[发明专利]一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法

说明书

本发明提供了一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，包括：步骤一，布局传感器；步骤二，采集背景噪声信号；步骤三，计算传递函数；步骤四，EMD域谱相减滤波；步骤五，解卷积滤波。本发明提供的基于钻杆传播的声波信号处理方法，相对于传统的钻杆声波通信与识别方法，能够带来两部分的改进和提升，一是采用EMD域相减滤波方法解决了随钻测量声波通信中背景噪声问题，提高接收信号的信噪比。二是采用解卷积消除传递函数不平坦引起的波形畸变效应，显著提升波形的识别率。振动传感器1和3用于检测背景噪声和识别系统响应函数，振动传感器2和4用于实时接收声波发射装置的数字电信号，通过EMD域相减滤除背景噪声的干扰，提高信号信噪比。

技术领域

本发明属于煤矿坑道钻探技术领域，涉及随钻测量，具体涉及一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法。

背景技术

随钻测量定向钻进技术是煤矿井下钻孔施工重要工艺方法，具有钻孔轨迹可测可控、顺目标地层延伸距离长、超前覆盖区域大、施工量显著提高等优点。为了将煤矿井下中随钻测量参数实时传输到地面接收单元，需要使用可靠的传输媒介和通信方法，声波传输技术是矿用随钻测量系统的一种可靠的无线通信方式，其以钻杆柱作为信号传输通道，以钻杆柱中传播的声波为信息载体进行数据传输，可与各类常规钻杆和异形钻杆配套使用，不受钻进冲孔介质影响，且信号传输速率较快，结构简单，通用性强，能满足短距离(300米以内)常规钻孔轨迹随钻测量的需要，解决常规钻孔施工过程中的无效钻进问题。

随钻测量数据声波传输的工作原理是：首先，在发射端使用测斜传感器采集近钻头姿态参数。然后将钻头姿态参数信息通过编码器转换成数字电信号，激励声波发射换能器发射声波，将待传输的数字电信号转换成声信号在钻杆信道中传输。最后，在接收端安装振动传感器获取钻杆传输的声波，将声信号转换成电信号，并进行译码和识别，恢复出原始信息。

接收端的声波信号的质量成为影响随钻测量声波通信的关键因素，声波在钻杆传输过程中，由于矿下复杂的工况会产生大量的低频噪声信号，从而降低了接收端的信号信噪比。

另一方面，由于多节钻杆之间采用螺纹连接形式，且截面是变化的，在钻杆接头处的声阻抗不匹配，声波通过钻柱的传播会产生衰减和散射，因此整体的传递函数呈现衰减性、非平坦的特点。

受背景噪声和传递函数不平坦的影响，接收的声波信号变“模糊”，信噪比进一步降低，影响声波信号的识别和解调，导致声波通信的误码率上升。

为了解决以上问题，需要对接收的声波信号进行有效滤波，从接收的带噪声的混合信号信号中恢复出原始发送信号。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，解决现有技术中随钻测量声波通信中背景噪声和传递函数不平坦引起的接收声波信噪比低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于钻杆传播的声波信号测量与处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，布局传感器：

在接收端布局双通道声波接收传感器；所述的双通道声波接收传感器包括振动传感器1、振动传感器2、振动传感器3和振动传感器4。

所述的振动传感器1和振动传感器3用于采集背景噪声和用于响应测量。

所述的振动传感器2和振动传感器4用于实时采集钻孔中编码振动信号。

所述的振动传感器1和振动传感器3的灵敏度均大于所述的振动传感器2和振动传感器4的灵敏度。

步骤二，采集背景噪声信号：