m的表面效应误差值在图24中示出为与d_m处的X轴的偏移，并且能够基于以下公式确定：

SEE＝d_m-d_ss (公式3)

应当理解的是SEE的值通常将大于零，因为表面效应典型地引起d_ss小于d_m。现在能够使用从公式3确定的SEE的值和测量值d_m来求解公式2的常数k的值。随后，无论何时基于信号强度确定钻孔工具和便携式装置之间的地面上方范围(AGR)时，能够使用所确定的k值基于公式(2)应用对表面效果的补偿。特别地，能够基于以下公式确定针对任何测量的信号强度值d_ss的补偿地面上方范围AGR_COMP的值：

基于上文，便携式装置20能够在地面上方范围测试(AGRT)模式下操作，该模式将表面效应补偿应用于由便携式装置确定的任何基于信号强度的距离或范围。当钻孔工具在地面下方时，便携式装置20能够操作在正常模式，该正常模式能够被配置成基于信号强度而不应用表面效应补偿来确定钻孔工具的深度，或通过应用不同于表面效应补偿被应用的方式的趋肤效应补偿，使得能够以更高的准确度建立钻孔工具的深度。注意的是，如果使用表面效应补偿参数和趋肤效应补偿参数，则可以将它们存储在便携式装置的存储器714中，如图9所示。

图25是操作在AGRT模式下并且概括地由附图标记1600指示的便携式装置20的显示器36(图1)的外观的实施方式的图解说明。钻孔工具90被指示成与便携式装置20成侧向间隔开的关系，其在1610处指示表面效应补偿偏移值为10英尺。应当理解，图26的屏幕截图中所示的图形清楚地向用户指示到定位器的、与定位器之下的深度相反的一侧的距离。能够例如基于在校准屏幕上可用的AGRT模式的操作者选择来进入AGRT模式。否则，便携式装置操作在正常模式下。

图26是操作在正常模式下并且概括地由附图标记1630指示的便携式装置20的显示器36(图1)的外观的实施方式的图解说明。在俯视图(左上)和正视图(右上)两者中都看到便携式装置。关于前向定位点1634示出了钻孔工具90和便携式装置。对于关于前向定位点的附加信息参见例如美国专利号6,496,008，其与本申请共同拥有并通过援引并入本文。从钻孔工具到正好在前向定位点下方的位置的侧向距离1638被示出为6英尺，0英寸。一旦达到前向定位点，在钻孔工具处的钻孔工具的预测深度1640被示出为8英尺，7英寸，并且便携式装置在地面上方的高度1644的被示出为2英尺，0英寸。

图27是示出了用于在包括AGRT模式和正常模式的双模式配置中操作便携式装置20的的方法的实施方式的流程图，该方法概括地由附图标记1700指示。该方法在1704处开始并且进行到1708，此处监控操作者对AGRT模式执行校准的选择。如果没有选择AGRT校准,则操作在1710处进行到正常操作。另一方面，如果选择了AGRT校准，则操作移动到1712，其启动校准过程，例如，如上面与图25有关的描述。在1714处，做出关于AGRT校准是否成功的确定。关于AGRT校准是否成功的确定能够基于各种因素。例如，对于常数k的确定值能够与可接受的范围相比较。作为另一个实例，能够在便携式装置和钻孔工具之间的不同距离处确定k的值，并且接着比较。从确定k的值的视角，基于公式(20)，人们将预期表面效应误差的幅度随着便携式装置和钻孔工具之间的范围的增加而增加。如果校准不成功，则重新进入步骤1712。如果校准是成功的，则操作进行到1718，此处监控操作者选择AGRT模式。如果操作者没有选择AGRT模式，则在1710处进入正常操作。如果操作者确实选择AGRT模式，则步骤1724允许操作者返回到1712以进行另一个AGRT校准。如果没有选择附加校准，则在1728处进入AGRT模式。步骤1730例如基于致动触发器48(图1)来测试操作者是否希望退出AGRT模式。如果操作者选择退出，则进入正常操作1710。否则，操作保持在AGRT模式。应当理解的是正常模式1710允许操作者选择校准，其能够引起操作返回1724。

注意力现在指向图28，其是接收器部分的实施方式的框图，概括地由附图标记2000指示，为了接收和处理数据信号122的目的，接收器部分能够作为图9的装置20的一部分实现。接收器部分2000包括用于接收在片2004中的数据信号的切片器，使得多于一个片与形成数据信号122的符号流中的一个符号的周期相关。每个时间片都可以被称为频谱图时间片(STS)。在本实施方式中，对于每个符号周期接收五个时间片，尽管可以接收任何适当数目的片。因此，每个符号都能够被认为是过采样的。每个STS表征在使用中的所有符号频率处的信号强度，即使在任何给定时间只有一个符号频率是活动的(例如，参见图4的发射器输出390)。取决于当前噪声环境，活动的符号频率的振幅通常比剩余频率显著地更高。在本实例中，利用了16个符号频率2008，尽管本描述可应用于任何数目的符号频率。在2010处，对于当前片，确定使用中的符号频率的组合的平均信号水平，使得在每个符号频率处的测量信号电平有助于所确定的平均信号水平。平均信号水平在2012处输出。低通滤波器2014对平均信号水平应用滤波。能够利用任何适当形式的低通滤波器，诸如,例如低通巴特沃斯滤波器。低通滤波器被配置有与符号的时间周期相比长的时间常数，使得被表示为每个时间片的平均信号水平的一部分的瞬时噪声事件或脉冲的贡献被有效地中和。以这种方式，滤波器的输出2018基于来自针对每个片的不活动的符号频率的信号强度的贡献与来自活动的符号频率的贡献的结合来跟踪或跟随环境噪声水平。阈值偏移部分2020指定要添加到平均信号水平的增量值。所添加的值例如能够对应于平均信号水平的某个百分比诸如，例如固定量。形成阈值检测器2024的一部分的加法器2022将该值添加到低通滤波器的输出2018以在2028处输出阈值。平均信号水平2012也由比较器2030接收，比较器2030形成阈值检测器2024的另一部分。比较器比较阈值2028与平均值2012，并且响应于该比较驱动时间片开关2040。频谱图缓冲器2044配置成选择地从时间片开关接收时间片。频谱图缓冲器能够包括提供用于存储与完整的分组相关的所有时间片STS₁到STS_n的长度。作为非限制性实例，如果分组包括20个符号位置，其中一些符号位置能够与纠错有关，并且每个符号周期被切片五次，则频谱图缓冲器配置成存储100个时间片使得n＝100。如果比较器2030确定针对当前时间片的当前平均值2012大于阈值2028，则将时间片开关2040设置为T(真)位置，使得当前时间片不被路由到在频谱图缓冲器2044中的STS位置之一中。如将看到的，在这种情况下，合适的指针STS位置用零填充。另一方面,如果比较器2030确定当前平均值2012不大于阈值2028，则将时间片开关2040设置为F(假)位置，使得当前时间片被路由到在频谱图缓冲器中的STS位置中合适的一个中。基于上文并且如插图绘图2050所示，应当理解，除了在噪声突发2054期间之外，平均信号水平2012通常将落到阈值2028下方。因此，在噪声突发2054期间出现的片被阻止对在频谱图缓冲器2044的长度之内的分组提供贡献。

