一种自适应的井下声学通信装置及方法与流程

本发明属于井下声学通信，尤其涉及一种自适应的井下声学通信装置及方法。

背景技术：

1、井下声学通信是一种利用声波在水井、油井、气井等地下或水下环境中传输信息的技术。与电磁波通信相比，声波不容易受到电磁干扰，特别是在强电磁环境下，声学通信能够保持较为稳定的信号传输。同时，井下声学通信设备具有成本较低、易于部署和维护等优点。这使得声学通信在远程井下监测、数据采集等场景中得到广泛运用，具有很重要的使用价值。

2、在实际应用中，由于地下环境的复杂性，信号传输容易受到干扰或衰减，从而影响通信质量。通过利用自适应技术，可以根据井下环境的变化实时调整通信参数，从而优化信号传输效率和增强抗干扰能力。这使得通信质量更加稳定，能够适应不同的地下介质和复杂条件。此外，自适应技术还能够延长信号传输距离，减少信号衰减，提高数据传输的可靠性，提高井下设备和人员的实时监控与数据传输效果。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种自适应的井下声学通信装置及方法。

2、本发明的一种自适应的井下声学通信装置，所述装置包括：

3、声信号发射器，用于产生工作频带内的第一脉冲信号；

4、功率放大器，用于获取所述第一脉冲信号并进行功率放大；

5、井口换能器，用于将功率放大后的第一脉冲信号发射到井下；

6、井中换能器，用于接收所述第一脉冲信号，向井口发射第二脉冲信号并记录发射时间；

7、深度传感器，用于测量所述井中换能器在井中的深度信息；

8、信号采集处理器，用于获取所述第一脉冲信号的发射时间和所述井口换能器接收到所述第二脉冲信号的接收时间，并根据所述深度信息进行计算，确定所述井中换能器的精确深度；

9、信号分析仪，用于获取并分析所述第一脉冲信号的信噪比和所述第二脉冲信号的信噪比，自适应调整所述井中换能器或所述井口换能器发射的信号频率；

10、所述声信号发射器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器输出端与所述井口换能器的一端连接，所述井口换能器的另一端分别与所述信号采集处理器和所述信号分析仪连接，所述井中换能器与所述深度传感器连接。

11、进一步地，所述信号分析仪包括：

12、判断模块，用于获取并分析所述第一脉冲信号的信噪比和所述第二脉冲信号的信噪比；当所述第二脉冲信号的信噪比小于第一预设信噪比时，判断所述第二脉冲信号的信噪比是否小于第二预设信噪比，自适应调整所述井中换能器或所述井口换能器发射的信号频率；当所述第二脉冲信号的信噪比大于第一预设信噪比，则进行解码处理。

13、进一步地，所述信号采集处理器包括：

14、验证模块，用于获取所述第一脉冲信号的发射时间和所述井口换能器接收到所述第二脉冲信号的接收时间，并根据所述深度信息进行解码处理；

15、当解码处理失败，则自适应调整所述井中换能器发射的信号频率和所述井口换能器发射的信号频率；

16、当解码处理成功，确定所述井中换能器的精确深度。

17、进一步地，所述声信号发射器产生的第一脉冲信号的频率范围为5khz～20khz。

18、进一步地，所述功率放大器对第一脉冲信号的功率放大为线性放大。

19、进一步地，所述深度传感器的测量精度误差不超过1m。

20、进一步地，所述信号采集处理器的采样频率为第二脉冲信号频率的10倍以上。

21、进一步地，所述信号分析仪的信噪比分析精度为0.1db。

22、本发明还提供了一种自适应的井下声学通信方法，所述方法包括：

23、声信号发射器产生工作频带内的第一脉冲信号；

24、功率放大器获取所述第一脉冲信号并进行功率放大；

25、井口换能器将功率放大后的第一脉冲信号发射到井下；

26、井中换能器接收所述第一脉冲信号，向井口发射第二脉冲信号并记录发射时间；

27、深度传感器测量所述井中换能器在井中的深度信息；

28、信号采集处理器获取所述第一脉冲信号的发射时间和所述井口换能器接收到所述第二脉冲信号的接收时间，并根据所述深度信息进行计算，确定所述井中换能器的精确深度；

29、信号分析仪获取并分析所述第一脉冲信号的信噪比和所述第二脉冲信号的信噪比，自适应调整所述井中换能器或所述井口换能器发射的信号频率。

30、进一步地，所述信号分析仪获取并分析所述第一脉冲信号的信噪比和所述第二脉冲信号的信噪比，自适应调整所述井中换能器或所述井口换能器发射的信号频率，具体包括：

31、获取并分析所述第一脉冲信号的信噪比和所述第二脉冲信号的信噪比；当所述第二脉冲信号的信噪比小于第一预设信噪比时，判断所述第二脉冲信号的信噪比是否小于第二预设信噪比，自适应调整所述井中换能器或所述井口换能器发射的信号频率；当所述第二脉冲信号的信噪比大于第一预设信噪比，则进行解码处理。

32、进一步地，所述信号采集处理器获取所述第一脉冲信号的发射时间和所述井口换能器接收到所述第二脉冲信号的接收时间，并根据所述深度信息进行计算，确定所述井中换能器的精确深度，具体包括：

33、获取所述第一脉冲信号的发射时间和所述井口换能器接收到所述第二脉冲信号的接收时间，并根据所述深度信息进行解码处理；

34、当解码处理失败，则自适应调整所述井中换能器发射的信号频率和所述井口换能器发射的信号频率；

35、当解码处理成功，确定所述井中换能器的精确深度。

36、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

37、本发明提供了一种自适应的井下声学通信装置及方法，首先利用声信号发射器产生工作频带内的第一脉冲信号，其次利用功率放大器获取第一脉冲信号并进行功率放大，井口换能器将功率放大后的第一脉冲信号发射到井下；接着井中换能器接收井口发射的第一脉冲信号，在接收到第一脉冲信号后，向井口发射第二脉冲信号并记录发射信号的时间；通过深度传感器测量井中换能器在井中的深度信息；基于信号采集处理器采集第二脉冲信号，并确认接收信号的时间；最后通过信号分析仪获取并分析第一脉冲信号的信噪比、第二脉冲信号的信噪比和深度信息，自适应调整井中换能器或井口换能器的发射信号的频率，并确定井中换能器在井中的精确深度。通过对井下物体进行实时追踪，及时掌握井下物体的动态与状况，提高现场应用的准确性和及时性，降低井下复杂和现场施工风险。

1.一种自适应的井下声学通信装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号分析仪包括：

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采集处理器包括：

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

9.一种自适应的井下声学通信方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信号分析仪获取并分析所述第一脉冲信号的信噪比和所述第二脉冲信号的信噪比，自适应调整所述井中换能器或所述井口换能器发射的信号频率，具体包括：

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信号采集处理器获取所述第一脉冲信号的发射时间和所述井口换能器接收到所述第二脉冲信号的接收时间，并根据所述深度信息进行计算，确定所述井中换能器的精确深度，具体包括：