一种气体脉冲通讯编解码方法技术

本发明专利技术公开了一种气体脉冲通讯编解码方法，包括以下步骤：将井底传感器数据按传输协议序列化为逻辑比特位，根据逻辑比特位规则定义逻辑代码控制电磁阀，产生气体压力脉冲信号传导到地面压力传感器；记录气体压力脉冲信号在地面压力传感器的数据，计算地面压力传感器数据的差分数据，并在时间窗内根据差分波形将所述差分数据转化为逻辑代码，并将所述逻辑代码反序列化为应用数据。本发明专利技术采用压力差分波形进行解码，避免了地面压力需要很长响应时间与井底压力一致的问题，延迟很小，解决了逻辑1和逻辑0的可靠识别问题，极大提高了信噪比，并在定义的与约定的通讯协议帧长度一致的时间窗内进行解码，使每一帧数据传输起始时刻都得以同步。以同步。以同步。

【技术实现步骤摘要】
一种气体脉冲通讯编解码方法


[0001]本专利技术属于石油勘探开发领域，具体涉及一种气体脉冲通讯编解码方法。

技术介绍

[0002]气体钻井在大幅提高机械钻速方面有突出的贡献，但限制其发展的问题有井眼控制问题，尤其是气体钻定向井、水平井的随钻测量方面，其中数据传输是关键问题。在钻井过程中由于缺少了钻井液进行循环，因而不能使用理论和技术体系相对完善的泥浆脉冲信号传输方式(MWD)。另外由于气体相对与泥浆有较大的压缩系数，气体由压力脉冲编码存在以下问题需要解决：
[0003](1)气体压力脉冲信号传输到地面时存在较大的时间延迟，并且压力绝对值大小也与井底不同，井底编码方难以精确控制地面压力；
[0004](2)气体压力脉冲信号传输到地面时波形发生明显的变化，不再是阶跃信号，地面解码方难以精确匹配传输的起始时刻；
[0005](3)气体压力脉冲信号传输到地面时幅度非常弱，难以从噪声中提取有用信息；
[0006](4)气体压力脉冲信号传输到地面时不是规则的方波，难以通过压力脉冲绝对值的大小来判定识别信息数字编码的逻辑1和逻辑0。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种气体脉冲通讯编解码方法解决了空气钻通讯中压力脉冲编码和解码可靠识别的问题。
[0008]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种气体脉冲通讯编解码方法，包括以下步骤：
[0010]S1、将井底传感器数据按传输协议序列化为逻辑比特位，根据逻辑比特位规则定义逻辑代码控制电磁阀，产生气体压力脉冲信号传导到地面压力传感器；
[0011]S2、记录步骤S1中气体压力脉冲信号在地面压力传感器的数据，计算地面压力传感器数据的差分数据，并在时间窗内根据差分波形将所述差分数据转化为逻辑代码，并将所述逻辑代码反序列化为应用数据。
[0012]进一步地，步骤S1包括以下分步骤：
[0013]S11、根据传输协议，将一帧井底传感器数据序列化为逻辑0或者逻辑1的排列组合；
[0014]S12、按照排列顺序逐个取出分步骤S11中排列组合的比特位，如果是逻辑1，则关闭电磁阀t1秒，打开电磁阀t2秒，如果是逻辑0，则保持电磁阀打开t3秒；
[0015]S13、判断分步骤S12中是否取出所有比特位；若是则进入分步骤S14，否则跳转到分步骤S12；
[0016]S14、判断采样间隔时间是否满足要求；若是则跳转到分步骤S11，否则继续执行延时等待。
[0017]进一步地，步骤S11包括以下分步骤：
[0018]S111、确定起始位为逻辑1，停止位为逻辑0；
[0019]S112、根据奇偶校验算法确定校验位；
[0020]S113、将井底传感器量程内的浮点数映射到整数范围0到1023，利用无符号整数编码确定传感器数据位；
[0021]S114、根据传感器类型确定帧类型标志位。
[0022]进一步地，t1和t2之和为一个周期T，t2至少为t1的2倍，t3为一个周期T，T为1个比特的时长。
[0023]进一步地，步骤S2包括以下分步骤：
[0024]S21、确定与约定的通讯协议帧长度一致的时间窗；
[0025]S22、记录步骤S1中传输到地面压力传感器的数据；
[0026]S23、计算分步骤S22中的地面压力传感器数据相对于时间的差分数据，并缓存所述差分数据；
[0027]S24、判断分步骤S23中缓存的数据是否超过一个时间窗+半个比特；若是则进入分步骤S25，否则跳转到分步骤S22；
[0028]S25、将分步骤S24中超过一个时间窗+半个比特的差分数据转化为逻辑代码数据；
[0029]S26、判断分步骤S25中得到的逻辑代码数据是否通过合法性验证；若是则进入分步骤S27，否则时间窗向前推进半个比特；
[0030]S27、将分步骤S26中通过合法性验证的逻辑代码数据反序列化为应用数据；
[0031]S28、向前推进一个时间窗的距离，并跳转到分步骤S24。
[0032]进一步地，步骤S25包括以下分步骤：
[0033]S251、寻找步骤S23中缓存的差分数据的最佳匹配点；
[0034]S252、将时间窗头部与分步骤S251中的最佳匹配点对齐；