现在注意力指向图29，其示出了用于将频谱图时间片加载到图28的频谱图缓冲器2044中的方法的实施方式，概括地由附图标记2100指示。该方法在2104处开始并进行到2108，在此处接收数据信号122。在2110处，频谱图缓冲器2044被清空。在2114处，频谱图缓冲器指针被重置以指示在缓冲器中的STS位置的第一个。在2118处，解调当前片以测量在片中的每个符号的频率处的信号水平。在本实例中，采用16个符号频率，使得确定16个信号水平。在2120处，基于测量信号水平确定平均信号水平。平均信号水平被传递到阈值设置步骤2124(参见图28中的项目2020)、低通滤波器2128(参见图28中的项目2014)和比较步骤2130(参见图28中的项目2024)。阈值设置2124将增量值添加到平均信号水平，如上所述，并将该值提供给加法器步骤2134(参见图28中的项目2022)。LP滤波器2128对平均信号水平应用低通滤波，如上所述，并且将滤波过的输出提供给加法器2134。后者将增量值添加到滤波过的输出，以向比较步骤2130提供阈值。比较步骤2130将阈值与当前片的当前平均值比较。如果当前平均值大于阈值，则操作被路由到2136，其将零加载到当前STS位置(由STS指针指向)。以这种方式，不允许瞬时噪声异常不合适地增加特定片的平均值，其能够导致解码错误的增加。另一方面，如果当前平均值小于阈值，则在2138处以在符号频率(在本实例中为16个测量水平)的测量水平加载当前STS位置。在2140处，测试STS指针值以确定频谱图缓冲器2044是否是满的。如果不是，则在2144处增加STS指针。如果频谱图缓冲器是满的，则操作进行到2148，其解码该分组。将在下文描述包解码过程的实施方式的细节。目前，注意的是，虽然频谱图缓冲器的长度与分组的长度匹配，但是在此时，为了解码目的，在频谱图缓冲器之内的分组的实际开始位置是未知的。在2148之后，操作返回到2114以重置STS指针以为下一个分组做准备。

图30图解地示出了根据图29的方法2100由加载缓冲器所产生的频谱图缓冲器2044的内容，以及与该内容有关的附加细节。在本实例中，利用包括20个符号的分组结构，其中每个符号由缓冲器中的5个频谱图时间片表示。如上所述，基本上以异步的方式接收分组。基于在该过程的传送和接收端两者上的时钟的足够稳定性来确保总的分组结构以及其每个符号的时间周期。数据典型地被加载或成流的进入频谱图缓冲器的长度，从在当前分组之内的某个任意符号的任意片开始并延伸入下一个分组的初始部分。给定符号的时间片能够在频谱图缓冲器之内是连贯的，或者能够在频谱图缓冲器的末尾环绕。因此，分组结构能够在频谱图缓冲器中某处的任意分组开始位置开始。在本实例中，指定为P1的第一分组的结束部分被加载到STS位置1-20中，并且指定为P2的第二分组的初始部分被加载到STS位置21-100中以填充频谱图缓冲器。分组开始位置2160在STS 21处。因此，P2包括符号S1-S16，并且P2包括符号S17-S20，其包括来自两个连贯的但不同的分组的数据。为了加快所描述的过程的同步，发射器130(图1)能够保持不动，使得分组内容从一个分组到下一个基本上是恒定的，并且频谱图缓冲器的内容基本上表示单个分组。为了本实例的目的，数据信号122用前向纠错码编码。虽然能够使用前向纠错码的任何适当的形式，但是本实施方式采用里德索罗门纠错码，使得纠错数据的至少一个块伴随测量的和其他感兴趣的数据。因此，作为图30中所示的分组结构的一部分的数据分组2304能够表示诸如倾斜和滚转的定向参数，以及指示发射器130(图1)的操作状态的参数诸如例如温度，压力和电池状态。数据分组被纠错数据的总块跟随，纠错数据总块由被附图标记2308指示的纠错数据的第一部分RS1和被附图标记2310指示的纠错数据的第二部分RS2组成，使得纠正数据的总块从频谱图缓冲器的末尾继续下去回到其开始。通过使用里德索罗门纠错码，能够取决于纠错数据块的大小针对每个分组纠正特定数量的错误。为了本实例的目的，纠错码能够对每个分组进行纠正两次，尽管能够利用任何适当的纠正功率。应当理解，所示出的分组结构不旨在是限制性的，并且能够利用任何适当的分组结构，同时保持在本文已经公开的教导的范围内。

现在结合图30将注意力指向图31。图31是示出能够被采用为图29的解码步骤2148的解码过程的实施方式的流程图，概括地由附图标记2400指示。该方法在2404处开始并且进行到2408，此处将STS指针设置成1。STS指针能够被增加或设置为指向图30中所示的任何STS索引值(1-100)。在2410处，在STS指针正指向STS片的假设下应用解码，该STS片表示总分组结构的第一符号之内的片。特别地，里德索罗门解码过程所利用的数据以在STS1处的数据开始，并且利用在频谱图缓冲器之内的每五个随后的片。即，对于初始解码，使用片1、6、11、16、21、26、31、36、41、46、51、56、61、66、71、76、81、86、91和96。以这种方式，来自总分组结构中的20个符号中的每一个的一个片有助于尝试正确地解码在下文中可以称为的片分组(“slice packet”)。片分组的每个片都从每个符号的相同片位置得到。在2414处，将用于解码尝试的里德索罗门纠错的数目与纠正码的最大纠正功率相比较，其在本实例中被假设为2。如果纠正的数目小于或等于2，则操作进行到2418，此处存储用于该片分组的解码数据。操作接着被路由到2420。另一方面，如果2414确定纠正的数目大于2，则操作直接路由到2420，此处确定STS指针是否被设置为频谱图缓冲器中的最后的STS索引值。如果不是，则步骤2424将STS指针增量1，并将操作返回到RS解码步骤2410。因此，通过循环回到步骤2410，从频谱图缓冲器中的每个STS索引位置开始做出RS解码尝试。每次实现成功解码时，步骤2418存储该解码数据。步骤2414存储与每个成功地解码的片分组关联地的纠正的数目，并且能够将不成功解码的片分组指定为不可解码。作为非限制性实例，表4指出针对片分组1-100的解码尝试的结果。对于片分组1-25实现了成功的解码，而发现所有剩余的片分组是不可解码的。

表4

开始片	纠错的数目
		1-20	所有不可解码的片分组
21	1
		22	0
23	0
		24	0
25	2
		26-100	所有不可解码的片分组

参照图30，应当理解，分组21-25对应于与分组的第一符号(S1)相关联的片组。在此基础上，分组的初始符号的中心已经被识别为对应于片23。虽然从符号S1的片21-25开始的所有五个片分组可以没有错误地被解码，但是应当理解是能够例如通过噪声引入错误。在这种情况下，在图29的方法2100期间，这些片分组中的一个的一个或多个片可能已经被加载零。

