RU2244943C2

RU2244943C2 - Method for receiving well information in binary code

Info

Publication number: RU2244943C2
Application number: RU2002113281/09A
Authority: RU
Inventors: В.З. Скобло (RU); В.З. Скобло; ной А.Ю. Роп (RU); А.Ю. Ропяной; А.И. Лухт (RU); А.И. Лухт
Original assignee: Закрытое акционерное общество "НТ-Курс"
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: method includes continuous calculation of possibility distribution function of signal amplitude with noise, value of amplitude with noise is determined from it, matching minimum of this function, which is then taken as threshold level. This allows automatic adjustment of threshold level for different amplitudes of signal and noise, that is important for receiving information from deep wells along long communication lines with high level of broadband interference.

EFFECT: higher precision.

3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой измерительной технике, в частности к средствам контроля забойных параметров при бурении и геофизических исследованиях скважины.The invention relates to drilling measuring equipment, in particular to means for controlling downhole parameters during drilling and geophysical surveys of a well.

Известен способ приема информации, который реализован устройством, известном из а.с. № 1786498, кл. G 08 C 19/28, опубл. 1993 г.A known method of receiving information, which is implemented by a device known from A. with. No. 1786498, cl. G 08 C 19/28, publ. 1993 year

Способ приема информации в бинарном коде основан на сравнении информационного сигнала с пороговым уровнем, который устанавливается с учетом необходимой помехоустойчивости. Если величина информационного сигнала меньше установленного порогового значения, то формируется “0”, если больше, то “1”. Таким образом, сигнал преобразуется в бинарный двоичный код, который в свою очередь анализируется на достоверность.The method of receiving information in a binary code is based on comparing the information signal with a threshold level, which is set taking into account the necessary noise immunity. If the value of the information signal is less than the set threshold value, then “0” is formed, if more, then “1”. Thus, the signal is converted into binary binary code, which in turn is analyzed for reliability.

Недостатком этого способа является задание постоянного порога срабатывания без учета изменений уровня шума и амплитуды сигнала в процессе передачи информации.The disadvantage of this method is setting a constant threshold without taking into account changes in the noise level and signal amplitude in the process of transmitting information.

Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является способ для передачи информации, известный из устройства по а.с. № 1594581, кл. G 08 С 19/20, опубл. 1990 г., включающим передачу сигнала по линии связи к приемному устройству, которое осуществляет фильтрацию сигнала и шума фильтрами, выделение огибающей отфильтрованного сигнала и шума детектором, выделение полезного сигнала на фоне шумов по уровню, изменяющемуся в зависимости от уровня входного сигнала.The closest technical solution to the claimed method is a method for transmitting information known from the device by AS No. 1594581, class G 08 C 19/20, publ. 1990, which includes transmitting a signal through a communication line to a receiving device that filters the signal and noise by filters, extracting the envelope of the filtered signal and noise by the detector, and extracting the useful signal against the background of noise by a level that varies depending on the level of the input signal.

Недостаток этого способа заключается в недостаточной точности выделения полезного сигнала при сложной схеме реализации.The disadvantage of this method is the lack of accuracy of the selection of a useful signal with a complex implementation scheme.

Целью изобретения является повышение точности выделения полезного сигнала на фоне шумов, путем коррекции порогового уровня в зависимости от амплитуды сигнала и шума, а также от соотношения амплитуд сигнала к шуму.The aim of the invention is to increase the accuracy of the selection of the useful signal against the background of noise, by adjusting the threshold level depending on the amplitude of the signal and noise, as well as on the ratio of signal amplitudes to noise.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приема скважинной информации в бинарном коде, включающем фильтрацию принимаемого сигнала с шумом, выделение огибающей отфильтрованного сигнала с шумом и выделение бинарного кода путем сравнения огибающей сигнала и шума с пороговым уровнем, непрерывно определяют функцию распределения вероятности амплитуды сигнала с шумом, определяют значение амплитуды сигнала с шумом, соответствующее минимуму на функции распределения вероятности и это значение принимают в качестве порогового уровня.This goal is achieved by the fact that in the method for receiving downhole information in a binary code, including filtering the received signal with noise, extracting the envelope of the filtered signal with noise and extracting the binary code by comparing the signal envelope and noise with a threshold level, the probability distribution function of the signal amplitude with noise, determine the value of the amplitude of the signal with noise corresponding to a minimum on the probability distribution function and this value is taken as a threshold level.

На чертеже представлены: на фиг.1 - структурная схема устройства, реализующего заявленный способ; на фиг.2 - эпюры сигналов, поясняющие работу устройства; на фиг.3 - функция распределения вероятности амплитуды сигнала с шумом.The drawing shows: figure 1 is a structural diagram of a device that implements the claimed method; figure 2 - plot of signals explaining the operation of the device; figure 3 is a probability distribution function of the amplitude of the signal with noise.

Сущность заявленного способа заключается в определении порогового уровня по функции распределения вероятности амплитуды сигнала и шума.The essence of the claimed method is to determine the threshold level by the probability distribution function of the signal amplitude and noise.

