Способ приемопередачи забойной информации

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к забойным телеметрическим системам с беспроводными каналами связи. Техническим результатом является повышение достоверности принимаемой информации. Технический результат достигается тем, что в способе приемопередачи забойной информации, включающем передачу по каналу связи частотно-модулированного бинарного сигнала в виде последовательности пакетов битов, прием зашумленного сигнала, фильтрацию и выделение его огибающей и длительности пакетов принимаемых битов путем сравнения текущего уровня огибающей с заданным пороговым уровнем, определение количества принимаемых битов в пакетах путем вычисления отношения длительностей пакетов принимаемых битов к длительности одного передаваемого бита, и определяют дробную часть отношения длительностей пакетов принимаемых битов к длительности одного передаваемого бита, находят математическое ожидание величины этой дробной части, по которому определяют математическое ожидание разности между длительностями передаваемого и принимаемого пакетов битов, являющееся аддитивной поправкой при определении скорректированных длительностей принимаемых пакетов битов и количества битов в пакетах. 3 ил.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано в забойных телеметрических системах с беспроводным (например, гидро-, радио- и др.) каналами связи.

Характерной особенностью сигналов, передаваемых по указанным каналам связи, является высокий уровень зашумленности (отношение сигнал/шум зачастую достигает -40÷-60 дб и более), вследствие чего выделение слабого информативного сигнала на фоне мощных помех превращается в сложную техническую задачу.

Известен способ преобразования сигнала случайного процесса, содержащего бинарную информацию, заключающийся в последовательном отсчете данных о значениях сигнала, а также выделении моментов изменения знаков первой производной сигнала случайного процесса (см. патент 2072563, кл. G 08 С 19/28, опубл. 1993 г.).

Недостатком способа является большое количество сложнореализуемых специальных операций для определения моментов изменения знаков производной, связанных с формированием сетки частот для получения эталонных уровней, что в конечном итоге ведет к росту временных и аппаратурных затрат.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ передачи информации, известный из устройства, защищенного а.с. 1594581, кл. G 08 С 19/28, опубл. 1988 г., включающий передачу сигнала по линии связи к приемному устройству, которое осуществляет усреднение зашумленного сигнала фильтрами, выделение его огибающей детектором, выделение полезного сигнала на фоне шумов путем сравнения пороговым элементом огибающей с пороговым уровнем, пропорциональным отношению сигнал/помеха.

Недостатком этого способа является низкая помехоустойчивость вследствие неоптимальности использования данных, полученных при усреднении отношения сигнал/помеха по времени, в результате чего это отношение на приемной стороне не может изменяться более чем на 6-20 дб.

Целью изобретения является повышение достоверности принимаемой информации путем измерения характеристик случайной помехи при усреднении входного зашумленного сигнала по времени.

Поставленная цель достигается тем, что в способе приемопередачи информации, включающем передачу по каналу связи частотно-модулированного бинарного сигнала в виде последовательности пакетов битов, прием зашумленного сигнала, фильтрацию и выделение его огибающей и длительностей пакетов принимаемых битов путем сравнения текущего уровня огибающей с заданным пороговым уровнем, определение количества битов в пакетах путем вычисления отношения длительностей пакетов принимаемых битов и длительности одного передаваемого бита, находят математическое ожидание величины этой дробной части, по которому определяют математическое ожидание разности между длительностями передаваемого и принимаемого пакетов битов, являющегося аддитивной поправкой при определении скорректированных длительностей пакетов битов и количества битов в пакетах.

Сущность заявленного способа заключается в коррекции влияния случайной помехи при приеме информационного сигнала в бинарном коде.

Способ приемопередачи забойной информации поясняется чертежами: на фиг.1 изображены эпюры информационного сигнала в процессе прохождения его по каналу связи; на фиг.2 изображена гистограмма распределения вероятностей значений дробной части отношения длительностей пакетов принимаемых битов к длительности одного передаваемого бита; на фиг.3 изображено устройство как пример реализации заявленного способа.

Устройство содержит забойный датчик 1, генератор 2 несущей частоты f₀= I/t₀ с периодом t₀, модулятор 3. Эти элементы расположены в забойном блоке 4, который связан каналом связи 5 с приемным устройством 6, в состав которого входят последовательно соединенные входной усилитель 7, фильтр 8, демодулятор 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10. К приемному устройству 6 подключен персональный компьютер 11.