返回到图31的讨论，一旦步骤2420检测到最后的STS索引，操作进行到2428，其基于表1中的纠正错误的数目找到最佳STS索引或片分组。在本实例中，STS23被识别为对应于分组的开始符号的中心位置。在一个实施方式中，针对于与STS 23相关的片分组来解码的数据能够被认为是对于该分组的最好数据，因为片分组的每个片起源于每个符号的中心位置。关于该纠正过程，当使用该描述过程时解码错误数据(即，不正确地纠正数据)的可能性非常低。当然，不正确地解码或恢复数据的可能性与前向纠错码的纠正功率成比例地减小。很多时候，该过程成功地解码片分组，恢复正确的数据，或将片分组识别为不可解码的。不可解码片分组能够例如由噪声突发产生，使得片分组中显著数目的片被零加载。在2430处，该方法检查当前分组的行程长度是否超过行程长度阈值。后者能够被设置为每个符号的片的数目。在高信噪比条件(低环境噪声)下，成功的片分组解码的数目应当对应于但不超过每个符号的片的数目。在本实例中，如果针对分组成功地解码了多于五个的片分组，则存在片分组之一被不正确地解码的高可能性，因为该片分组固有地在分组的不是第一符号的符号中开始。如果行程长度超过行程长度阈值，则在2436处将分组识别为不可解码。如果行程长度没有超过行程长度阈值，则在2438处解码的数据被存储和/或传递以由其他过程使用。作为非限制性实例，数据能够包括倾斜、滚动、电池状态、温度和压力。在2440处，STS指针被设置为用于解码频谱图缓冲器2044的开始位置。在基于图30和表1的实例的一个实施方式中，开始位置能够是STS 21，分组的第一片。在另一个实施方式中，开始位置能够是STS 23，分组的第一符号的中心片。在又一个实施方式中，一旦频谱图缓冲器中的给定符号已经被识别为分组的第一符号，则随后的解码能够至少初始地被限于解码与给定符号相关的片分组的组。

参照图9和30，在一个实施方式中，接收器20能够被配置成接收数据信号122，数据信号由同相分量I和正交分量Q表征。在此基础上，频谱图缓冲器2044能够被配置成存储用于每个STS的符号频率的两组幅度。一组幅度表示同相分量而另一组幅度表示正交分量。换句话说，与每个时间片相关的幅度以复数格式存储。尽管不是必需的，但是申请人已经发现了一种为确定每个符号频率平均幅度的目的的有益的过程。第一，针对片中的每个符号频率的经受噪声的同相I分量与针对片中的每个符号频率的经受噪声的正交Q分量确定的平均分离地求平均。第二，将两个平均相加。第三，得到和的平方根。该过程能够由公式(5)表示，如下：

在该公式中，n是每个符号频率的采样的数目，i是索引值，I_i代表符号频率的同相幅度的集合，并且Q_i代表符号频率的正交幅度的集合。使用该技术，申请人认识到作为同相和正交分量一部分测量的噪声贡献往往相互抵消。相比而言，现有技术过程被表征为：

申请人认为因为I_i和Q_i值经受噪声，所以由公式(6)产生的平均值往往校正该噪声并且将该噪声不适当地添加到得到的平均值中。通过使用公式(5)，该确定的平均值更准确地跟踪接收符号的实际环境噪声和信号强度。

基于图28-31以及公式(5)，应当理解，申请人已经意识到并实现了编码/解码过程，其非寻常地鲁棒并且没有要求使用同步符号或多个同步符号或在分组本身之内的同步比特。通过消除对作为分组结构的一部分的同步符号或比特的需要，用于数据传送的可用带宽增加。该过程进一步显示抗扰度，其在水平定向钻探和相关的地下操作领域中被认为之前未见到的。

为了说明和描述的目的已经呈现了本发明的上文描述。其并不旨在穷举或将本发明限制为形成所公开的精确形式，而根据上述教导，其他修改和变型是可能的。因此，本领域技术人员将意识到上述实施方式的某些修改、置换、添加和子组合。

优选地包括本文描述的所有元件、部分描述和步骤。应当理解，对于本领域技术人员显而易见的是这些元件、部分和步骤中的任何一个可以被其它元件、部分和步骤替代或者完全删除。

概括地，本文公开了至少一种系统，其包括用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，其发射表征传感器符号的多比特符号流用于由地上便携式装置接收。便携式装置接收符号流用于地上恢复传感器信号。发射器能够精确地放置符号频率，以至少避免噪声环境，以及避免电力线谐波，并且能够利用用于发射符号的波形整形，以至少提供传送功率控制、频谱内容控制和宽带天线匹配。接收器能够测量噪声环境以识别发射器使用的符号频率。能够跨越宽的频率带宽以增量分辨率扫描噪声，用于显示或自动符号频率选择。

概念

本文公开了至少以下概念。

概念1。一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括从钻机延伸到支撑发射器的地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器；

处理器，其配置成用于基于传感器信号生成多比特符号流；以及

天线驱动器装置，其用于电驱动所述天线以发射偶极定位信号作为深度信号，用于地上接收至少用于确定地下工具的深度，以及用于基于多比特符号流电驱动天线，以发射电磁符号流用于传感器信号的地上恢复。

概念2。

概念1的发射器，其中所述天线驱动器装置包括用于电驱动天线以发射深度信号的第一驱动器以及第二天线驱动器用于电驱动天线以发射电磁符号流。

概念3。

概念1的发射器，其中该多比特符号流包括至少四个不同的符号使得每个符号表示至少两比特。

概念4。概念3的发射器，其中符号每个都在未调制的符号频率传送，使得不同符号在不同的符号频率传送。

概念5。概念4的发射器，其中所述处理器被配置成用于基于功率分配将符号频率的每个在指定的功率水平传送，使得符号频率之一以第一功率水平传送，所述第一功率水平与针对于至少一个其他符号频率的第二功率水平不同。

概念6。概念1-5种的任何一个发射器，进一步包括：

直接数字合成器，其配置成生成多比特符号流。

概念7。概念6的发射器，其中所述直接数字合成器包括专用于生成深度信号的第一通道，以用于附加地驱动天线以发射偶极定位信号，以及第二通道，其专用于生成多比特符号流。

概念8。概念7的发射器，其中所述深度信号独立于电磁符号流在固定深度信号频率连续地传送。

概念9。概念6-8中任何一个的发射器，其中所述直接数字合成器可操作以生成跨越宽的频率带宽的多个符号频率，并且所述直接数字合成器配置成将符号频率限制到窄的带宽，所述窄的带宽小于所述宽的频率带宽并且至少近似地匹配所述天线。

概念10。一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括从钻机延伸到支撑发射器的地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器；

