基于PLM编码的泥浆脉冲信号提取算法研究

无线随钻测量(measurement while drilling,MWD)中泥浆脉冲信号的提取和正确识别是石油钻井施工中的一个关键技术,它决定着石油钻井过程中井眼轨迹是否正确。对泥浆脉冲信号进行了数值模拟,阐明了它的信号特征。针对PLM(pulse location management)编码的泥浆脉冲信号提取和识别问题,采用二次相关去噪算法,对泥浆脉冲信号的噪声去除进行了研究;在此基础上,运用局部特征和波形特征识别相结合算法,对PLM编码的泥浆脉冲信号位置进行了准确识别;为泥浆脉冲信号的提取和准确识别奠定了基础。最后现场试验结果表明:该算法简单实用,符合工程应用要求。     

随钻测量钻具重力加速度提取方法

针对随钻测量(MWD)中钻具重力加速度受振动干扰大引起的井斜角解算严重失真问题,提出基于联邦自适应无迹卡尔曼滤波(FAUKF)的钻具重力加速度提取方法。首先,建立无重置结构的联邦重力信息融合提取框架,选取基于陀螺仪数据的递推重力值作为联邦滤波的公共参考值,分别与解耦的地磁数据观测的重力加速度组合作为子滤波器1,与加速度计数据观测的重力加速度组合作为子滤波器2。然后,对子滤波器的重力状态进行无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,期间根据地磁数据观测重力值的抗振性优于加速计的特性,设计子滤波器2对应的抗振因子,再根据陀螺仪短时精度高的输出特性,找到基于陀螺仪数据解耦的地磁参考斜率值,来设计子滤波器1对应的抗磁因子,提升子滤波器性能,接着用自适应开窗因子来确定开窗估计法则中的开窗值,调节新息协方差,通过对新息协方差的估计实现子滤波器量测噪声协方差的实时估计,提高无迹卡尔曼滤波算法精度,进而得到可靠的重力信息局部自适应估计值。最后通过联邦信息融合,进一步得到重力信息的全局估计。通过模拟钻进和实钻实验结果表明,FAUKF算法和FKF算法相比,井斜角误差减小了±1.9°,FAUKF算法下的井斜角误差可控制...     

基于递归最小二乘的单通道混合信号时延估计算法

针对单通道混合信号的时延估计问题,提出了一种基于递归最小二乘(recursive least squares,RLS)的算法,将时延估计分为了基于循环统计量的粗估计和基于RLS的细估计过程,用二乘方的时间平均准则,对时延粗估计值进行迭代更新,完成整个估计过程.该算法结构简单,收敛速度快,估计精度提升明显,但较依赖于两路...     

基于差分技术的双向工频通信信号提取

双向工频电力通信的基本原理是利用工频电压基波波形过零信息实现信号的调制和解调。针对双向工频电力通信信号的特点,分析了其独特的信号编码方式,利用信号编码的正交特性,实现了输入信号的多路传输,提高了通信效率;提出了基于差分技术的工频通信信号的提取,该方法可有效消除谐波对TW ACS信号的影响,并增加信号强度。理论分析和仿真结果证明了该方法的可行性。     

基于DPCM算法的随钻测量数据压缩方法的研究

由于钻井液信道传输带宽有限、钻井液压力波信号的产生速率有待提高,因此,设计新型钻井液压力波信号发生器与引进数据压缩技术成为大幅提高井下信息传输效率的有效途径.通过对井下的各种随钻测量数据的分析发现其连续性较好,数据量值变化平缓,具有很强的相关性,采用基于差分脉冲编码(DPCM)的预测编码方法可以对井下数据进行大幅的压缩,在不改变现有硬件的基础上实现了数据传输速度的翻倍,而失真度则保持在可控范围之内.     

