地下管線定位中的信號(hào)選擇的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于執(zhí)行信號(hào)選擇算法的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。一種用于提供與要定位的管線相關(guān)的信號(hào)的發(fā)射機(jī)包括：至少一個(gè)直接數(shù)字合成器，所述直接數(shù)字合成器響應(yīng)于輸入方波信號(hào)而產(chǎn)生兩個(gè)分量頻率；以及反饋回路，提供所述輸入方波。
【專利說明】地下管線定位中的信號(hào)選擇
[0001] 斯蒂芬?約翰?彭斯瑞克，喬治?馬伊內(nèi)斯庫，揚(yáng)?德拉恰，拉斯范?加百利?斯 特凡諾尤和約翰?馬克?羅伊爾
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)
[0003] 本申請(qǐng)要求于2012年4月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/640, 441以及于2013 年4月30日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)No. 13/874,312的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)的全部公開通過全 文引用合并于此。 1.

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本公開涉及對(duì)地下管線的檢測(cè)，具體地，涉及地下管線定位中的信號(hào)選擇。 2.

【背景技術(shù)】
[0005] 地下管道和線纜定位器（通常稱為管線定位器）已經(jīng)存在了許多年，在許多授權(quán) 專利和其他公開中對(duì)此進(jìn)行了描述。線纜定位器系統(tǒng)通常包括移動(dòng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。通過 直接電學(xué)連接或通過感應(yīng)來將發(fā)射機(jī)耦接到目標(biāo)導(dǎo)體，以便提供關(guān)于該目標(biāo)導(dǎo)體的電流信 號(hào)。接收機(jī)檢測(cè)并處理在目標(biāo)導(dǎo)體處由于電流信號(hào)而產(chǎn)生的電磁場(chǎng)所導(dǎo)致的信號(hào)，所述電 流信號(hào)可以是通過發(fā)射機(jī)向目標(biāo)導(dǎo)體提供的連續(xù)波正弦信號(hào)。
[0006] 發(fā)射機(jī)通常與接收機(jī)物理分離，典型分隔距離是若干米，或在一些情況下達(dá)到幾 千米。發(fā)射機(jī)將電流信號(hào)耦合到目標(biāo)導(dǎo)體，其中電流信號(hào)的頻率可以是用戶從可選頻率集 合內(nèi)選擇的。向目標(biāo)導(dǎo)體施加的電流信號(hào)的頻率可以被稱作主動(dòng)定位頻率。然后，目標(biāo)導(dǎo) 體響應(yīng)于該電流信號(hào)，以主動(dòng)定位頻率產(chǎn)生電磁場(chǎng)。
[0007] 不同定位方法和地下環(huán)境可能需要不同的主動(dòng)頻率。主動(dòng)定位頻率的典型范圍 可以是從若干赫茲（用于在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間幾千米的間隔距離上定位目標(biāo)導(dǎo)體）到 100kHz或更大。在這種范圍的環(huán)境中，存在對(duì)接收機(jī)檢測(cè)到的電磁場(chǎng)的顯著無線電頻率干 擾。因此，管線定位系統(tǒng)的接收機(jī)通常包括高度調(diào)諧濾波器，以便防止來自外部源的干擾影 響對(duì)來自目標(biāo)導(dǎo)體的預(yù)期主動(dòng)定位頻率的信號(hào)的測(cè)量。可以調(diào)諧這些濾波器以便接收在每 個(gè)可選主動(dòng)定位頻率下的電磁場(chǎng)所導(dǎo)致的信號(hào),拒絕由于除了主動(dòng)定位頻率之外的頻率的 電磁場(chǎng)所導(dǎo)致的信號(hào)。
[0008] 在管線定位系統(tǒng)中，根據(jù)對(duì)電磁場(chǎng)的檢測(cè)而確定的信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)對(duì)于得到的電流 信號(hào)量（即，目標(biāo)導(dǎo)體中的管線電流）、管線定位器接收機(jī)相對(duì)導(dǎo)體中心的位置、導(dǎo)體與管 線定位器接收機(jī)的深度提供了基礎(chǔ)，并且信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)還可以被用作峰值指示符或零值指 示符的輸入（取決于磁場(chǎng)的朝向，檢測(cè)器對(duì)該朝向敏感）。所有管線定位系統(tǒng)測(cè)量一個(gè)或更 多個(gè)測(cè)量通道的信號(hào)強(qiáng)度。