直接数字合成器，其配置成用于生成符号流，所述符号流由多个固定频率符号组成，并且所述直接数字合成器配置成针对不同的符号频率定制驱动波形形状；以及

天线驱动器，其用于基于符号流电驱动所述天线以发射电磁符号流，以用于传感器信号的地上恢复。

概念11。概念10的发射器，其中所述直接数字合成器被配置成响应于传感器信号跨越宽的频率带宽传送，使得宽的频率带宽的至少一部分与天线失配，并且定制波形形状至少用于控制与不同符号频率相关的发射器功率消耗，否则与恒定驱动电压和波形相比较，发射器功率消耗将跨越宽的频率带宽上变化。

概念12。概念11的发射器，其中宽的频率带宽至少近似为9KHz至45KHz。

概念13。概念10-12中任何一个的发射器，其中所述直接数字合成器包括限定对应的一组波形形状的一组查找表，所述一组波形形状覆盖宽的频率带宽，并且基于该系列查找表的波形形状来定制不同的符号频率。

概念14。概念13的发射器，其中该组波形形状的波形形状响应于增加的频率在宽的频率带宽中特定频率处从正弦曲线形状改变成阶跃形状。

概念15。概念14的发射器，其中超过特定频率的最高组的波形形状随着增加的频率从脉冲状改变成方波。

概念16。概念10-15中任何一个的发射器，其中所述直接数字合成器包括整形器以锥细每个符号的幅度，以零幅度开始和结束从而限制符号的频谱扩展。

概念17。概念10-16中任何一个的发射器，其中所述直接数字合成器包括频率增量，其用于生成在发射器的总带宽之内的不同的符号频率，使得符号频率之一能够定位在50Hz和60Hz电力线频率的任何给定的相邻的电力线谐波中间。

概念18。概念17的发射器，其中每个符号频率包括具有在给定的相邻的电力线谐波之间落下的基本峰值的频谱，并且所述频谱在给定的50Hz和60Hz电力线频率之一的每个电力线谐波频率处显示空。

概念19。一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括从钻机延伸到支撑发射器的地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器；

处理器，其配置成用于基于所述传感器信号生成多比特符号流；以及

天线驱动器装置，其用于基于多比特符号流电驱动天线以发射电磁符号流，以至少用于传感器信号的地上恢复。

概念20。一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器被配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时传送可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成接收发射器信号为多比特符号流，该多比特符号流至少表征在地下操作期间与发射器的操作有关的一组传感器信息，以恢复该组传感器信息。

概念21。一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器被配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时传送可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成(i)测量电磁噪声并且响应该测量的电磁噪声识别一组符号频率，以用于随后从所述发射器传送以基于该组符号频率形成多比特符号流，每个多比特符号对应于符号频率之一，至少以表征与发射器的操作有关的传感器信息，以及(ii)在地下操作期间接收来自发射器的多比特符号流以恢复所述传感器信息。

概念22。概念21的便携式装置，其中所述接收器配置成自动地选择该组符号频率。

概念23。概念21或22的便携式装置，其中所述接收器配置成在所述组中识别至少四个符号频率。

概念24。概念21-23中任何一个的便携式装置，进一步包括：

通信装置，其用于将识别的符号频率传送给所述发射器，使得发射器其后在识别的符号频率处进行传送。

概念25。概念21-24中任何一个的便携式装置，其中所述接收器配置成通过使用增量固定频率步长跨越频率带宽扫描来测量电磁噪声，以产生一组噪声测量，该组噪声测量表征在每个增量固定频率步长处跨越频率带宽的噪声。

概念26。概念25的便携式装置，其中所述增量固定频率步长被设置成对应于所述发射器的符号频率分辨率，所述符号频率分辨率限定不同的符号频率之间的最小频率间隔。

概念27。概念25或26的便携式装置，其中所述增量固定频率步长是5Hz。

概念28。概念25-27中任何一个的便携式装置，其中所述频率带宽覆盖多个子带，使得所述发射器将符号频率的传送限制在所述子带的特定一个中，并且所述接收器配置成在每个子带中识别所述一组符号频率。

概念29。概念28的便携式装置，其中所述接收器配置成基于针对每个子带识别的该组符号频率确定每个子带的平均噪声。

概念30。概念28或29的便携式装置，进一步包括：

显示器，其用于显示每个子带的平均噪声。

概念31。概念25的便携式装置，其中所述频率带宽覆盖多个子带并且所述接收器配置成用于操作者至少在选择的子带中修改该组符号频率。

概念32。概念28的便携式装置，进一步包括：

显示器，其配置成在频率选择模式中为每个子带显示噪声的至少一个统计值并且基于一系列统计值的更新为每个子带主动地更新所述显示。

概念33。概念31或32的便携式装置，其中所述操作者修改包括将该组符号频率的至少一个符号频率从选择的子带移动到不同的子带。

概念34。概念31-33中任何一个的便携式装置，包括显示器，其用于至少显示选择的子带以及用于在选择的子带上放大。

概念35。概念21的便携式装置，其中所述接收器配置成通过使用增量固定频率步长跨越频率带宽扫描来测量电磁噪声，以产生一组噪声测量，所述一组噪声测量在每个增量固定频率步长处表征跨越频率带宽的噪声。

概念36。概念25-27中任何一个的便携式装置，其中所述接收器配置成表征在跨越频率带宽的一组频率子带中的噪声以及推荐选择的一个频率子带，以便相比较于与其他子带对应的噪声的统计值，基于对应于推荐的频率子带的噪声的至少一个统计值来进行符号频率的传送。

概念37。概念36的便携式装置，其中所述统计值是峰值噪声、最小噪声和标准偏差中的至少一个。

概念38。概念36或37的便携式装置，其中所述接收器基于包括结合峰值、最小噪声和标准偏差中的至少一个的平均噪声的噪声的多个统计值来推荐选择的子带。

概念39。概念25-38中的任何一个的便携式装置，其中在该组噪声测量中的每个噪声测量将噪声表征为矢量和，以建立三维的噪声值。

概念40。概念25-38中的任何一个的便携式装置，其配置成沿着单个接收轴线选择地显示每个噪声测量的所述噪声。

41。概念21的便携式装置，其中所述接收器配置成通过使用增量固定频率步长跨越频率带宽扫描来测量电磁噪声，以产生一组噪声测量，该组噪声测量在每个增量固定频率处表征跨越频率带宽的噪声，并且所述接收器基于跨越该组噪声测量的平均噪声、标准偏差和峰值噪声中的至少一个来选择所述一组符号频率。

概念42。概念41的便携式装置，其中所述接收器配置成应用阻进窗，其以每个符号频率为中心，以排除在不同的增量的固定频率处的噪声峰值落在所述阻进窗之内并且违反噪声阈值的任何符号频率。

概念43。概念21-42中任何一个的便携式装置，其中所述发射器发射具有符号频谱的每个符号频率并且所述接收器配置成接收具有与该符号频谱匹配的接收器响应的每个符号频率。

概念44。概念43的便携式装置，其中每个符号频谱都包括在给定的电力线频率的每个电力线谐波频率的空，并且所述接收器响应在给定的50Hz和60Hz电力线频率之一的每个电力线谐波频率处显示对应的空，使得在电力线谐波频率处的电磁噪声由所述接收器抑制。