Сигнал с забойного датчика 1 преобразуется в бинарный код (см. фиг.1б) и поступает на модулятор 3, в котором бинарный код модулирует частоту f₀ (см. фиг. 1а), поступающую с генератора 2. Частотно-модулированный бинарный код (см. фиг. 1в) по каналу связи 5 передается на приемное устройство 6. При прохождении по каналу связи 5 он подвергается возмущающим воздействиям, например, таким как затухание, фазовые сдвиги, помехи, шумы и т.д. Таким образом, на вход приемного устройства 6, входным каскадом которого является входной усилитель 7, поступает ослабленный, зашумленный и искаженный сигнал. После усиления и прохождения его через фильтр 8, настроенный на несущую частоту f₀, сигнал принимает вид, показанный на фиг.1г, а затем поступает на демодулятор 9 для выделения огибающей (см. фиг.1д) с последующей ее оцифровкой в АЦП 10 и далее на обработку в персональный компьютер (ПК) 11. В ПК 11 задаются время усреднения принимаемого сигнала и пороговый уровень U₀. Сравнив с U₀ огибающую полученных сигналов, получаем бинарный код, который несет информацию с забойных датчиков 1 (см.фиг.1е). Однако фронт и спад импульсов, представляющих этот бинарный код, будут нестабильными во времени, т. к. момент равенства уровня принимаемого сигнала с пороговым уровнем U₀ ecть величина случайная, зависящая от вышеперечисленных возмущающих воздействий.

Импульсы Т_r, сформированные из огибающей принимаемого сигнала, несут информацию о количестве передаваемых битов. Измерив длительность принятых импульсов Т_r и зная длительность Т одного передаваемого бита, можно определить количество m принятых битов как отношение m=T_r/T. В общем случае из-за нестабильности фронтов и спадов импульсов Т_r результат этого отношения будет содержать как целую, так и дробную части: m=T_r/T=m_c+m_r, где m_c - целая часть числа m, принадлежащая натуральному ряду чисел; 0≤m_r<1 - дробная часть числа m.

На фиг.2 представлена гистограмма распределения вероятностей дробных частей m_r отношения T_r/T, полученных экспериментальным путем для времени усреднения, соответствующего N=100 пакетам Т_r принятых битов и α=10, т.е. разбиению интервала [0, 1] дробной части m_r на 10 подинтервалов через Δm=0,1.

Гистограмма имеет выраженный максимум, математическое ожидание которого может быть определено по формуле где m_r - значение дробной части отношения T_r/T; N_r - число реализации, в которых значение m_r; осуществлялось в заданных подинтервалах Δm=m_r-m_r-1; α - число заданных подинтервалов для возможных значений m_r; N - общее число реализации m_r за время усреднения.

С учетом (1) математическое ожидание длительности принимаемого бита Т может быть записано как Т=m_r•Т, а поправка ΔT для определения длительности принимаемых битов находится как разность между длительностями Т передаваемого бита и математического ожидания Т принимаемого бита, т.е.

Эта поправка прибавляется к длительности пакетов принимаемых битов Т_m= T_r+ΔT, после чего скорректированная длительность Т_m измеряется в единицах длительности одного передаваемого бита Т, и далее по известным правилам определяется число битов в пакете.

Для экспериментальных данных, приведенных на фиг, 2 математическое ожидание дробной части m_r согласно формуле (1) будет равно:

Поправка для этого случая согласно формуле (2) равна
ΔТ=Т(1-0,7)=0,3.

Таким образом, введение в способ процедуры измерения усредненной по времени дробной части отношения длительности пакетов принимаемых битов к длительности передаваемого бита позволяет повысить помехоустойчивость и улучшить достоверность принимаемых бинарных сообщений.

Формула изобретения

Способ приемопередачи забойной информации, включающий передачу по каналу связи частотно-модулированного бинарного сигнала в виде последовательности пакетов битов, прием зашумленного сигнала, фильтрацию и выделение его огибающей, и длительностей пакетов принимаемых битов путем сравнение огибающей с заданным пороговым уровнем, определение количества принимаемых битов в пакетах путем вычисления отношения длительностей пакетов принимаемых битов к длительности одного передаваемого бита, отличающийся тем, что определяют дробную часть отношения длительностей пакетов принимаемых битов к длительности одного передаваемого бита, находят математическое ожидание величины этой дробной части, по которому определяют математическое ожидание разности между длительностями передаваемого и принимаемого пакетов битов, являющееся аддитивной поправкой при определении скорректированных длительностей принимаемых пакетов битов и количества битов в пакетах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3