基于高阶累积量和DNN模型的井下信号识别方法

针对矿井复杂异构的无线环境,提出一种基于高阶累积量和DNN模型的井下信号识别方法,实现了井下BPSK,QPSK,8PSK,2FSK,4FSK,8FSK,32QAM,64QAM,OFDM等数字信号的自动调制识别。分析得到9种数字信号的高阶累积量理论值,并通过傅里叶变换提高信号辨识度;分析井下小尺度衰落信道对高阶累积量的影响,推导出经过井下衰落信道后信号的高阶累积量计算表达式,根据高阶累积量理论值构造特征参数并训练DNN模型,实现信号识别。仿真分析结果表明,该方法在矿井Nakagami-m衰落信道下有出色的调制识别性能,信噪比为-5 dB时平均正确识别率为89.2%以上,信噪比为5 dB以上时平均正确识别率为100%。该方法为在特殊复杂环境下的信号识别检测提供了新思路。

自适应井下信号补偿器

文章介绍了一种自适应补偿器的设计方法 ,主要包括自适应补偿结构和算法 ,以及自适应补偿器的描述及软件实现。其目的是对井下失真信号在地面进行软件补偿和校正 ,以克服电缆、温度等原因造成的信号失真。补偿器实时对滤波系数自动进行调整 ,当补偿器调整达到平衡时 ,其输出信号大约等于失真前的原始发送信号。

煤矿井下信号灯自动控制系统的设计

本文以射频技术、控制技术、CAN总线技术为基础,针对煤矿井下信号灯在特殊情况下的自动控制机理,提出一种简单、高效的解决方法,为提高煤矿井下的运输效率,预防安全隐患的发生,保障特殊情况下井下车辆的正常高效通行提供了有力保障。

基于随机共振的井下无线电磁2FSK信号解调

井场及周边电器所带来的噪声干扰会对接收到的无线电磁2FSK调制信号产生影响,在信噪比低时提取信号特征困难。为此,提出了一种基于浣熊算法的自适应双稳态随机共振系统,以降低2FSK信号的误码率。该方法充分利用浣熊算法的全局探索和局部优化平衡能力,通过并行选择和优化随机共振系统的多个参数,以获得系统输出的最大信噪比增益。利用卷积神经网络对随机共振系统输出的信号进行解调,并评估其误码率。仿真和试验结果表明,在低信噪比条件下,基于浣熊算法的随机共振系统输出信号的特征频率相对于蚁群优化算法更加显著,并且具有更低的误码率。研究结果可为井下信号实时传输提供技术支撑。

井下指令信号的小波-奇异值分解双层滤波降噪

针对旋转导向钻井井下接收的指令信号进行降噪时存在奇异点和突变点等问题,提出一种基于小波-奇异值分解的双层滤波降噪方法。该方法将小波改进分层阈值降噪与奇异值分解降噪相结合,采用小波变换与奇异值分解WT-SVD双层滤波降噪方法,对小波改进分层阈值降噪后的信号进行矩阵构造,经过奇异值分解和重构使信号得以还原。通过实验确定了所选取的奇异值个数及重构矩阵结构,并对比研究了奇异值分解、小波改进分层阈值和WT-SVD双层滤波3种不同降噪方法降噪后的信号波形及信噪比、均方根误差和相关系数。实验结果表明,WT-SVD双层滤波方法降噪效果明显。

基于压缩感知的井下钻具状态预警方法研究

在井下振动信号向高频采集发展趋势下,井下振动采集模块需要存储和传输的数据量逐渐增大。为了解决井下数据存储和上传压力大的问题,并对井下钻具的运行状态进行预警,提出了将压缩感知理论和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型融入于井下振动信号的存储、传输和状态预警中。研究了一种原子数自适应的稀疏字典建立方法,用少量稀疏特征表达完整信号;建立了观测矩阵将原始信号投影到低维空间上,实现信号的压缩方法;应用改进的布谷鸟算法(Improved Cuckoo Search,ICS)对SVM模型进行参数寻优,训练好的ICS-SVM模型实现了钻具状态预警。应用结果表明,压缩感知技术可以将井下振动数据压缩至12%,数据重构误差为0.1772,ICS-SVM模型对钻具状态预警成功率达到98%。研究结果达到了缓解井下振动数据存储和上传压力的目的,可帮助工作人员更好地进行实时钻井操作和状态预警。

