基于FPGA的井下随钻数据压缩方法和系统与流程

技术特征：
1.一种基于fpga的井下随钻数据压缩系统，其特征在于，包括输入接口模块、数据预处理模块、具有控制逻辑的帧间预测模块、huffman编码模块、以及输出接口模块，其中，所述输入接口模块接收来自井下随钻测量仪器采集器得到的控制信号和以帧形式发送的数据信号，并将所述数据信号去除帧头和帧尾后剩余的帧格式相同的第一数据传送至数据预处理模块，将控制信号传送至所述控制逻辑；所述数据预处理模块每接收完第一数据中的一帧数据后，采用异步时钟fifo并用计数器分别判断物理量和位数进行拆分处理，以得到第二数据，所述第二数据的每帧包含多个不同的物理量，且每个物理量具有7～12位数据位数；所述帧间预测模块还具有当前帧存储器、参考帧存储器、以及运算器，当前帧存储器和参考帧存储器分别与所述控制逻辑连接，所述帧间预测模块能够将第二数据中的n个帧作为一帧组进行帧间预测，其中，每帧组传送至所述huffman编码模块的第三数据为该帧组的第一帧数据和该帧组中相邻帧之间相减得到的n-1个差值，每个差值包括多个预测残差；所述huffman编码模块包括与所述运算器连接的huffman码表、以及与所述控制逻辑连接的计数器、数据移位寄存器和fifo缓存，并能够将第三数据寻址查询huffman码表得到的不定长码值通过计数器、数据移位寄存器和fifo缓存转化为定长值的第四数据，huffman码表所存的多行码字分别对应于所述预测残差的取值范围中的所有数值；所述输出接口模块分别与所述计数器和数据移位寄存器和所述控制逻辑连接，并能够将第四数据处理为满足随钻测量仪器的采集器与编码器之间的数据总线的技术要求的第五数据后，传送至随钻测量仪器的编码器，并向随钻测量仪器的控制总线提供所需的控制和状态信号。2.根据权利要求1所述的基于fpga的井下随钻数据压缩系统，其特征在于，所述差值通过将第i帧数据存入参考帧存储器，第i 1帧数据存入当前帧存储器，并用当前帧存储器中的当前帧数据和参考帧存储器中的参考帧数据发送至运算器进行相减运算得到，其中，i的取值遍历1至n-1。3.根据权利要求1所述的基于fpga的井下随钻数据压缩系统，其特征在于，所述第二数据的每帧包含6个伽马1、近钻头井斜、近钻头方位、近钻头重高、压力1、压力2、以及压力3。4.根据权利要求1所述的基于fpga的井下随钻数据压缩系统，其特征在于，所述n为4至8。5.根据权利要求1所述的基于fpga的井下随钻数据压缩系统，其特征在于，所述huffman码表通过固定概率模型生成。6.根据权利要求5所述的基于fpga的井下随钻数据压缩系统，其特征在于，所述huffman码表的每一行数据位数为22位，[21:17]为有效数据位，[16:0]为编码值，根据有效数据位的值由低到高读取编码值。7.一种改善数据传输效率的随钻测量系统，包括具有采集器、编码器、数据总线、以及控制总线的随钻测量仪器，其特征在于，所述随钻测量系统还包括如权利要求1至6中任意一项所述的井下随钻数据压缩系统。8.根据权利要求7所述的改善数据传输效率的随钻测量系统，其特征在于，所述随钻测量系统采用泥浆脉冲的无线数据传输方式。9.一种基于fpga的井下随钻数据压缩方法，其特征在于，所述井下随钻数据压缩方法
采用如权利要求1至6中任意一项所述的井下随钻数据压缩系统来实现。10.一种改善数据传输效率的随钻测量方法，其特征在于，所述随钻测量方法采用如权利要求7所述的随钻测量系统来实现。11.一种如权利要求1至6中任意一项所述的井下随钻数据压缩系统在油气钻井或钻探中的应用。12.一种如权利要求7所述的随钻测量系统在油气钻井或钻探中的应用。

技术总结
本发明提供了一种基于FPGA的井下随钻数据压缩方法和系统。本发明通过将井下随钻数据按帧分组称为帧组，在帧组内计算相邻两帧之间的预测残差，并对预测残差值进行固定概率模型的Huffman编码。本发明包括以下优点：其一，基于FPGA设计的数据压缩模块具有体积小、低功耗、易实现的特点，适合井下环境；其二，泥浆脉冲传输的过程中会出现一定的误码，采用按帧分组，在帧组内部进行相邻帧之间的预测，减少了压缩数据之间的依赖性，提高了抗误码能力；其三，Huffman编码使用固定概率模型时，可以利用寻址查表的方法实现无损的压缩编码，实现简单，易于降低功耗和尺寸。易于降低功耗和尺寸。易于降低功耗和尺寸。


技术研发人员：连太炜 冯思恒 刘伟 陈东 汪洋 张德军 廖冲 郑超华 杨瑞帆 张萍
受保护的技术使用者：中国石油集团川庆钻探工程有限公司
技术研发日：2021.08.05
技术公布日：2022/6/14