[0009] 在擁擠的金屬管道和線纜的地下應(yīng)用環(huán)境中，常常發(fā)生主動(dòng)定位頻率的信號(hào)從自 目標(biāo)導(dǎo)體向其它相鄰地下導(dǎo)體的耦合。這些導(dǎo)體（管線）不旨在被管道定位系統(tǒng)跟蹤，但 是通過多種裝置（電阻型、電感型或電容型）從目標(biāo)導(dǎo)體向這些相鄰導(dǎo)體耦合電流（稱作 "泄放"）可以導(dǎo)致管線定位器錯(cuò)誤，使得管線定位系統(tǒng)的操作員停止跟蹤目標(biāo)導(dǎo)體（例如， 感興趣的管道或線纜）而開始跟隨相鄰管線。
[0010] 在傳統(tǒng)接收機(jī)中，幾乎不可能確定接收機(jī)是在跟蹤目標(biāo)導(dǎo)體還是接收機(jī)在錯(cuò)誤地 跟蹤相鄰導(dǎo)體。在復(fù)雜的地下導(dǎo)體拓?fù)渲?，來自由于相鄰?dǎo)體內(nèi)的泄放電流所導(dǎo)致的電磁 場(chǎng)的干擾作用可以導(dǎo)致明顯不對(duì)稱的電磁場(chǎng)，稱作場(chǎng)失真。此外，試圖區(qū)分目標(biāo)導(dǎo)體和相鄰 導(dǎo)體的傳統(tǒng)系統(tǒng)通常依靠于對(duì)來自發(fā)射機(jī)的相位信息的傳輸，所述發(fā)射機(jī)可以位于與管線 定位器的接收機(jī)相距一定距離使得接收這種信息是不可實(shí)現(xiàn)的。
[0011] 因此，需要一種管線定位系統(tǒng)，使用僅利用目標(biāo)導(dǎo)體（管道或線纜）作為傳輸介質(zhì) 的信號(hào)產(chǎn)生和處理方法，能夠準(zhǔn)確地確定來自目標(biāo)導(dǎo)體的信號(hào)強(qiáng)度參數(shù)，排除可以提供由 于電感性或電容型耦合而引起的信號(hào)的相鄰導(dǎo)體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種用于在地下線纜定位中執(zhí)行信號(hào)選擇的發(fā)射機(jī)和接 收機(jī)。用于提供關(guān)于要定位的管線的信號(hào)的發(fā)射機(jī)包括至少一個(gè)直接數(shù)字合成器，所述直 接數(shù)字合成器響應(yīng)于輸入方波信號(hào)而產(chǎn)生兩個(gè)分量頻率；以及反饋回路，提供所述輸入方 波。
[0013] 一種接收來自地下管線的頻率調(diào)制信號(hào)的方法包括：測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率分離的信號(hào)的 相位；計(jì)算相位分散函數(shù)的梯度；以及基于所述梯度確定偏移。另一種接收來自地下管線 的信號(hào)的方法包括：處理來自一個(gè)或更多個(gè)天線的輸入信號(hào)；對(duì)所述信號(hào)選擇波形進(jìn)行解 調(diào)；針對(duì)發(fā)射機(jī)相位確立相位參考；獲取相位參考和測(cè)量到的相位之間的差值，以便提供 對(duì)信號(hào)選擇的測(cè)量。
[0014] 下文將參考以下附圖更詳細(xì)地描述這些和其他實(shí)施例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的管線定位器系統(tǒng)的操作。
[0016] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在高電平下實(shí)現(xiàn)信號(hào)選擇的一些方面的發(fā) 射機(jī)。
[0017] 圖3示出了針對(duì)圖1所示發(fā)射機(jī)的反饋控制系統(tǒng)。
[0018] 圖4示出了針對(duì)圖1所示發(fā)射機(jī)的電流反饋和相位控制回路。
[0019] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有信號(hào)選擇模式的發(fā)射機(jī)。
[0020] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的接收機(jī)。
[0021] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的窄帶寬信號(hào)處理。
[0022] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的可以提取信號(hào)選擇相位的FM解調(diào)器。
[0023] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的對(duì)FSK相位參考的恢復(fù)。