[0035]S253、在时间窗内按逐个比特位提取差分数据，判断比特位里的差分波形是否存在尖角波峰；若是则记此比特位为1，否则记此比特位为0。
[0036]进一步地，步骤S251包括以下分步骤：
[0037]S2511、以时间窗左边界为基点，基点单次推进0.5*B数据长度，确定数据长度为0.5*B内的所有差分样点，并分别以每个差分样点为起始比特的左边界；
[0038]S2512、对分步骤S2511中每个所述左边界对应的一帧数据内的所有比特位，按单个比特位内的差分样点求和并取绝对值，得到所有比特位的对应值；
[0039]S2513、计算每个所述左边界对应的一帧数据内所有比特位对应值的总和；
[0040]S2514、对比分步骤S2513中每个所述左边界对应一帧数据内计算得到的总和值，确定所述总和值中最大值对应的左边界，将所述左边界对应的差分样点确定为最佳匹配点。
[0041]进一步地，数据的合法性验证包括以下步骤：
[0042]S261、判断起始位是否为逻辑1；如是则进入步骤S262，否则判为数据合法性验证不通过；
[0043]S262、判断停止位是否为逻辑0；若是则进入步骤S263，否则判为数据合法性验证不通过；
[0044]S263、判断传感器数据位和帧类型标志位的校验计算结果是否与奇偶校验位一致；若是则通过数据合法性验证，否则数据合法性验证不通过。
[0045]进一步地，步骤S27包括以下分步骤：
[0046]S271、提取时间窗内各个比特位；
[0047]S272、合并传感器数据位数据并利用无符号整数解码；
[0048]S273、根据帧类型标志位确定传感器类型；
[0049]S274、将分步骤S272中解码得到的整数映射回分步骤S273确定的传感器的浮点数量程内。
[0050]本专利技术的有益效果为：
[0051](1)本专利技术采用压力差分波形进行解码，避免了地面压力需要很长响应时间与井底压力一致的问题，延迟很小；
[0052](2)本专利技术在定义的与约定的通讯协议帧长度一致的时间窗内进行解码，使每一帧数据传输起始时刻都得以同步；
[0053](3)本专利技术计算了地面压力传感器数据的差分数据，采用压力的差分数据作为分析的数据源而非压力本身，极大提高了信噪比；
[0054](4)本专利技术通过分析地面压力差分波形的走势，解决了逻辑1和逻辑0的可靠识别问题。
附图说明
[0055]图1为一种气体脉冲通讯编解码方法流程图；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体脉冲通讯编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将井底传感器数据按传输协议序列化为逻辑比特位，根据逻辑比特位规则定义逻辑代码控制电磁阀，产生气体压力脉冲信号传导到地面压力传感器；S2、记录步骤S1中气体压力脉冲信号在地面压力传感器的数据，计算地面压力传感器数据的差分数据，并在时间窗内根据差分波形将所述差分数据转化为逻辑代码，并将所述逻辑代码反序列化为应用数据。2.根据权利要求1所述的一种气体脉冲通讯编解码方法，其特征在于，步骤S1包括以下分步骤：S11、根据传输协议，将一帧井底传感器数据序列化为逻辑0或者逻辑1的排列组合；S12、按照排列顺序逐个取出分步骤S11中排列组合的比特位，如果是逻辑1，则关闭电磁阀t1秒，打开电磁阀t2秒，如果是逻辑0，则保持电磁阀打开t3秒；S13、判断分步骤S12中是否取出所有比特位；若是则进入分步骤S14，否则跳转到分步骤S12；S14、判断采样间隔时间是否满足要求；若是则跳转到分步骤S11，否则继续执行延时等待。3.根据权利要求2所述的一种气体脉冲通讯编解码方法，其特征在于，步骤S11包括以下分步骤：S111、确定起始位为逻辑1，停止位为逻辑0；S112、根据奇偶校验算法确定校验位；S113、将井底传感器量程内的浮点数映射到整数范围0到1023，利用无符号整数编码确定传感器数据位；S114、根据传感器类型确定帧类型标志位。4.根据权利要求2所述的一种气体脉冲通讯编解码方法，其特征在于，t1和t2之和为一个周期T，t2至少为t1的2倍，t3为一个周期T，T为1个比特的时长。5.根据权利要求1所述的一种气体脉冲通讯编解码方法，其特征在于，步骤S2包括以下分步骤：S21、确定与约定的通讯协议帧长度一致的时间窗；S22、记录步骤S1中传输到地面压力传感器的数据；S23、计算分步骤S22中的地面压力传感器数据相对于时间的差分数据，并缓存所述差分数据；S24、判断分步骤S23中缓存的数据是否超过一个时间窗+半个比特；若是则进入分步骤S25，否则跳转到分步骤S22；S25、将分步骤S24中超过一个时间窗+半个比特的差分数据转化为逻辑代码数据；S26、判断分步骤S25中得到的逻辑代码数据是否通过合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星宇，孟英峰，李皋，陈一健，龚林，李俊阳，
申请(专利权)人：成都皓瀚完井岩电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：