中国报告大厅网讯，在2025年，测量仪器行业持续展现出强劲的创新活力。尤其是矿用随钻测量仪器领域，随着煤矿井下作业对精准度和高效性要求的不断攀升，相关技术的革新迫在眉睫。其中，信号通信编码作为关键环节，对仪器的性能起着决定性作用。传统编码方式在能耗、抗噪以及解码准确性等方面存在诸多不足，难以满足复杂的井下作业环境。因此，开发一种新型的、更优化的编码设计方法成为行业关注焦点。

  一、测量仪器低频电磁波通信编码的需求背景

  《2025-2030年全球及中国测量仪器行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，煤矿井下掘进前，需在煤层内钻设众多孔系，用于瓦斯抽采和地下水防治。此时，导向仪器至关重要，它位于钻头后方，负责测量钻孔轨迹姿态并传输数据给操作人员，以便调整钻孔轨迹。目前，随钻测量仪器多采用电缆传输数据，但电缆存在接头不可靠、密封不严、故障率高、寿命短以及成本高昂等问题。故而，无线传输数据的通信方式亟待应用。普通无线电波(射频频段)无法穿透煤层实现千米传输，极低频电磁波通信则成为较为适宜的选择。不过，极低频电磁波信号虽穿透能力强、传输距离远，但经千米衰减后，抵达孔口时信号极为微弱，对解码提出了极高要求。为节省孔内发射装置能源、延长电池使用时间、抑制现场复杂噪声环境以提升解码成功率并降低错误率，必须精心设计无线电磁信号的编码形式。常规编码制式，如曼彻斯特调整编码，以每个时间格中的上升沿、下降沿代表串行数据的 “0” 和 “1”，其缺点是需连续发射，耗电多且码距近，抑制噪声效果欠佳。所以，优化通信编码设计方法、降低能量消耗并提升抗噪能力，是保障随钻测量仪器探测准确性的关键手段。

  二、测量仪器低频电磁波信号通信编码设计新方法

  提出一种矿用随钻测量仪器低频电磁波信号通信的编码设计方法，其流程具备严谨的逻辑性。

  1、确定频点并估计通信时长。依据钻孔过程中孔底到孔口的传输距离，选取极低频电磁波的频点作为脉冲信号，一般处于 5~20Hz 范围。

  2、依据脉冲信号的宽度 t 定义脉冲之间的最小间隔时间，每个脉冲信号占空比小于 50%。通过控制脉冲信号的位置和脉冲间隔，生成不同的脉冲序列。

  3、n个脉冲组成一个脉冲序列 a。依据上述对脉冲的约束条件，枚举出所有脉冲序列，获取m个脉冲序列a，记作所有脉冲序列的集合。计算集合 A 中每 2 个元素之间的相关系数 r，获得相关系数矩阵集合。之后，去除自相关系数，获得元素间的互相关系数的矩阵集合 R。对 R 的每一行进行大小排序，得到排序后的集合 S。对集合 S 中的元素进行筛选，依据相关性筛选标准进行相关性判别。采用多个 M 的线性组合，最终组成编码序列，用于表示需要传输的数据信息。

  三、测量仪器编码设计方法的实验验证

  针对上述编码设计方法，开展了实验与分析。选取一组脉冲序列，每行为一个脉冲序列，共 128 个脉冲序列，其中 1 表示脉冲，0 表示保护时隙。该实例采用 3 个脉冲组合 1 个脉冲序列，单脉冲宽度 0.4s，脉冲序列宽度 4.8s，最小脉冲间隔 0.4s。改变脉冲的位置和间隔时间，共产生 353 个脉冲序列。对 353 个脉冲序列进行相关计算，以每个脉冲序列的相关系数大于 0.8 的个数为依据，提取数值最小的 128 个所对应的脉冲序列，作为数据编码。将该方法与曼彻斯特码进行对比，曼彻斯特码信息传输速率为 1.25b/s，本文方法的信息传输速率为 1.46b/s。本文方法的分组码共用 353 种脉冲序列，其中 128 种作为有效码，其余 225 种作为禁用码，可用于检错或纠错。曼彻斯特码的脉冲信号占空比为 50%，本文方法分组码的占空比在示例中为 25%，相对曼彻斯特码可节约 1/2 的能量。采用 5A・h 电池供电，测量仪器静态电流 0.05A，信号输出所需电流 0.2A。使用连续波形信号输出时，电池使用时间为 20h;采用占空比 25% 的脉冲信号时，信号输出平均电流 0.05A，电池使用时间为 50h。与传统的曼彻斯特编码方法相比，本文编码方法占空比由 50% 缩减到 25%，码距更大，降低了误码率，提升了噪声抑制效果。

  四、总结

  矿用随钻测量仪器采用电池供电，实际应用中为满足仪器在孔中的使用时长，省电至关重要。针对连续输出的信号波形能耗高、不满足使用需求等问题，提出采用间歇性脉冲信号减少电池能量消耗的编码设计方法。该方法在传统编码技术基础上，采用相关筛选方法，以硬阈值调节编码率，提高了编码增益;在能量固定时，调节脉冲数量和占空比，可定量提高系统的使用时间。此编码方法适用于各种低速、低耗能传输系统，尤其在高背景噪声环境中具有良好的应用前景，为矿用随钻测量仪器的性能提升提供了有力的技术支持，有望在未来的煤矿井下作业中得到广泛应用，推动测量仪器行业的高效、安全发展。