[0024] 通過閱讀以下詳細(xì)描述將更好地理解附圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下描述中，闡述了描述本發(fā)明的一些實(shí)施例的具體細(xì)節(jié)。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人 員顯而易見的是可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一部分或沒有全部這些具體細(xì)節(jié)的情況下， 實(shí)現(xiàn)一些實(shí)施例。本文所公開的具體細(xì)節(jié)是說明性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以認(rèn)識(shí)到盡管并未在此詳細(xì)描述，然而其它要素仍在本公開的范圍和精神內(nèi)。
[0026] 示出本發(fā)明多個(gè)方面以及實(shí)施例的以下描述和附圖不應(yīng)被理解為是限制性 的--權(quán)利要求定義了要求保護(hù)的發(fā)明?？梢栽诓幻撾x本說明和權(quán)利要求的精神和范圍的 前提下，進(jìn)行多種改變。在一些示例中，并未詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以免混淆本 發(fā)明。
[0027] 此外，附圖并非是按比例繪制的。組件的相對(duì)尺寸僅是為了說明目的，不反應(yīng)在本 發(fā)明的任何實(shí)際實(shí)施例中出現(xiàn)的實(shí)際尺寸。兩個(gè)或更多個(gè)附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相同 或相似的元素。當(dāng)可實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以將參考一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述的元素和它們相關(guān)方面包括 在并未明確示出或描述所述元素的其它實(shí)施例中。例如，如果參考一個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述了 一個(gè)元素，并且該元素并未在第二實(shí)施例中進(jìn)行描述，盡管如此，仍可以要求將該元素包括 在第二實(shí)施例中。
[0028] 此外，參考電學(xué)原理圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，這些 電學(xué)原理圖表示通過物理電學(xué)電路來實(shí)現(xiàn)、通過執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的算法的處理器來實(shí) 現(xiàn)、或通過電學(xué)電路和執(zhí)行算法的處理器的組合來實(shí)現(xiàn)。
[0029] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的管線定位系統(tǒng)100。如圖1所示，管線定 位系統(tǒng)100包括發(fā)射機(jī)102和接收機(jī)104。發(fā)射機(jī)102與埋入大地108的導(dǎo)體106電學(xué)耦 接。導(dǎo)體106可以例如是導(dǎo)電管道或?qū)Ь€，通常被認(rèn)為是較長(zhǎng)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。發(fā)射機(jī)102沿 導(dǎo)體106提供電學(xué)信號(hào)，然后導(dǎo)體106沿它的長(zhǎng)度傳輸電磁信號(hào)。通過接收機(jī)104上的一 個(gè)或更多個(gè)天線來接收電磁信號(hào)。接收機(jī)104在大地108的表面上經(jīng)過，以便定位大地下 方的導(dǎo)體106的位置。根據(jù)所述信號(hào)強(qiáng)度，可以確定導(dǎo)體106的深度和位置。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的管線定位系統(tǒng)100包括信號(hào)選擇系統(tǒng)。信號(hào)選擇是一 種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式，用于向管線定位系統(tǒng)100提供附加功能性。那么，管線定位系統(tǒng)100可以 采用信號(hào)選擇系統(tǒng)并使用低頻的交變磁場(chǎng)來執(zhí)行多種遠(yuǎn)程感測(cè)應(yīng)用。