概念45。概念21-44中任何一个的便携式装置，其中所述接收器配置成在地下操作期间基于所述符号频率的接收至少确定发射器的深度。

概念46。概念21-44中任何一个的便携式装置，其中所述接收器配置成在地下操作期间基于深度信号至少确定发射器的深度，其中所述深度信号独立于符号频率由所述发射器传送。

概念47。一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成(i)测量所述电磁噪声并且响应该测量的电磁噪声识别一组符号频率，以用于随后从所述发射器传送以至少表征与发射器的操作有关的传感器信息，(ii)在地下操作期间接收来自所述发射器的符号频率以恢复所述传感器信息以及(iii)向每个符号频率分配发射功率。

概念48。概念47的便携式装置，进一步包括：

通信装置，其用于将分配给每个符号频率的发射功率传递给所述发射器，使得所述发射器其后对于每个符号频率以分配的发射功率进行传送。

概念49。概念47或48的便携式装置，其中所述接收器配置成立即在所述符号频率之中重新分配发射器的传送功率，以在发射器的操作期间改变分配给所述符号频率的所述传送功率。

概念50。概念47或48的便携式装置，其中所述接收器配置成基于每个符号频率的运行平均信号强度在所述符号频率之中分配所述发射器的传送功率。

概念51。概念47或48的便携式装置，其中所述接收器配置成以至少近似地保持用于所述发射器的目标功率消耗的方式将所述发射器的传送功率不均匀地分配给所述符号频率。

概念52。概念47或48的便携式装置，其中所述处理器配置成将所述发射器的传送功率分配给所述符号频率，以至少相比较于在相等功率处传送所述符号频率来减少所述发射器的总功率消耗。

概念53。一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器被配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置为从发射器接收分组结构，所述分组结构由符号流中的多个多比特符号组成，所述符号流包括将所述传感器信息表征为分组数据的至少一组多比特符号以及用作纠错数据块的至少另一组多比特符号，所述分组数据表征在地下操作期间与所述发射器的操作有关的一组传感器信息；

切片器，其用于将每个多比特符号接收为在时间上间隔开的多个符号片，并且每个符号片包括包含针对每个符号频率的幅度的一组符号频率幅度；

频谱图缓冲器，其具有由一系列片位置组成的长度，其中每个片位置配置成存储至少一组的所述符号频率幅度，并且所述频谱图缓冲器的长度足够存储对应于所述分组结构的持续时间的符号片的总数；

时间片开关，其用于将符号片路由到所述频谱图缓冲器的片位置，以顺序地和选择性地存储与每个连续符号片相关的所述一组符号频率幅度；以及

解码器，其配置成基于纠错数据块来检测作为恢复所述分组数据的一部分的所述频谱图缓冲器中的分组结构的开始符号。

概念54。概念53的便携式装置，进一步包括：

阈值检测器，用于驱动所述时间片开关，以基于噪声阈值将经受噪声突发的任何给定符号片的符号频率幅度从顺序加载到给定的一个频谱图缓冲器的片位置中排除。

概念55。概念54的便携式装置，其中所述阈值检测器配置成以零加载所述频谱图缓冲器中的所述给定符号片位置。

概念56。概念53或54的便携式装置，其中所述解码器配置成在没有同步符号作为分组结构的一部分的情况下恢复所述分组数据。

概念57。概念53-56中任何一个的便携式装置，其中每个符号由所述频谱图缓冲器中的n个符号片表征，并且所述解码器配置成从所述频谱图缓冲器中的每个片位置开始启动解码尝试，以及在每次解码尝试时为每个片位置记录纠错的数目，所述尝试基于从给定片位置开始连同在频谱图缓冲器的长度中的给定片位置的每第n个片位置的片分组，使得针对每个片分组的纠错数目指示开始符号在所述频谱图缓冲器中的位置。

概念58。概念53-57中任何一个的便携式装置，其中所述频谱图缓冲器配置成以复数格式存储针对于每个时间片的所述一组符号频率幅度。

概念59。一种用于水平定向钻探的系统，其包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述系统包括：

发射器，其由所述地下工具支撑，包括

天线,

用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器，

处理器，其配置成用于基于所述传感器信号生成多比特符号流，以及

天线驱动器，用于基于所述多比特符号流电驱动所述天线以发射电磁符号流，以及

便携式装置，其包括

接收器，其配置成在地下操作期间在正常模式下接收所述多比特符号流，以恢复经受所述电磁噪声的一组传感器信息。

概念60。概念59的系统，其中所述接收器可操作在频率选择模式以在没有传送电磁符号流的情况下测量所述电磁噪声，以及基于测量的电磁噪声识别一组符号频率，以用于随后的从所述发射器的传送，以便基于所述一组符号频率来形成多比特符号流，每个多比特符号对应于所述符号频率之一的。

概念61。一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸到支撑所述发射器的地下工具，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

用于生成一个或多个传感器信号的一个或多个传感器；

调制器，用于基于所述传感器信号在载波频率处生成至少一个调制数据频率；

深度音发生器，用于产生比所述载波频率小二十倍或更多倍的未调制深度音频率；以及

天线驱动器，用于电驱动至少一个天线以发射所述深度音频率和载波频率，以用于深度音频率的地上检测以及用于从调制的数据频率恢复所述传感器信号。

概念62。概念61的发射器，其中所述深度音频率小于或等于1.5KHz。

概念63。概念62的发射器，其中所述单个载波频率是在从30KHz到45KHz的范围内，包括30KHz和45KHz。

概念64。概念61-63中任何一个的发射器，进一步包括：

直接数字合成器，其包括用作所述深度音生成器以生成深度音频率的第一通道和生成所述单个载波频率的第二通道。

概念65。一种便携式装置，用于与水平定向钻探系统结合使用,所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，并且所述地下工具支撑发射器，所述发射器发射由所述便携式装置检测的电磁信号，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，所述便携式装置包括：

接收器，其用于当发射器在地面上方时在第一操作模式中检测信号并且在发射器在地表下方时在第二操作模式检测信号；以及

处理器，被配置成用于选择的操作在(i)所述第一模式中，以基于所述电磁信号的地面上方测量信号强度和表面效应补偿确定从便携式装置到发射器的地面上方的范围，以及(ii)所述第二模式中，其中所述发射器在地下，以基于所述电磁信号的地面下方的测量信号强度来确定所述发射器在地面下方的深度。

概念66。概念65的便携式装置，其中所述第二模式配置成在没有应用任何的补偿下建立确定的深度。

概念67。概念65或66的便携式装置，其中所述第二模式配置成为确定的深度应用除表面效应补偿以外的形式的补偿以建立补偿的地面下方的深度。

概念68。概念67的便携式装置，其中所述形式的补偿是趋肤效应补偿。

概念69。概念65-68中任何一个的便携式装置，其中至少近似地基于所确定的地面上方的范围的立方体来确定表面效应补偿，以建立所述表面效果补偿范围。

概念70。概念69的便携式装置，其中附加地基于校准常数来确定所述表面效应补偿。

概念71。概念65-70中任何一个的便携式装置，其中在地面上方范围的表面效应补偿(AGR_COMP)确定为：

其中，d_ss是基于地面上方测量信号的强度、当发射器在地表上方时从所述便携式装置到所述发射器的地面上方的范围并且k是校准常数。

概念72。概念71的便携式装置，其中基于所述便携式装置和所述发射器之间的已知地面上方距离和在已知地面上方距离处确定的用于d_ss的值来确定k。

概念73。一种用于水平定向钻探的系统，其包括从钻机延伸到地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述系统包括：