基于多小波的多态性局部放电信号提取算法

受放电机理、传播路径等因素的影响,局部放电信号往往呈现出多种形态,基于单一小波基函数的小波分析难以处理这样多态性的问题。为此,文中引入了具有多个小波基函数的多小波。针对不同形态的局部放电信号,分别进行了大量的仿真分析,以均方误差为衡量指标,研究多小波在不同局部放电模型下的消噪效果,并寻求最佳的消噪参数。在此基础上,将多小波用于提取多态性的局部放电信号,并与已有的文献进行比较。仿真和实测信号的处理结果表明,选择合适的参数,在提取多态性局放信号时,多小波具有明显优于最优小波及小波集合的性能。     

基于时分处理的BOC信号通道时延标定算法

卫星导航信号发射通道的设备自身时延是星地组合时延的一个部分,卫星在地面测试中必须进行通道时延标定。针对导航卫星BOC（binary offset carrier）调制导航信号发射通道绝对时延,提出了一种采用时分处理的时延标定算法。在完成导航卫星输出BOC导航信号和时间保持系统产生的秒脉冲信号双通道同步采样后,在数字域对BOC采样信号进行预处理和串并变换,将高速数据流变换为多路低速率数据流,对每路信号频率码相位捕获,从而得到BOC信号发射通道绝对时延。计算机仿真表明在采样率10 Gsa/s时提出算法的标定不确定度优于0.2 ns。     

差分对信号完整性分析

在高速数字电路设计中,差分对传输线可以有效地提高信号质量。应用Cadence软件与IBIS模型对三星S3C6410硬件印制电路板（PCB）中的移动DDRSDRAM进行了差分时钟信号完整性（SD及“眼图”仿真设计。以布线前仿真为指导寻找较优的阻抗控制布线策略,用布线后仿真来验证实际布线的信号质量。仿真结果表明：合适的阻抗控制有利于差分对信号质量的改善。该设计方法对差分对及sI设计具有借鉴意义。     

小波神经网络在无线随钻测量系统在泥浆信号检测中的应用研究

本文首先对石油工程无线随钻测量系统中的泥浆脉冲信号以及存在的噪声干扰源进行了详细地分析,接着讨论了运用小波神经网络阈值去噪处理技术从频率不固定的多频强噪声背景下检测出有效信号的方法.实际处理结果表明,小波神经网络阈值去噪处理是一种行之有效的泥浆脉冲信号检测方法,具有一定的实用价值.     

无线随钻泥浆信号小波包去噪处理

提出一种基于高阶统计量的小波包去噪新方法。该方法充分结合了小波包多分辨率分析和高阶量的抗高斯干扰特性:首先利用小波包多分辨率分析的特点去除泵噪声;接着计算小波包分解的各尺度的四阶累积量,从信号和噪声的统计特性出发进行信噪分离,有效滤除只含噪声的小波树节点;最后通过计算小波系数与信号的三重相关系数来对信号进行阈值处理,从而达到对信号进行降噪的目的。实际结果表明,基于高阶统计量的小波包去噪处理是一种行之有效的泥浆脉冲信号检测方法,具有一定的实用价值。     

有源交变磁场导向定位方法及实验研究

以往传统的随钻测量设备无法满足复杂结构井钻井技术高可靠,高精度的需求.为了精确钻进井眼轨迹,提出了1种基于有源交变磁场导向定位的钻井测量技术.通过研究旋转正交磁偶极子在空间的传播特性,利用低频交变磁场作为信号源,经目标靶区磁场信号采集与处理,结合常规随钻测量技术,计算出钻头与目标靶点间的相对方位和距离偏差,进而为钻进工...     

基于RDC的随钻角度测量系统设计与实现

设计了一种可以在井下等高温恶劣环境中持续稳定可靠工作的测量系统,采用了由旋转变压器-RDC构成的随钻角度测量系统.介绍了该测角系统的设计原理,设计并实现了旋转变压器的信号处理电路.为了提高测角系统的可靠性和精度,对软件解码出来的角度增加了一个观测器,可以根据观察到的误差采取纠正措施和误差补偿.测试的数据表明,该系统测量精度高,能把误差降低到在0.1°以内,能长期持续稳定的工作,可靠性好,完全可以满足井下角度实时监测的要求.     