[0031] 在一些實(shí)施例中，信號(hào)選擇系統(tǒng)可以使用頻移鍵控（FSK)作為發(fā)射機(jī)102中的調(diào) 制函數(shù)，所述發(fā)射機(jī)102允許通過接收機(jī)104對(duì)附加信息進(jìn)行解碼。具體地，接收機(jī)104可 以對(duì)所發(fā)送的信號(hào)的初始相位進(jìn)行解碼，而與埋入的導(dǎo)體108的電抗（復(fù)阻抗）引起的任 何相位改變無關(guān)。
[0032] 原始的信號(hào)選擇（在美國(guó)專利No. 6, 411，073公開，并在美國(guó)專利No. 7, 057, 383 中進(jìn)一步開發(fā)，所述專利申請(qǐng)二者通過全文應(yīng)用合并于此）使用頻率調(diào)制（例如，頻移鍵調(diào) 制），并且為接收機(jī)提供一種機(jī)制以便對(duì)初始發(fā)射機(jī)相位進(jìn)行解碼。通過允許對(duì)由于導(dǎo)體 108的電抗而導(dǎo)致的"信號(hào)失真"或"電流排放"進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，進(jìn)行了后續(xù)的開發(fā)。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的管線定位系統(tǒng)100的一些實(shí)施例進(jìn)一步改善了信號(hào)選擇技術(shù)。具體 地，一些實(shí)施例消除了發(fā)射機(jī)102和接收機(jī)140的生產(chǎn)校準(zhǔn)過程，從而通過使用更簡(jiǎn)單的過 程制造系統(tǒng)，節(jié)約了成本和時(shí)間。此外，在一些實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)102的架構(gòu)可以明顯比先 前系統(tǒng)中的架構(gòu)更簡(jiǎn)單，節(jié)省了成本并改善了可靠性。此外，在一些實(shí)施例中，接收機(jī)104 無需依賴于鎖相環(huán)（無論是通過執(zhí)行軟件的處理器或通過電學(xué)電路來實(shí)現(xiàn)的），從而提供 更快的響應(yīng)（鎖定時(shí)間）以便實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能。在一些實(shí)施例中，可以改善管線定位系統(tǒng)100 的整體信噪比性能。
[0034] 圖2概括地示出了發(fā)射機(jī)102的系統(tǒng)架構(gòu)。如圖2所示，用戶接口 202與反饋控 制204相耦接。反饋控制204的輸出通過放大器206被耦接到管線106 (管道或線纜）。管 線與端接器208端接。電流反饋210將反饋控制204的輸入與來自放大器206的輸出信號(hào) 相奉禹合。
[0035] 在一些實(shí)施例中，信號(hào)選擇系統(tǒng)使用合成波形，例如，具有低頻（f0*50/51)的8個(gè) 周期和高頻（f〇*50/49)的8個(gè)周期。這種分叉的波形（通過發(fā)射機(jī)102產(chǎn)生的）產(chǎn)生了 調(diào)制函數(shù)，所述調(diào)制函數(shù)以頻率f〇/16作用于載波頻率下（f0)。
[0036] 發(fā)射機(jī)102的一些實(shí)施例可以利用電學(xué)硬件和微處理器來實(shí)現(xiàn)上述信號(hào)選擇波 形，并能夠向所附連的管道或線纜、導(dǎo)體106中驅(qū)動(dòng)或感應(yīng)電流。導(dǎo)體106幾乎可以呈現(xiàn)任 意負(fù)載阻抗，因此，發(fā)射機(jī)102適應(yīng)由于導(dǎo)體106的復(fù)阻抗（電抗）而導(dǎo)致的相移。
[0037] 圖2所示的發(fā)射機(jī)102的實(shí)施例示出了根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面的一些特征。圖2 所示的輸出放大器206可以例如是被用于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)線纜定位系統(tǒng)中的D類放大器。圖2 所示的示例發(fā)射機(jī)102通常被用作恒流發(fā)電機(jī)，使得操作員可以通過用戶接口 202請(qǐng)求指 定載波頻率的固定電流。