发射器，其包括一个或多个传感器，用于测量表征所述地下工具的状态的一个或多个操作参数，其中所述发射器在两个或更多个频率进行传送，其中至少一个所述频率本身表示多个数据比特，所述多个数据比特表征所述地下工具的所述状态，而与所述频率的任何调制无关；以及

便携式装置，包括

接收器，其配置成接收所述两个或更多个频率，以及

处理器，其配置成从所述两个或更多个频率恢复所述地下工具的所述状态。

概念74。概念73的系统，其中所述便携式装置可操作在频率选择模式以在没有所述频率的传送下测量电磁噪声，以及基于测量的电磁噪声将频率识别为所述两个或更多个频率，以用于随后从所述发射器的传送。

概念75。概念73或74的系统，其中每个频率表示两个或更多个比特。

概念76。概念75的系统，其中每个频率都是未调制的。

概念77。一种用于水平定向钻探的发射器，所述水平定向钻探包括从钻机延伸到地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

一个或多个传感器，其用于测量表征所述地下工具的状态的一个或多个操作参数；

天线驱动器，其用于驱动天线在两个或更多个频率处传送，其中至少一个所述频率本身表示多个数据比特，该多个数据比特表征所述地下工具的所述状态，而与所述频率的任何调制无关，用于地面上方接收以恢复地下工具状态。

概念78。一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器被配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时传送可由所述便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成接收所述发射器信号的两个或更多个频率，所述频率中的至少一个频率本身表示多个数据比特，所述多个数据比特表征所述地下工具的状态，而与任何的调制无关；以及

处理器，其配置成从所述两个或更多个频率恢复所述地下工具的状态。

Claims (78)

1.一种用于水平定向钻探的系统,其包括从钻机延伸到地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述系统包括：

发射器，其包括一个或多个传感器，用于测量表征所述地下工具的状态的一个或多个操作参数，其中所述发射器在两个或更多个频率进行传送，其中至少一个所述频率本身表示多个数据比特，所述多个数据比特表征所述地下工具的所述状态，而与所述频率的任何调制无关；以及

便携式装置，包括

接收器，其配置成接收所述两个或更多个频率，以及

处理器，其配置成从所述两个或更多个频率恢复所述地下工具的所述状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述便携式装置可操作在频率选择模式以在没有所述频率的传送下测量电磁噪声，以及基于测量的电磁噪声将频率识别为所述两个或更多个频率，以用于随后从所述发射器的传送。

3.根据权利要求1所述的系统，其中每个频率表示两个或更多比特。

4.根据权利要求3所述的系统，其中每个频率都是未调制的。

5.一种用于水平定向钻探的发射器，所述水平定向钻探包括从钻机延伸到地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

一个或多个传感器，其用于测量表征所述地下工具的状态的一个或多个操作参数；

天线驱动器，其用于驱动天线在两个或更多个频率处传送，其中至少一个所述频率本身表示多个数据比特，该多个数据比特表征所述地下工具的所述状态，而与所述频率的任何调制无关，用于地面上方接收以恢复地下工具的状态。

6.一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器被配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时传送可由所述便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成接收所述发射器信号的两个或更多个频率，所述频率中的至少一个频率本身表示多个数据比特，所述多个数据比特表征所述地下工具的状态，而与任何的调制无关；以及

处理器，其配置成从所述两个或更多个频率恢复所述地下工具的状态。

7.一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括从钻机延伸到支撑发射器的地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

一个或多个传感器，用于生成一个或多个传感器信号；

处理器，其配置成用于基于传感器信号生成多比特符号流；以及

天线驱动器装置，其用于电驱动所述天线以发射偶极定位信号作为深度信号，用于地上接收至少用于确定地下工具的深度，以及用于基于多比特符号流电驱动天线，以发射电磁符号流用于传感器信号的地上恢复。

8.根据权利要求7所述的发射器，其中所述天线驱动器装置包括用于电驱动天线以发射深度信号的第一驱动器以及第二天线驱动器用于电驱动天线以发射电磁符号流。

9.根据权利要求7所述的发射器，其中该多比特符号流包括至少四个不同的符号使得每个符号表示至少两比特。

10.根据权利要求9所述的发射器，其中符号每个都在未调制的符号频率传送，使得不同符号在不同的符号频率传送。

11.根据权利要求10所述的发射器，其中所述处理器配置成用于基于功率分配将符号频率的每个在指定的功率水平传送，使得符号频率之一以第一功率水平传送，所述第一功率水平与针对于至少一个其他符号频率的第二功率水平不同。

12.根据权利要求7所述的发射器，进一步包括：

直接数字合成器，其配置成生成多比特符号流。

13.根据权利要求12所述的发射器，其中所述直接数字合成器包括专用于生成深度信号的第一通道，以用于附加地驱动天线以发射偶极定位信号，以及第二通道，其专用于生成多比特符号流。

14.根据权利要求13所述的发射器，其中所述深度信号独立于电磁符号流在固定深度信号频率连续地传送。

15.根据权利要求12所述的发射器，其中所述直接数字合成器可操作以生成跨越宽的频率带宽的多个符号频率，并且所述直接数字合成器配置成将符号频率限制到窄的带宽，所述窄的带宽小于所述宽的频率带宽并且至少近似地匹配所述天线。

16.一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括从钻机延伸到支撑发射器的地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

一个或多个传感器，用于生成一个或多个传感器信号；

直接数字合成器，其配置成用于生成符号流，所述符号流由多个固定频率符号组成，并且所述直接数字合成器配置成针对不同的符号频率定制驱动波形形状；以及

天线驱动器，其用于基于符号流电驱动所述天线以发射电磁符号流，以用于传感器信号的地上恢复。

17.根据权利要求16所述的发射器，其中所述直接数字合成器配置成响应于传感器信号跨越宽的频率带宽传送，使得宽的频率带宽的至少一部分与天线失配，并且定制波形形状至少用于控制与不同符号频率相关的发射器功率消耗，否则与恒定驱动电压和波形相比较，发射器功率消耗将跨越宽的频率带宽上变化。

18.根据权利要求17所述的发射器，其中宽的频率带宽至少近似为9KHz至45KHz。

19.根据权利要求16所述的发射器，其中所述直接数字合成器包括限定对应的一组波形形状的一组查找表，所述一组波形形状覆盖宽的频率带宽，并且基于该系列查找表的波形形状来定制不同的符号频率。