基于小波变换和模式识别随钻测量系统通信信号处理方法研究

基于泥浆脉冲信道的通信信号处理是石油随钻测量系统的关键技术之一。针对恶劣工况环境下的泥浆脉冲信号数据处理,分析了泥浆脉冲信道衰减特点及其噪声特性,建立了泥浆脉冲信号的滤波、识别模型,给出结合小波变换、相关滤波、模式识别、聚类相关的组合处理方法,避免了以 FIR滤波、门限法识别的组合方法,其实时性差、门限值对解码结果影响大的局限性。现场测试结果表明,该方法能够有效解算井下测量数据,改善了信号识别率,提高了实时性。     

基于编码信号时间内插的高精度时间间隔测量方法

受测量方法和器件性能的制约,对单次测量精度达到亚皮秒(1 ps)量级的事件计时技术的研究是一个亟待解决的难题。提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,利用声表面波编码器件作为时间内插器,将时间内插法和编码信号自相关函数的高信噪比特性相结合,并利用一种完全有别于传统的时域互相关对时延进行测量的算法,从而可以大幅提高时间间隔测量的精度。实验结果表明,当时间内插信号采用带宽40 MHz、时宽5μs、中心频率150 MHz的线性调频信号时,可以获得0.48 ps测量精度。该方法是一种可靠、稳定、实用的高精度时间间隔测量方法,单次测量精度能够达到亚皮秒量级。     

基于分段CEEMD降噪的时延估计研究

为了提高信号非平稳、采样点数较多条件下的时延估计精度和速度,提出了一种基于分段CEEMD降噪的广义互相关时延估计方法。该方法首先将原始信号划分为等长的小信号段,再利用CEEMD阈值降噪方法滤除各小段信号的噪声成分,连接降噪小信号段构成原始信号的降噪信号,最后根据降噪信号的互相关峰值来估计时延。针对该方法中的分段段数和添噪次数的选取问题,在研究这两个参数对仿真人走动信号降噪精度和计算耗时等性能的影响的基础上,给出了参数的具体选择范围。将该方法应用于声定位系统的时延估计中,结果表明:在信号采样点数较多、低信噪比的情况下该方法仍能够较为快速、准确地估计时延。     

基于MGMA的随钻陀螺仪误差在线补偿

针对随钻测量MEMS陀螺仪输出精度低的问题,提出一种基于磁 重力蜉蝣算法(MGMA)的陀螺误差在线补偿方法。首先,分析随钻陀螺误差来源并推导出误差补偿模型;其次,利用MEMS加速度计无累积误差的特点,根据重力向量叉乘得到向量夹角作为目标函数;此外,考虑到实际钻进时强振动和冲击对加速度计输出的不利影响,利用MEMS磁强计抗振的特点,设计磁模值相对误差约束条件。然后,在MA基础上,针对随钻恶劣环境影响下的陀螺误差参数不断变化问题,根据陀螺和磁强计输出之间的关系自适应确定搜索上下界;并利用重力模值相对误差设计惯性权重,平衡算法的全局探索和局部开发能力;最后,利用磁 重力模值相对误差在子代中引入变异扰动策略,减小陷入局部最优的可能。实验结果表明,经MGMA补偿后的陀螺输出误差明显减小,井斜角误差由9.75°降低至1.52°,且相比于PSO和MA算法具有速度快、精度高的优势。     

基于盲信号提取的机械振动信号消噪方法研究

实际环境中,利用传感器测取的机械振动信号中,不可避免的混有来自相邻机械设备及周围环境的噪声干扰,这些噪声对于利用振动信号进行状态检测和故障诊断是很不利的。为了消除机械振动信号中的噪声,本文利用盲信号提取的特征提取特性,提出了一种新颖的噪声消除方法。该方法利用高阶累积量近似信号峭度建立代价函数,通过计算代价函数的梯度不断修正分离矩阵的估计,从而达到分离混合信号的目的。仿真试验在Matlab环境下进行,源信号采用故障轴承缺陷部位所产生的冲击振动信号。分离结果证明该方法能成功提取源信号,有效去除了噪声。     

基于改进S变换的非稳态信号的电能计量方法研究

随着智能电网的不断发展,非线性负荷大量接入电网,产生的非稳态信号对电能计量造成了影响。为了提高非稳态信号的时频分辨率,本文在S变换的基础上,针对电网非稳态信号的特征并根据窗函数设计原则改进了高斯窗尺度因子σ。此外,为保证非稳态信号下计量的精确性和合理性,应实现基波电能和畸变电能的分开计量,为此本文提出基于改进S变换的电能计量方法,利用改进S变换优秀的时频分辨率实现基波电能和畸变电能的分解重构。通过对几个典型的非线性负荷信号的仿真验证了改进S变换算法在电能计量上的优越性和有效性。