高速泥浆脉冲数据传输系统调制解调算法研究

发布时间：2017-07-15 08:04

  本文关键词：高速泥浆脉冲数据传输系统调制解调算法研究

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【摘要】：随钻泥浆脉冲遥测系统实时传输井底的定向数据、地层特性、钻井参数等钻井工程参数到地面,其中随钻数据传输广泛采用泥浆脉冲传输技术。高速泥浆脉冲系统的实现是业内难题,目前国内仍处空白状态。本文旨在建立一个传输速率可达12bps的高速泥浆数据传输系统。文章主要解决了信号调制方式的选择、信号噪声的去除、信号同步和信号均衡与判决几方面的问题并进行实验验证。调制方式选择方面,文章首先分析了泥浆脉冲数据传输系统信号产生的机理和信号传输特性,分别从降低信号产生难度和减少衰减及提高抗噪性能和尽量避开泵噪声角度出发,选取基带脉冲幅度调制和PSK调制作为系统的调制调制方案；噪声消除方面,文章首先分析了系统中噪声的组成成分,并将噪声建模为准周期噪声和高斯噪声的叠加。通过采用有限脉冲响应滤波器,可以将信号带外噪声滤除；采用自适应陷波器可将泥浆脉冲信号带内的单频或者窄带噪声滤除；采用基于经验波形的时域消噪方案可将信号带内较为稳定的复杂噪声消除。而双传感器自适应噪声对消算法利用噪声和信号传播方向相反所产生的相位差,理论上可将一切与泥浆脉冲信号传播方向相反的噪声(包括信号回波)全部消除。信号同步方面主要包括信号的帧同步和载波同步两方面。帧同步方面,文章给出了两种方案,分别为利用泥浆脉冲系统特有的压力抬升特性和m序列进行帧同步和利用Chirp信号优良的自相关特性进行帧同步；载波同步文章采用通信系统中广泛使用的判决反馈环进行载波同步。均衡和判决方面,文章首先从泥浆脉冲系统的通信环境出发,对泥浆脉冲信道进行分析,得出泥浆脉冲信道是频率选择性信道,信道时延扩展较大,码间干扰严重,并且存在时变特性,可采用基于RLS算法的自适应判决分数间隔反馈均衡器对接收信号进行均衡处理。最后,文章采用3000m水循环管线对所述高速泥浆脉冲系统进行实验验证,实验表明,采用PAM调制方式数据传输速率在无数据压缩的情况下可达到12bps,与斯伦贝谢和贝克休斯等国外知名油田技术服务公司开发的同类系统速率相当。
【关键词】：高速泥浆脉冲数据传输系统 调制 消噪 同步 均衡判决
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE92
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1. 绪论11-18
• 1.1. 研究背景11
• 1.2. 国内外研究现状11-15
• 1.2.1. 随钻测量及其数据传输技术12-13
• 1.2.2. 泥浆脉冲数据传输技术13-15
• 1.3. 研究目的和意义15-16
• 1.4. 主要研究内容16-18
• 2. 泥浆脉冲信号调制方式研究18-24
• 2.1. 压力波信号产生机理及传输特性18-19
• 2.1.1. 压力波信号产生机理18
• 2.1.2. 压力波信号传输特性18-19
• 2.2. 基带脉冲幅度调制19-20
• 2.3. 二进制数字带通调制20-22
• 2.4. 调制方式的比较与选择22
• 2.5. 小结22-24
• 3. 泥浆脉冲信号噪声消除算法研究24-37
• 3.1. 噪声组成分析24-27
• 3.2. 频域自适应消噪算法27-31
• 3.2.1. 有限冲击响应滤波器27-28
• 3.2.2. 自适应陷波消噪28-31
• 3.3. 时域自适应消噪方案31-35
• 3.3.1. 基于经验波形的时域自适应消噪算法31-33
• 3.3.2. 双传感器自适应噪声对消算法33-35
• 3.4. 小结35-37
• 4. 泥浆脉冲信号同步方案研究37-46
• 4.1. 泥浆脉冲信号帧同步方案37-42
• 4.1.1. 基于压力抬升检测与m序列的帧同步方案37-40
• 4.1.2. 基于Chirp信号的帧同步方案40-42
• 4.2. 泥浆脉冲信号载波同步方案42-45
• 4.3. 小结45-46
• 5. 泥浆脉冲信号的均衡与判决46-53
• 5.1. 泥浆信道特性46-47
• 5.2. 泥浆脉冲信号底压消除算法47-49
• 5.2.1. 低通滤波方案47-48
• 5.2.2. 中值滤波与均值滤波方案48-49
• 5.3. 基于RLS算法的DFE均衡器49-51
• 5.4. 小结51-53
• 6. 实验及其结果53-69
• 6.1. 泥浆脉冲信号地面采集系统集成53-58
• 6.2. 采集和解调程序编写58-59
• 6.3. 3000m水循环系统介绍59-61
• 6.4. 高速泥浆脉冲系统实验61-68
• 6.4.1. 发送端信号质量评估方案61-63
• 6.4.2. 脉冲幅度调制方式63-67
• 6.4.3. PSK调制方式67-68
• 6.5. 小结68-69
• 7. 总结与展望69-72
• 7.1. 总结69-71
• 7.2. 展望71-72
• 参考文献72-76

【参考文献】

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本文编号：542997