井下接收信号的改进分层阈值降噪方法

针对旋转导向钻井中井下接收信号的噪声干扰问题,提出一种在分层阈值基础上改进阈值函数的消噪方法。分层阈值地改进保证了小波系数经阈值作用后的平滑过渡,克服了传统阈值函数带来的恒定偏差,同时具有很强的灵活性。选取不同小波进行了多尺度分解与重构实验,得到Sym6小波基降噪结果最好,失真最小。采用全局阈值、分层阈值和改进分层阈值等不同降噪算法对井下接收信号实现了降噪处理,同时特别研究了小波分解层数对降噪效果的影响,对比分析了降噪后的信噪比、均方根误差和相关系数。实验结果表明,采用Sym6小波4层改进的分层阈值法取得了最佳的降噪效果。

基于组态软件WINCC的井下铁路信号控制系统的研究

结合井下铁路信号的特点阐明系统的总体设计要求,介绍了基于WINCC监控组态软件的上层监控画面的设计,WINCC监控组态软件与STEP7编程软件的PLC底层控制的结合,能够完成矿井下铁路信号的采集、分析、控制、记录等功能。

煤矿井下电磁无线随钻测量信号滤波研究

针对采用自适应滤波最小均方算法和递推最小二乘算法提取煤矿井下电磁无线随钻测量(EMMWD)信号存在收敛速度慢与运算时间长等问题,提出了一种稳定快速横向递归最小二乘(SFT-RLS)算法,用于自适应滤除井下非稳态电气干扰与工频及其2倍频、3倍频干扰,实时提取微弱EM-MWD信号。该算法基于RLS算法,利用4个并行滤波器结构可降低运算时间,并利用加权最小二乘误差进行反馈以提高稳定性。仿真试验结果表明,SFT-RLS算法可实现对采样率为1kHz的EM-MWD信号进行自适应滤波和自适应陷波,平均每次迭代运行时间小于156.98μs,实现了快速稳定收敛运算与实时自适应滤波;SFTRLS算法自适应滤波可抑制信号与干扰比为-115dB的非稳态电气干扰;SFT-RLS算法自适应陷波可实时滤除工频及其2倍频、3倍频干扰,有效提取频率为6.25Hz的时间脉冲位置调制的EM-MWD信号波形,为正确解码EM-MWD信号提供了可靠数据。

井下铁路信号控制系统组态软件的应用研究

阐述了配合PROFIBUS现场总线的井下铁路信号控制系统以及井下铁路信号的特点,该系统下位机采用PLC控制,上位机采用基于WinCC监控组态软件.介绍了上位机组态软件的微机控制画面设计,监控组态软件与STEP7编程软件的控制结合.实现了矿井下铁路信号的采集、分析、控制、记录等功能.

井下微弱信号的分析处理与研究

根据系统设计的要求,由于井下接收信号微弱,因此需要采用信号处理电路将微弱信号转换为井上可处理的信号。信号处理电路采用了数字信号处理器,它的主要功能是通过高速A/D对接收信号进行采集、滤波等处理。通过实验对比,信号调制采用FSK抗干扰性能最好,此时,被处理后的信号最接近实际井下信号,最终将结果保存在存储器中,同时通过串口进入计算机,应用计算机中的软件进行模拟仿真,对井下所采集的信息进行处理和分析,进而得知井下的岩层结构及油气藏所在的位置。

井下三轴振动信号同步采集与大容量存储系统设计

随钻三轴振动信号同步采集和大容量数据实时存储一直是钻井工程中的难点。设计一种基于AD7980级联的三轴振动信号同步采集电路,以M25P64作为基本存储器,采用SPI总线硬件扩容与软件压缩相结合的方法实现了井下大容量数据存储。试验结果表明,该设计能够满足在井下200 h不间断情况下三轴振动信号同步采集和数据存储实际需要。