20.根据权利要求19所述的发射器，其中该组波形形状的波形形状响应于增加的频率在宽的频率带宽中特定频率处从正弦曲线形状改变成阶跃形状。

21.根据权利要求20所述的发射器，其中超过特定频率的最高组的波形形状随着增加的频率从脉冲状改变成方波。

22.根据权利要求16所述的发射器，其中所述直接数字合成器包括整形器以锥细每个符号的幅度，以零幅度开始和结束从而限制符号的频谱扩展。

23.根据权利要求16所述的发射器，其中所述直接数字合成器包括频率增量，其用于生成在发射器的总带宽之内的不同的符号频率，使得符号频率之一能够定位在50Hz和60Hz电力线频率的任何给定的相邻的电力线谐波中间。

24.根据权利要求23所述的发射器，其中每个符号频率包括具有在给定的相邻的电力线谐波之间落下的基本峰值的频谱，并且所述频谱在给定的50Hz和60Hz电力线频率之一的每个电力线谐波频率处显示空。

25.一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括从钻机延伸到支撑发射器的地下工具的钻柱，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

一个或多个传感器，其用于生成一个或多个传感器信号；

处理器，其配置成用于基于所述传感器信号生成多比特符号流；以及

天线驱动器装置，其用于基于多比特符号流电驱动天线以发射电磁符号流，以至少用于传感器信号的地上恢复。

26.一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成接收发射器信号为多比特符号流，该多比特符号流至少表征在地下操作期间与发射器的操作有关的一组传感器信息，以恢复该组传感器信息。

27.一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时传送可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成(i)测量电磁噪声并且响应该测量的电磁噪声识别一组符号频率，以用于随后从所述射器的传送以基于该组符号频率形成多比特符号流，每个多比特符号对应于符号频率之一，至少以表征与发射器的操作有关的传感器信息，以及(ii)在地下操作期间接收来自发射器的多位符号流以恢复所述传感器信息。

28.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成自动地选择该组符号频率。

29.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成在所述组中识别至少四个符号频率。

30.根据权利要求27所述的便携式装置，进一步包括：

通信装置，其用于将识别的符号频率传送给所述发射器，使得发射器其后在识别的符号频率处进行传送。

31.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成通过使用增量固定频率步长跨越频率带宽扫描来测量电磁噪声，以产生一组噪声测量，该组噪声测量表征在每个增量固定频率步长处跨越频率带宽的噪声。

32.根据权利要求31所述的便携式装置，其中所述增量固定频率步长被设置成对应于所述发射器的符号频率分辨率，所述符号频率分辨率限定不同的符号频率之间的最小频率间隔。

33.根据权利要求32所述的便携式装置，其中所述增量固定频率步长是5Hz。

34.根据权利要求31所述的便携式装置，其中所述频率带宽覆盖多个子带，使得所述发射器将符号频率的传送限制在所述子带的特定一个中，并且所述接收器配置成在每个子带中识别所述一组符号频率。

35.根据权利要求34所述的便携式装置，其中所述接收器配置成基于针对每个子带识别的该组符号频率确定每个子带的平均噪声。

36.根据权利要求34所述的便携式装置，进一步包括：

显示器，其用于显示每个子带的平均噪声。

37.根据权利要求31所述的便携式装置，其中所述频率带宽覆盖多个子带并且所述接收器配置成用于操作者至少在选择的子带中修改该组符号频率。

38.根据权利要求34所述的便携式装置，进一步包括：

显示器，其配置成在频率选择模式中为每个子带显示噪声的至少一个统计值并且基于一系列统计值的更新为每个子带主动地更新所述显示。

39.根据权利要求37所述的便携式装置，其中所述操作者修改包括将该组符号频率的至少一个符号频率从选择的子带移动到不同的子带。

40.根据权利要求39所述的便携式装置，包括显示器，其用于至少显示选择的子带以及用于在选择的子带上放大。

41.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成通过使用增量固定频率步长跨越频率带宽扫描来测量电磁噪声，以产生一组噪声测量，所述一组噪声测量在每个增量固定频率步长处表征跨越频率带宽的噪声。

42.根据权利要求31所述的便携式装置，其中所述接收器配置成表征在跨越频率带宽的一组频率子带中的噪声以及推荐选择的一个频率子带，以便相比较于与其他子带对应的噪声的统计值，基于对应于推荐的频率子带的噪声的至少一个统计值来进行符号频率的传送。

43.根据权利要求42所述的便携式装置，其中所述统计值是峰值噪声、最小噪声和标准偏差中的至少一个。

44.根据权利要求42所述的便携式装置，其中所述接收器基于包括结合峰值、最小噪声和标准偏差中的至少一个的平均噪声的噪声的多个统计值来推荐选择的子带。

45.根据权利要求31所述的便携式装置，其中在该组噪声测量中的每个噪声测量将噪声表征为矢量和，以建立三维的噪声值。

46.根据权利要求31所述的便携式装置，其配置成沿着单个接收轴线选择地显示每个噪声测量的所述噪声。

47.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成通过使用增量固定频率步长跨越频率带宽扫描来测量电磁噪声，以产生一组噪声测量，该组噪声测量在每个增量固定频率处表征跨越频率带宽的噪声，并且所述接收器基于跨越该组噪声测量的平均噪声、标准偏差和峰值噪声中的至少一个来选择所述一组符号频率。

48.根据权利要求47所述的便携式装置，其中所述接收器配置成应用阻进窗，其以每个符号频率为中心，以排除在不同的增量的固定频率处的噪声峰值落在所述阻进窗之内并且违反噪声阈值的任何符号频率。

49.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述发射器发射具有符号频谱的每个符号频率并且所述接收器配置成接收具有与该符号频谱匹配的接收器响应的每个符号频率。

50.根据权利要求49所述的便携式装置，其中每个符号频谱都包括在给定的电力线频率的每个电力线谐波频率的空零，并且所述以及接收器响应在给定的50Hz和60Hz电力线频率之一的每个电力线谐波频率处显示对应的零空，使得在电力线谐波频率处的电磁噪声由所述接收器抑制。

51.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成在地下操作期间基于所述符号频率的接收至少确定发射器的深度。

52.根据权利要求27所述的便携式装置，其中所述接收器配置成在地下操作期间基于深度信号至少确定发射器的深度，其中所述深度信号独立于符号频率由所述发射器传送。

53.一种用于水平定向钻探的系统,其包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间所述钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，所述系统包括：

发射器，其由所述地下工具支撑，包括

天线,

一个或多个传感器，其用于生成一个或多个传感器信号，

处理器，其配置成用于基于传感器信号生成多比特符号流，以及

天线驱动器，其用于基于多比特符号流电驱动所述天线以发射电磁符号流；以及

便携式装置，包括

接收器，其配置成在地下操作期间在正常模式下接收所述多比特符号流，以恢复经受所述电磁噪声的一组传感器信息。

54.根据权利要求53所述的系统，其中所述接收器可操作在频率选择模式以在没有传送电磁符号流的情况下测量电磁噪声，以及基于测量的电磁噪声识别一组符号频率，以用于随后的从所述发射器的传送，以便基于该组符号频率来形成多比特符号流，每个多比特符号对应于所述符号频率之一。

