【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻进，尤其涉及一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法。
技术介绍
1、近年来为了进一步提高钻井效率，随钻测量mwd(measurement while drilling)系统所需传输的定向、地层特性和钻井参数等实时测井信息呈现出爆炸式增长趋势。
2、传统的正/负脉冲式mwd数据传输系统受限于较低的数据传输速率，已经成为制约mwd系统进一步发展的技术瓶颈。为了满足日益增加的信息量的需求，行业内提出了利用剪切阀实现泥浆连续波的技术方案。这种连续波数据传输技术可以显著提高mwd系统的数据传输速率，成为一种具有前景的替代性技术。随钻mwd泥浆连续波系统通过电机转子的连续运动实现对泥浆的截流效果，形成连续压力波。电机旋转阀转子的摆动频率可以达到40hz，并运用ook、fsk、psk等各种调制方式进行载波调制，从而可实现传输速率40bps。相比于正、负脉冲传输系统的最大传输速率5bps，随钻mwd泥浆连续波系统更能满足日益增长的井下数据传输需求。
3、但是这种方式产生的泥浆压力波信号是非标准正弦信号和非标准线性调频信号（lfm）信号，即发射端产生非线性畸变。特别是在实际应用中，同步曲线峰值受到噪声影响，尤其是随着深度增加，地面接收到的信号幅度逐步下降，从而导致了系统的同步精度逐步变差，进一步引发系统误码率增大，最终限制了mwd系统的有效传输深度；此外，泥浆信道中存在多次反射折射导致多径效应，在地面接收会产生多个同步峰值，叠加噪声影响易产生误同步。
技术实现思路>
1、鉴于上述，本专利技术旨在至少提供一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，以期提高同步的准确性和稳定性，大幅优化整个mwd系统的可靠性和传输性能。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其中包括：
4、井下经编码与调制形成泥浆压力波信号；
5、井上对经由泥浆信道传输的泥浆压力波信号进行初步噪声消除处理；
6、将初步消噪后的波形信号与本地波形信号进行初步同步；
7、井上根据初步同步结果对波形信号进行分数阶傅里叶变换，在分数域逐帧执行分离滤波处理以完成消噪；
8、对分离消噪后的波形信号进行二次同步；
9、基于二次同步结果对初步噪声消除后的波形信号进行井上解调与解码。
10、在其中至少一种可能的实现方式中，所述井上根据初步同步结果对波形信号进行分数阶傅里叶变换，在分数域逐帧执行分离滤波处理以完成消噪包括：
11、根据初步同步结果获得同步初始位置，并基于所述同步初始位置以及波形信号既定的帧结构，获得当前帧的同步头区域；
12、对波形信号对应于所述同步头区域的数据段进行分数阶傅里叶变换，通过不同分数域角度将同步信号与泵噪进行分离。
13、在其中至少一种可能的实现方式中，所述获得当前帧的同步头区域包括：
14、根据初步同步结果及帧结构确定同步信号的开始位置以及结束位置；
15、分别在开始位置以及结束位置之前和/或之后，加入预设的冗余区间，得到所述同步头区域。
16、在其中至少一种可能的实现方式中，所述将同步信号与泵噪进行分离包括：
17、在对同步头区域进行分数阶傅里叶变换时，对每个角度的波形信号进行峰值搜索；
18、仅保留最大峰值所对应角度的信号作为所需的目标信号，并进行分数阶傅里叶逆变换，获得分数域消噪后的同步信号。
19、在其中至少一种可能的实现方式中，所述初步噪声消除处理包括：
20、通过泵冲传感器学习泵噪频率并生成模拟泵噪波形；
21、在接收的泥浆压力波信号的波形中减去所述模拟泵噪波形，以消除泵噪。
22、第二方面，本专利技术提供了一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离装置，其中包括：
23、信号生成模块，用于井下经编码与调制形成泥浆压力波信号；
24、初步消噪模块，用于井上对经由泥浆信道传输的泥浆压力波信号进行初步噪声消除处理；
25、粗同步模块，用于将初步消噪后的波形信号与本地波形信号进行初步同步；
26、信噪分离模块，用于井上根据初步同步结果对波形信号进行分数阶傅里叶变换，在分数域逐帧执行分离滤波处理以完成消噪；
27、精同步模块，用于对分离消噪后的波形信号进行二次同步；
28、信号解析模块，用于对基于二次同步结果对初步噪声消除后的波形信号进行井上解调与解码。
29、在其中至少一种可能的实现方式中，所述信噪分离模块包括：
30、待处理数据段确定单元，用于根据初步同步结果获得同步初始位置，并基于所述同步初始位置以及波形信号既定的帧结构，获得当前帧的同步头区域；
31、信噪分离单元，用于对波形信号对应于所述同步头区域的数据段进行分数阶傅里叶变换，通过不同分数域角度将同步信号与泵噪进行分离。
32、第三方面，本专利技术提供了一种电子设备，其中包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个计算机程序，所述存储器可以采用非易失性存储介质，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，所述一个或多个计算机程序包括指令，当所述指令被所述设备执行时，使得所述电子设备执行如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的所述方法。
33、第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的所述方法。
34、第五方面，本专利技术还提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品被计算机执行时，用于执行第一方面或者第一方面的任一可能实现方式中的所述方法。在第五方面的一种可能的设计中，该产品涉及到的相关程序可以全部或者部分存储在与处理器封装在一起的存储器上，也可以部分或者全部存储在不与处理器封装在一起的存储介质上。
35、应当理解的是，本申请实施例的第二~五方面与本申请实施例的第一方面的技术方案一致，各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似，不再赘述。
36、本专利技术的主要设计构思在于，在井下经编码与调制形成泥浆压力波信号，井上对通过泥浆连续波信道传输的泥浆压力波信号进行初步消噪处理，并将初步消噪后的信号与本地信号进行粗同步；之后结合粗同步结果，仅采用分数阶傅里叶变换，通过不同信号在分数域的不同特征表现进行同步信号与噪声信号的分离，之后再转换到时域中进行精同步处理，从而达到提高地面接收端同步信号信噪比和同步精度的目的，最后基于精同步结果将初步消噪后的压力波信号进行井上解调与解码。相比于传统方案，本专利技术针对随钻mwd系统存在的特殊噪声及其特殊的分数域特性，至少进行两轮同步以及两轮消噪处理，从而有效提高随钻测量信号同步的准确性和稳定性，大幅优化整个mwd本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述井上根据初步同步结果对波形信号进行分数阶傅里叶变换，在分数域逐帧执行分离滤波处理以完成消噪包括：
3.根据权利要求2所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述获得当前帧的同步头区域包括：
4.根据权利要求2所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述将同步信号与泵噪进行分离包括：
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述初步噪声消除处理包括：
6.一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离装置，其特征在于，所述信噪分离模块包括：
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~5任一项所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述井上根据初步同步结果对波形信号进行分数阶傅里叶变换，在分数域逐帧执行分离滤波处理以完成消噪包括：
3.根据权利要求2所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述获得当前帧的同步头区域包括：
4.根据权利要求2所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于，所述将同步信号与泵噪进行分离包括：
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于分数阶傅里叶变换的同步信号与泵噪分离方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧晶，张文秀，杜建生，何新振，吴晖，王煜亮，肖继文，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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