董家河磷矿井下机车运输信号系统的设计理念

根据宜昌董家河磷矿井下机车运输线路及其特点,为保证机车运输系统的运行安全可靠,提出在主运输线路上采用井下机车运输信号系统,并详细介绍了系统的组成、功能及经济性。

井下铁路信号微机集中联锁系统的改造

介绍梅山铁矿井下-330水平铁路信号微机集中联锁系统升级改造工程，实现了运输系统的安全、稳定性和可靠性，提高运输效率。

新田岭斜坡道交通信号灯智能管控系统应用研究

针对井下斜坡道交通运输的特点,以新田岭矿斜坡道为背景,开发了矿山斜坡道交通信号灯智能管控系统。采用ZigBee无线通信技术对井下车辆进行实时精确定位,采用光纤环网进行信息传输,开发相应的软件控制系统,以“主干道车辆优先”为控制规则,实现交通信号灯的智能控制,从而引导斜坡道上车辆规范行驶,提高斜坡道通行能力,有效减少了斜坡道交通事故的发生。矿山斜坡道交通信号灯智能管控系统的开发,可提高金属矿山斜坡道的运输效率和安全性,具有重要的理论研究意义以及较高的应用价值。

DSP控制DDS芯片在导向钻井信号传输上的应用

为了提高旋转导向钻井中井下信号传输的抗干扰能力,我们需要对信号进行调制。本文介绍了直接数字频率合成(DDS)的基本原理及DDS芯片AD9837的结构特点,并利用DSP芯片控制AD9837实现了FSK调制,使得井下短程信号传输的抗干扰能力得到增强,同时信号传输效率得到提高。

井下短距无线数据传输系统的研发及应用

研发出一套井下短距无线数据传输系统。对该系统进行了地面仿真环境模拟测试、系统耗电测试、系统高温电阻模拟测试等地面试验,并在海上油田某井进行了应用。现场应用表明,该系统克服了海上油田测试直读技术抗高温性能较差、接收距离较短等问题,在测试作业开井、关井期间均准确录取了井下压力、温度变化情况,验证了井下信号无线传输方式的可行性。

基于动力及信号传输钻杆平台的智能化动力钻井技术

全球能源需求在逐年增多,开采难度不断增大,现有技术已不能满足当今钻井技术的需要,智能化钻井系统成为当今钻井工业发展的必然要求。相对于国外智能化钻井技术的发展,国内显得十分滞后。在详细介绍动力及信号传输钻杆技术研究背景的基础上,系统地阐述了"智能化动力钻井"和"动力及信号传输钻杆"的内涵,并总结了智能钻井的优点及亟待解决的问题。

玻璃钢敷缆复合连续油管在冷采稠油井中的应用

玻璃钢敷缆复合连续油管采用新型材料制作而成,抗磨损性能强,寿命长,具有良好的防蜡防垢防腐蚀性能。实现了管缆一体化,动力电缆、辅热电缆、信号电缆敷设于管材内部,能够高效的将地面的电能传递至井下;能够实现对井筒内流体的加热,辅助稠油举升;能够将井下的温度、压力数据实时地传递至地面,为判断油井生产情况提供了有力条件。同时也减少了日常生产过程中因油管蠕动以及修井作业对无杆泵井下动力电缆的损伤,降低了检泵工作量。该管的导热系数较低,具有一定的隔热保温功能。与无杆泵的组合使用彻底解决了管杆偏磨问题,能够很好地适应今后丛式井开发的需要。

矿用多功能热电阻型隔离安全栅设计

针对常见热电阻型隔离安全栅存在的抗干扰性差、集成度低、功能单一等问题,设计了一种矿用多功能热电阻型隔离安全栅。该安全栅利用带有2路互相隔离输出的DC/DC隔离电源模块分别为安全侧和危险侧电路供电,结合信号的光耦隔离实现供电侧、危险侧和安全侧的三端隔离,具有热电阻二次非线性误差修正、热电阻传感器断线故障报警、带迟滞的高温报警及电压电流信号输出转换等功能。样机测试结果表明:2路热电阻可同时工作,阈值比较电路动作稳定;随着输入温度升高,输出电流基本呈线性增加,线性度高达0.15%,对应模拟量输出传输处理误差低于0.5%,符合相关规定要求;有效抑制了尖峰脉冲及各种噪声的干扰,具有较好的抗干扰性;最大相对误差仅为0.667%,低于同类型的XX6071型安全栅。实际应用结果验证了该安全栅温度测量结果准确,高温报警动作稳定,满足矿用电气设备的实际应用需求。