[0038] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)102利用直接數(shù)字合成器（DDS)設(shè)備，所述DDS 設(shè)備被用于形成可受微處理器控制的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。圖3示出了反饋控制204的一些實(shí)施 例的功能組件。為了避免過度的復(fù)雜性，圖3所示附圖避開了電子設(shè)備細(xì)節(jié)，其中所述電子 設(shè)備細(xì)節(jié)是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠得知的。例如，一些實(shí)施例可以包括三個(gè)或更多個(gè)DDS設(shè) 備以及兩個(gè)或更多個(gè)微處理器。如圖3所示，DDS 304和312可以被用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇波 形并且校正信號(hào)選擇調(diào)制函數(shù)的相位。
[0039] 如圖3所示，例如，DDS 304可以是標(biāo)準(zhǔn)的直接數(shù)字合成器（例如，模擬器件 AD9833DDS)。DDS 304提供信號(hào)選擇輸出信號(hào)306(附圖中表示為Vout)，其中所述信號(hào)選 擇輸出信號(hào)306被耦合到圖2所示的放大器206。輸入308處的FSK信號(hào)基本上是頻率為 f〇/16的方波，引起DDS 304在兩個(gè)分量頻率（f0*50/51)和（f0*50/49)之間分叉--波 形在每個(gè)頻率具有8個(gè)周期。在將FSK輸入到DDS 304之前，F(xiàn)SK信號(hào)被延遲器310延遲。 因此，響應(yīng)于FSK信號(hào)，DDS 304在兩個(gè)值之間進(jìn)行切換，所述兩個(gè)值被保持于DDS 304內(nèi) 的頻率累加寄存器中。至DDS 304的另一輸入是在輸入302處的控制相位信號(hào)，所述相位 控制信號(hào)是反饋分量。控制相位信號(hào)用于對(duì)DDS 304產(chǎn)生的Vout信號(hào)進(jìn)行相位提前或遲 滯，并利用DDS 304內(nèi)的相位累加寄存器。
[0040] DDS 312是與DDS 304相似的器件，與DDS 304在相同的操作中使用FSK控制信 號(hào)。然而，由于DDS 312的目的是提供固定相位參考，DDS 312不使用相位累加寄存器。輸 出344(被標(biāo)記為"sine-out"）的用途是對(duì)在兩個(gè)分量頻率下的8個(gè)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而在 輸入308處產(chǎn)生FSK信號(hào)。如圖3所示，來自輸出344的信號(hào)被輸入到控制開關(guān)316的計(jì) 數(shù)器314。開關(guān)316在輸入320和輸入318之間切換，并在輸入308處輸出FSK信號(hào)。
[0041] 輸出342 "square (C0S) "和340 "square (SIN) "是同相方波和正交相位方波，允 許反饋204計(jì)算與導(dǎo)體106相連的主電流反饋信號(hào)的相位。如圖3所示，在乘法器324中 將來自輸出340的信號(hào)與來自輸入210的電流反饋信號(hào)相混合。來自乘法器324的輸出信 號(hào)被輸入到濾波器330。類似地，在乘法器326中將來自輸出342的信號(hào)與來自輸入210的 電流反饋信號(hào)相混合。來自乘法器326的輸出被輸入到濾波器328。例如，濾波器328和 330可以是積分濾波器，并且可以是一階低通（LP)IIR濾波器。這種濾波器可以被實(shí)現(xiàn)為 具有運(yùn)算放大器的硬件或被實(shí)現(xiàn)為微處理器領(lǐng)域中的數(shù)字濾波器。輸入322處的輸入信號(hào) (表示為"K Integ"）實(shí)質(zhì)上是積分器的時(shí)間常數(shù)（對(duì)于模擬系統(tǒng)，是1/RC)。在反相器332 和加法器334中組合來自濾波器328的輸出信號(hào)，并在模塊336中計(jì)算相位和幅度以便獲 得在輸出338處的輸出信號(hào)。如下文所述，在一些實(shí)施例中，輸出信號(hào)（標(biāo)記為"current phase"）可以用于校正相位分散的問題的目的。
[0042] 在一些實(shí)施例中，反饋204可以使用在DDS 312周圍的拓?fù)?，所述拓?fù)鋬H使用來自 輸出342的余弦反饋項(xiàng)。在該實(shí)現(xiàn)方式中，調(diào)整輸入302處的控制相位，直到余弦反饋信號(hào) 是零。
[0043] 圖4示出了對(duì)電流反饋210的典型使用，以便控制DDS 304中的整體相位。在圖 4中，將DDS 304和312的功能組合為反饋組塊402。如圖4所示，由加法器408以及延遲 器406和410形成的積分器驅(qū)動(dòng)"Control Phase"輸入。至這種積分器的輸入信號(hào)源自來 自輸出338的電流相位信號(hào)，其中在加法器312中將該輸入信號(hào)與來自輸入404的分散偏 移信號(hào)相加，并通過放大器414放大。來自加法器408的積分信號(hào)對(duì)整個(gè)波形進(jìn)行相位提 前或遲滯?？梢栽诒景l(fā)明的一些實(shí)施例中使用其它反饋處理。