55.一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置成(i)测量所述电磁噪声并且响应该测量的电磁噪声识别一组符号频率，以用于随后从所述发射器传送以至少表征与发射器的操作有关的传感器信息，(ii)在地下操作期间接收来自所述发射器的符号频率以恢复所述传感器信息以及(iii)向每个符号频率分配发射功率。

56.根据权利要求55所述的便携式装置，进一步包括：

通信装置，其用于将分配给每个符号频率的发射功率传递给所述发射器，使得发射器其后对于每个符号频率以分配的发射功率进行传送。

57.根据权利要求55所述的便携式装置，其中所述接收器配置成立即在所述符号频率之中重新分配发射器的传送功率，以在发射器的操作期间改变分配给所述符号频率的所述传送功率。

58.根据权利要求55所述的便携式装置，其中所述接收器配置成基于每个符号频率的运行平均信号强度在所述符号频率之中分配所述发射器的传送功率。

59.根据权利要求55所述的便携式装置，其中所述接收器配置成以至少近似地保持用于所述发射器的目标功率消耗的方式将所述发射器的传送功率不均匀地分配给所述符号频率。

60.根据权利要求55所述的便携式装置，其中所述处理器配置成将所述发射器的传送功率分配给所述符号频率，以至少相比较于在相等功率处传送所述符号频率来减少所述发射器的总功率消耗。

61.一种用于与发射器结合使用的便携式装置，所述发射器配置成在操作过程期间在一个区域中移动通过地面，同时发射可由便携式装置接收的发射器信号，所述发射器信号经受能够在所述区域之内变化的电磁噪声，所述便携式装置包括：

接收器，其配置为从发射器接收分组结构，所述分组结构由符号流中的多个多比特符号组成，所述符号流包括将所述传感器信息表征为分组数据的至少一组多比特符号，以及用作纠错数据块的至少另一组多比特符号，所述分组数据表征在地下操作期间与所述发射器的操作有关的一组传感器信息；

切片器，其用于将每个多比特符号接收为在时间上间隔开的多个符号片，并且每个符号片包括包含针对每个符号频率的幅度的一组符号频率幅度；

频谱图缓冲器，其具有由一系列片位置组成的长度，其中每个片位置被配置成存储至少一组的所述符号频率幅度，并且所述频谱图缓冲器的长度足够存储对应于所述分组结构的持续时间的符号片的总数；

时间片开关，其用于将符号片路由到所述频谱图缓冲器的片位置，以顺序地和选择性地存储与每个连续符号片相关的所述一组符号频率幅度；以及

解码器，其配置成基于纠错数据块来检测作为恢复所述分组数据的一部分的所述频谱图缓冲器中的分组结构的开始符号。

62.根据权利要求61所述的便携式装置，进一步包括：

阈值检测器，用于驱动所述时间片开关，以基于噪声阈值将经受噪声突发的任何给定符号片的符号频率幅度从顺序加载到给定的一个频谱图缓冲器的片位置中排除。

63.根据权利要求62所述的便携式装置，其中所述阈值检测器配置成以零加载所述频谱图缓冲器中的所述给定符号片位置。

64.根据权利要求61所述的便携式装置，其中，所述解码器配置成在没有同步符号作为分组结构的一部分的情况下恢复所述分组数据。

65.根据权利要求61所述的便携式装置，其中每个符号由所述频谱图缓冲器中的n个符号片表征，并且所述解码器配置成从所述频谱图缓冲器中的每个片位置开始启动解码尝试，以及在每次解码尝试时为每个片位置记录许多纠错的数目，所述尝试基于从给定片位置开始连同在频谱图缓冲器的长度中的给定片位置的每第n个片位置的片分组，使得针对每个片分组的纠错数目指示开始符号在所述频谱图缓冲器中的位置。

66.根据权利要求61所述的便携式装置，其中所述频谱图缓冲器配置成以复数格式存储针对于每个时间片的符号频率大小的组。

67.一种用于与水平定向钻探系统结合使用的发射器，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸到支撑发射器的地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，所述发射器包括：

天线；

一个或多个传感器，其用于生成一个或多个传感器信号；

调制器，其用于基于所述传感器信号在载波频率处生成至少一个调制数据频率；

深度音发生器，其用于产生比所述载波频率小二十倍或更多倍的未调制深度音频率；以及

天线驱动器，用于电驱动至少一个天线以发射深度音频率和载波频率，以用于深度音频率的地上检测，以及用于从调制的数据频率恢复所述传感器信号。

68.根据权利要求67所述的发射器，其中所述深度音频率小于或等于1.5KHz。

69.根据权利要求68所述的发射器，其中所述单个载波频率是在从30KHz到45KHz的范围内，包括30KHz和45KHz包括在内。

70.根据权利要求67所述的发射器，进一步包括：

直接数字合成器，其包括用作深度音生成器以生成深度音频率的第一通道和生成所述单个载波频率的第二通道。

71.一种用于与水平定向钻探系统结合使用的便携式装置，所述水平定向钻探系统包括钻柱，所述钻柱从钻机延伸到地下工具，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使地下工具移动通过地面，并且地下工具支撑发射器，发射器发射由便携式装置检测的电磁信号，使得在地下操作期间钻柱的延伸和缩回使所述地下工具移动通过地面，所述便携式装置包括：

接收器，其用于当发射器在地面上方时在第一操作模式中检测信号并且在发射器在地表下方时在第二操作模式检测信号；以及

处理器，其配置成用于选择的操作在(i)所述第一模式中，以基于所述电磁信号的地面上方测量信号强度和表面效应补偿确定从便携式装置到发射器的地面上方的范围，以及(ii)所述第二模式中，其中所述发射器在地下，以基于所述电磁信号的地面下方的测量信号强度来确定所述发射器在地面下方的深度。

72.根据权利要求71所述的便携式装置，其中所述第二模式配置成在没有应用任何的补偿下建立确定的深度。

73.根据权利要求71所述的便携式装置，其中所述第二模式配置成为确定的深度应用除表面效应补偿以外的形式的补偿以建立补偿的地面下方的深度。

74.根据权利要求73所述的便携式装置，其中所述形式的补偿是趋肤效应补偿。

75.根据权利要求71所述的便携式装置，其中至少近似地基于所确定的地面上方的范围的立方体来确定表面效应补偿，以建立所述表面效果补偿范围。

76.根据权利要求75所述的便携式装置，其中附加地基于校准常数来确定所述表面效应补偿。

77.根据权利要求71所述的便携式装置，其中在地面上方范围的表面效应补偿(AGR_COMP)确定为：

${\mathrm{AGR}}_{COMP}=d_{ss}(1+{\mathrm{kd}}_{ss}^2)$

其中，d_ss是基于地面上方测量信号的强度、当发射器在地表上方时从所述便携式装置到所述发射器的地面上方的范围并且k是校准常数。

78.根据权利要求77所述的便携式装置，其中基于所述便携式装置和所述发射器之间的已知地面上方距离和在已知地面上方距离处确定的用于d_ss的值来确定k。