Устройство, реализующее заявленный способ содержит: забойный блок 1, содержащий датчики 2 для измерения забойных параметров, модулятор 3 и подключенный к нему генератор 4. Забойный блок 1 через линию связи 5 соединен с приемным устройством 6, содержащим последовательно соединенные полосовой фильтр 7, детектор 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9 и вычислительный блок 10.A device that implements the claimed method comprises: a downhole block 1, which contains sensors 2 for measuring downhole parameters, a modulator 3 and a generator 4 connected to it. The downhole block 1 is connected via a communication line 5 to a receiver 6 containing a band-pass filter 7 connected in series, a detector 8 , analog-to-digital Converter (ADC) 9 and the computing unit 10.

В забойном блоке 1 информация с датчиков забойных параметров 2 преобразуется в бинарный код (см. фиг.2а) и подается на модулятор 3, в котором бинарный код модулирует частоту f₀, поступающую с генератора 4 (см. фиг.2б). Модулированный бинарный сигнал по каналу связи 5 передается на приемное устройство 6. Сигнал при прохождении по каналу связи 5 зашумляется, изменяется длительность импульсов, появляется случайный сдвиг фазы. В приемном устройстве 6 модулированный бинарный сигнал с шумом (см. фиг.2в) поступает на полосовой фильтр 7, настроенный на несущую частоту f₀, который увеличивает отношение сигнал/шум (см. фиг.2г), далее на детекторе 8 выделяется огибающая сигнала и шума (см. фиг.2д), которая, пройдя через АЦП 9, подается на вычислительный блок 10, где для выделения бинарного кода устанавливают пороговый уровень, далее напряжение огибающей сигнала с шумом больше порогового уровня принимают за “1”, а меньше порогового уровня за “0”.In the downhole block 1, information from the sensors of the downhole parameters 2 is converted into a binary code (see Fig. 2a) and fed to a modulator 3, in which the binary code modulates the frequency f ₀ coming from the generator 4 (see Fig. 2b). The modulated binary signal is transmitted via the communication channel 5 to the receiving device 6. The signal when passing through the communication channel 5 is noisy, the pulse duration changes, and a random phase shift appears. In the receiving device 6, a modulated binary signal with noise (see Fig. 2c) is supplied to a band-pass filter 7 tuned to a carrier frequency f ₀ , which increases the signal-to-noise ratio (see Fig. 2d), then the envelope of the signal is extracted at detector 8 and noise (see fig.2d), which, after passing through the ADC 9, is fed to the computing unit 10, where a threshold level is set to select the binary code, then the signal envelope voltage with noise above the threshold level is taken as “1” and less than the threshold level beyond “0”.

Среднее значение амплитуды сигнала и шума могут неконтролируемо изменяться в широких пределах и если при этом пороговый уровень не изменять, это может привести к ошибкам при приеме бинарного сигнала. Для автоматической настройки порогового уровня для текущих значений амплитуд сигнала с шумом в вычислительном блоке 10 строят функцию распределения вероятности амплитуды огибающей сигнала с шумом за определенное время (см. фиг.3). Функция распределения вероятности будет иметь два максимума, левый максимум представляет собой среднюю амплитуду шумов и образуется, когда полезный сигнал отсутствует, что соответствует “0” в бинарном коде, правый максимум представляет собой среднюю амплитуду огибающей сигнала с шумом и образуется, когда полезный сигнал присутствует, что соответствует “1” в бинарном коде. Значения максимумов и их положения на функции распределения могут меняться в зависимости от амплитуды сигнала и амплитуды шума, но между двумя этими максимумами всегда будет минимум, в котором вероятность шума наименьшая, т.е. количество ложных срабатываний наименьшее. Очевидно, что это значение амплитуды целесообразно принять за пороговый уровень.The average value of the signal and noise amplitudes can vary uncontrollably over a wide range, and if the threshold level is not changed, this can lead to errors in the reception of a binary signal. To automatically adjust the threshold level for the current values of the amplitudes of the signal with noise in the computing unit 10, a probability distribution function of the amplitude of the envelope of the signal with noise for a certain time is constructed (see Fig. 3). The probability distribution function will have two maximums, the left maximum represents the average amplitude of the noise and is formed when the useful signal is absent, which corresponds to “0” in the binary code, the right maximum represents the average amplitude of the envelope of the signal with noise and is formed when the useful signal is present, which corresponds to “1” in binary code. The values of the maxima and their positions on the distribution function can vary depending on the signal amplitude and noise amplitude, but between these two maxima there will always be a minimum at which the noise probability is the smallest, i.e. the number of false positives is the smallest. Obviously, this value of the amplitude should be taken as a threshold level.

Данный способ позволяет автоматически настраивать пороговый уровень для различных значений амплитуд сигнала с шумом, что очень важно для бесперебойного приема информации из глубоких скважин по длинным линиям с большим уровнем широкополосных помех, как в канале связи, так и на поверхности, в частности на буровых.This method allows you to automatically adjust the threshold level for various values of the signal amplitudes with noise, which is very important for the uninterrupted reception of information from deep wells along long lines with a large level of broadband interference, both in the communication channel and on the surface, in particular, on drilling.

Claims

A method for receiving downhole information in a binary code, including filtering the received signal with noise, extracting the envelope of the filtered signal with noise, extracting the binary code by comparing the signal envelope with noise with a threshold level, characterized in that the probability distribution function of the signal amplitude with noise is continuously determined, determine the value of the amplitude of the signal with noise corresponding to a minimum on the probability distribution function, and this value is taken as a threshold level.