[0044] 參考上述信號(hào)選擇的波形定義，調(diào)制函數(shù)（頻率為fO/16的方波）攜帶所傳輸?shù)?波形的初始相位信息，而與可能隨著信號(hào)沿導(dǎo)體106傳播而出現(xiàn)的任意相移無關(guān)。
[0045] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有信號(hào)選擇模式的發(fā)射機(jī)102的另一示 例。圖5所示的發(fā)射機(jī)102的示例可以包括線纜和管道定位產(chǎn)業(yè)所需的多個(gè)功能模式。如 圖5所示，發(fā)射機(jī)102可以包括信號(hào)產(chǎn)生模塊502、輸出級(jí)526以及測(cè)量電路518?？梢择?接微處理器516,以便接收來自測(cè)量電路518的信號(hào)并向信號(hào)產(chǎn)生模塊502提供信號(hào)。微處 理器516可以被耦接到用戶接口 202,并可以根據(jù)從用戶接口 202接收到的輸入來提供多個(gè) 操作模式。輸出級(jí)526可以接收輸出信號(hào)（輸出306處的Vout)，并根據(jù)所述輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng) 例如導(dǎo)體106的負(fù)載。信號(hào)產(chǎn)生模塊502和輸出級(jí)526提供針對(duì)測(cè)量電路518的信號(hào)。
[0046] 如圖5所示，信號(hào)產(chǎn)生模塊502可以包括DDS 504和DDS 506。與DDS 304的情況 相同，DDS 504提供耦接到導(dǎo)體106的輸出信號(hào)。類似于DDS 312，DDS 506向測(cè)量電路518 提供信號(hào)。微處理器516向DDS 504和506提供控制線和FSK控制信號(hào)。耦接第三DDS(DDS 508)，以便從微處理器516接收控制線和FSK控制，并向微處理器506和測(cè)量電路518提供 參考信號(hào)。如圖5所示，來自DDS 506的輸出信號(hào)可以是正交信號(hào)SIG_Q，而來自DDS 508 的輸出信號(hào)可以是同相信號(hào)SIG_I。
[0047] 輸出級(jí)526可以包括脈沖波調(diào)制（PWM)發(fā)生器510,耦接為接收來自信號(hào)發(fā)生模塊 502的輸出信號(hào)。來自PWM發(fā)生器510的輸出信號(hào)被收入到放大器512,所述放大器512可 以是數(shù)字放大器。來自放大器512的輸出信號(hào)被輸入到輸出電路514,輸出電路514將該信 號(hào)耦接到負(fù)載，例如導(dǎo)體106,并向測(cè)量電路518提供反饋信號(hào)。
[0048] 反饋電路518包括從輸出級(jí)526接收反饋信號(hào)的放大器524。來自放大器524的 輸出信號(hào)被輸入到正交檢測(cè)器522,正交檢測(cè)器522還從信號(hào)產(chǎn)生模塊502接收輸出信號(hào) SIG_Q和SIG_I。正交檢測(cè)器522向測(cè)量處理器520提供檢測(cè)到的正交信號(hào)DET_Q以及檢 測(cè)到的同相DET_I信號(hào)。來自測(cè)量處理器520的輸出信號(hào)被提供給微處理器516。
[0049] 當(dāng)用戶從用戶接口 202選擇信號(hào)選擇模式時(shí)，微處理器516設(shè)置信號(hào)產(chǎn)生模塊502 中的DDS 504以便產(chǎn)生合適的頻率。在開始時(shí)，該信號(hào)的相位被設(shè)置為參考值。
[0050] 與此同時(shí)，DDS 506和DDS 508被設(shè)置為產(chǎn)生合適的正交信號(hào)，所述信號(hào)在圖5中 被標(biāo)記為"Sig_I "和"Sig_Q"。將信號(hào)產(chǎn)生模塊502中的DDS 504產(chǎn)生的信號(hào)選擇施加到 輸出級(jí)526,并從輸出級(jí)526施加于負(fù)載，其中所述負(fù)載可以是導(dǎo)體106?；谪?fù)載電抗，將 在電壓和所產(chǎn)生的電流之間產(chǎn)生相位偏移。測(cè)量電路518對(duì)負(fù)載中的電流進(jìn)行采樣，并將 其施加到正交檢測(cè)器522,其中將上述"Sig_I "和"Sig_Q"也輸入所述正交檢測(cè)器522。正 交檢測(cè)器522輸出處的"Det_I"和"Det_Q"信號(hào)被施加到測(cè)量處理器520,測(cè)量處理器520 將計(jì)算所采樣的信號(hào)的幅度和相位。將這些結(jié)果發(fā)送到微處理器516,基于這些結(jié)果，微處 理器516將控制輸出信號(hào)的電平，并將相應(yīng)地調(diào)整DDS 504的相位，如信號(hào)選擇原理所要求 的。
[0051] 與此同時(shí)，由于信號(hào)選擇輸出信號(hào)是FSK類型的波形，信號(hào)產(chǎn)生模塊502中的DDS 508產(chǎn)生的信號(hào)（相應(yīng)的，"Sig_I"）被用于觸發(fā)對(duì)FSK信號(hào)的兩個(gè)分量F1和F2的切換。 通過微處理器516產(chǎn)生這種控制信號(hào)，并將其施加到信號(hào)產(chǎn)生模塊502,作為"FSK控制"信 號(hào)。
[0052] 為了改善針對(duì)高性能信號(hào)選擇功能性的相位準(zhǔn)確測(cè)量，可以通過微處理器516執(zhí) 行專用軟件算法，如上所述。一旦執(zhí)行了相位校正算法，該單元做好操作準(zhǔn)備。在一些實(shí)施 例中，如圖5所示，使用三個(gè)DDS電路的組合來實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生模塊502,然而還可以使用具有 頻率和相位控制的其它電路。
[0053] 希望能夠當(dāng)電流波形在兩個(gè)分量頻率之間改變時(shí)控制電流波形的零交點(diǎn)。當(dāng)將發(fā) 射機(jī)102耦接到復(fù)阻抗（通常具有電感和電容）時(shí)，調(diào)制功能使用向解調(diào)器件（在該情況 下，接收機(jī)104)引入的相位偏移，以便確定實(shí)際初始相位。
[0054] 以上討論的兩個(gè)分量頻率將被與發(fā)射機(jī)102的輸出f禹接的任何電抗移位，重要的 是，兩個(gè)分量頻率將相對(duì)于載波頻率"f〇"移位不同的量。在轉(zhuǎn)變點(diǎn)，相位調(diào)制存在不連 續(xù)性，可以通過如圖4所示的補(bǔ)償分散偏移來校正所述不連續(xù)性。本發(fā)明的一些實(shí)施例 可以使用對(duì)相位分散函數(shù)的梯度測(cè)量的原理，以便以自適應(yīng)的方式提供補(bǔ)償分 散偏移。因此，發(fā)射機(jī)102首先測(cè)量頻率"f〇-A/2"下的相位調(diào)制4,隨后測(cè)量較高頻率 "f0+A/2"下的相位調(diào)制4。根據(jù)相位對(duì)比度，將頻率間隔A設(shè)置在引起高測(cè)量準(zhǔn)確度的 等級(jí)。盡管可以使用其它值，然而，A的典型值例如可以是30Hz。一旦相位分散函數(shù)梯度 是已知的，根據(jù)以下公式將該值與相位調(diào)制功能相加：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于提供與要定位的管線相關(guān)的信號(hào)的發(fā)射機(jī)，包括： 至少一個(gè)直接數(shù)字合成器，所述直接數(shù)字合成器響應(yīng)于輸入方波信號(hào)而產(chǎn)生具有兩個(gè) 分量頻率的輸出信號(hào)；以及 反饋回路，提供與所述至少一個(gè)直接數(shù)字合成器相耦接的反饋信號(hào)，所述反饋信號(hào)調(diào) 整所述兩個(gè)分量頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射機(jī)，其中所述至少一個(gè)直接數(shù)字合成器包括：第一數(shù)字 合成器，根據(jù)輸入方波信號(hào)和控制相位信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)射機(jī)，其中所述至少一個(gè)直接數(shù)字合成器包括：第二數(shù)字 合成器，提供用于產(chǎn)生輸入方波的正弦波輸出以及用于根據(jù)反饋信號(hào)產(chǎn)生電流相位信號(hào)的 信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)射機(jī)，其中所述電流相位信號(hào)與分散偏移信號(hào)混合并且積 分，以形成控制相位信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射機(jī)，還包括將輸出信號(hào)與負(fù)載導(dǎo)體相耦接的放大器。
6. -種發(fā)射機(jī)，包括： 信號(hào)產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生具有兩個(gè)頻率的輸出信號(hào)，所述信號(hào)產(chǎn)生模塊包括至少一個(gè)直接 數(shù)字合成器； 輸出級(jí)，所述輸出級(jí)將輸出信號(hào)與負(fù)載導(dǎo)體相耦接； 測(cè)量電路，接收來自輸出級(jí)的信號(hào)以及來自信號(hào)產(chǎn)生模塊的相位信號(hào)，并提供反饋信 號(hào)；以及 微處理器，與信號(hào)產(chǎn)生模塊和測(cè)量電路相耦接，所述微處理器響應(yīng)于反饋信號(hào)來控制 所述信號(hào)產(chǎn)生模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)射機(jī)，其中所述信號(hào)產(chǎn)生模塊的至少一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器 包括： 第一直接數(shù)字合成器，基于控制相位信號(hào)和FSK控制信號(hào)提供輸出信號(hào)； 第二直接數(shù)字合成器，基于FSK控制信號(hào)和控制相位信號(hào)提供正交信號(hào)；以及 第三直接數(shù)字合成器，基于控制相位信號(hào)和FSK控制信號(hào)提供同相信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射機(jī)，其中所述輸出級(jí)包括： 脈沖波調(diào)制發(fā)生器，從信號(hào)產(chǎn)生模塊接收輸出信號(hào)； 數(shù)字濾波器，從脈沖波調(diào)制發(fā)生器接收經(jīng)過調(diào)制的輸出信號(hào)； 輸出電路，將來自數(shù)字濾波器的經(jīng)過濾波的輸出信號(hào)與負(fù)載導(dǎo)體相耦接，所述輸出電 路向測(cè)量電路提供信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)射機(jī)，其中所述測(cè)量電路包括： 測(cè)量放大器，耦接為接收來自輸出電路的信號(hào)； 正交檢測(cè)器，耦接為接收來自測(cè)量放大器的放大器信號(hào)；以及 測(cè)量處理器，基于來自正交檢測(cè)器的正交檢測(cè)信號(hào)，向微處理器提供反饋信號(hào)。
10. -種接收機(jī)，包括： 天線，基于檢測(cè)到的信號(hào)提供天線信號(hào)； 模擬濾波器，對(duì)天線信號(hào)進(jìn)行濾波以便產(chǎn)生經(jīng)過濾波的信號(hào)； 放大器，對(duì)經(jīng)過濾波的信號(hào)進(jìn)行放大以便產(chǎn)生經(jīng)過放大的信號(hào)； 編解碼器，接收經(jīng)過放大的信號(hào)并提供經(jīng)過解碼的信號(hào)；以及 數(shù)字信號(hào)處理器，分析經(jīng)過解碼的信號(hào)以便接收包括兩個(gè)頻率的信號(hào)選擇信號(hào)，所述 數(shù)字信號(hào)處理器包括： 解調(diào)器，對(duì)經(jīng)過解碼的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和下采樣，以便接收同相分量和正交分量；以及 計(jì)算器，提供由同相分量和正交分量構(gòu)成的信號(hào)的強(qiáng)度和相位。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收機(jī)，其中所述數(shù)字信號(hào)處理器基于所述同相分量和正 交分量提供相位誤差函數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收機(jī)，其中所述數(shù)字信號(hào)處理器基于所述同相分量和正 交分量提供相位校正。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的接收機(jī)，其中所述數(shù)字信號(hào)處理器提供相位跟蹤。
14. 一種從地下管線接收頻率調(diào)制信號(hào)的方法，包括： 測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率分離的信號(hào)的相位； 計(jì)算相位分散函數(shù)的梯度；以及 基于所述梯度確定偏移。
15. -種從地下管線接收信號(hào)的方法，包括： 處理來自一個(gè)或更多個(gè)天線的輸入信號(hào)； 對(duì)所述信號(hào)選擇波形進(jìn)行解調(diào)； 針對(duì)發(fā)射機(jī)相位確立相位參考； 獲取相位參考和測(cè)量到的相位之間的差值，以便提供對(duì)信號(hào)選擇的測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01V3/08GK104350394SQ201380029578
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月30日
【發(fā)明者】斯蒂芬·約翰·彭斯瑞克, 喬治·馬伊內(nèi)斯庫, 揚(yáng)·德拉恰, 拉斯范·加百利·斯特凡諾尤, 約翰·馬克·羅伊爾 申請(qǐng)人:麥特羅特克公司