电磁随钻无线传输控制及数据处理电路设计和实现

发布时间：2017-10-24 16:05

  本文关键词：电磁随钻无线传输控制及数据处理电路设计和实现

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【摘要】：目前,随着油田和煤井生产开采的需要,传统的运用泥浆脉冲作为传输信号媒介的测井仪的不足之处变得很严重。并且随着欠平衡井技术的进步,在可压缩钻井介质中的应用普遍产生,可因泥浆脉冲经常无法传输井下钻井参数信息,束缚了欠平衡钻井技术的实际运用。电磁波对钻井介质的要求比较低,传输数据信息的稳定性和速率仅与信道特性有关,对欠平衡井技术的推广奠定了基础。我国的电磁波随钻无线测井系统研究起步较晚,进步空间比较大,对弥补我国的测井技术起到重要作用,但是遭受国外测井公司的垄断和技术封锁。打破对外国技术的依赖,掌握核心的测井技术,研发具有自主知识产权的电磁随钻无线测井系统,将是一项刻不容缓的核心任务。本文讨论的电磁波随钻无线测井系统中,由于受到井下环境的限制和电磁波作为传输地层信息的媒介对测井仪器提出了更高的要求。并且为了保证传输稳定性、传输距离长、传输高速率和低误码率等长时间工作性能要求,对无线信道编解码、信道调制和解调等技术提出了更高了要求。本文采用了新型的FSK数字调制技术完成数据的传输,并且设计了一种基于FPGA的DSTFT算法实现FSK信号的解调新方法,提高了算法效率、实现了低误码率的解调要求。由于在远端的接收机接收的调制信号强度常常比较微弱,并且还夹杂着噪声、工频信号等干扰,需要对其进行模拟滤波、放大等一系列的处理。在接收机的采集板中,由于A/D采样调制信号过程中会受到电源纹波、电路杂散噪声等影响,设计了基于FPGA的横向FIR数字滤波器去除外界的影响,能够为后续的信号解调操作提供帮助。最终通过现场测试验证了电磁波随钻测井系统总体软硬件设计的合理性和可靠性,并且满足设计要求。
【关键词】：电磁波测井 信道调制 FPGA DSTFT FSK
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH763
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及当前问题11-12
• 1.3 课题研究内容12
• 1.4 论文结构安排12-14
• 第二章 电磁随钻无线测井的理论和系统总体方案设计14-20
• 2.1 基本理论14-16
• 2.1.1 电磁随钻测井系统的理论基础14-15
• 2.1.2 电磁随钻测井系统的测量方式15-16
• 2.2 系统功能和技术指标16-17
• 2.2.1 系统电路的功能要求16
• 2.2.2 系统电路的技术指标16-17
• 2.3 系统总体设计方案与结构17-19
• 2.3.1 核心控制芯片的选择17
• 2.3.2 发射机电路设计方案与结构17-18
• 2.3.3 接收机电路设计方案与结构18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 电磁随钻无线传输的信道调制和解调20-39
• 3.1 电磁随钻无线传输的信道调制20-25
• 3.1.1 信道调制分析20-21
• 3.1.2 调制信号控制器设计21-22
• 3.1.3 调制信号实现设计22-25
• 3.2 电磁随钻无线传输的信道解调25-34
• 3.2.1 信道解调分析25
• 3.2.2 解调信号控制器设计25-26
• 3.2.3 ADC驱动与采样26-30
• 3.2.4 改进的DSTFT算法解调FSK信号30-34
• 3.3 其他电路设计34-36
• 3.3.1 电源电路34-35
• 3.3.2 通讯接口电路35-36
• 3.4 硬件电路PCB板的电磁兼容性设计36-38
• 3.4.1 串扰36-37
• 3.4.2 接地37-38
• 3.4.3 PCB板多层设计38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 软件开发与功能实现39-51
• 4.1 发射机软件实现39-40
• 4.1.1 系统初始化设计39
• 4.1.2 控制功能软件设计39-40
• 4.2 接收机软件实现40-49
• 4.2.1 系统初始化设计40-41
• 4.2.2 数字滤波器具体实现41-46
• 4.2.3 基于FPGA的DSTFT算法具体实现46-49
• 4.3 通信协议设计49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 系统调试和试验结果分析51-64
• 5.1 硬件电路调试51-54
• 5.1.1 电路静态参数测试52
• 5.1.2 电路动态行为及功能测试52-54
• 5.2 软件调试54-57
• 5.2.1 控制软件的调试及运行结果54-55
• 5.2.2 DSTFT算法的调试及运行结果55-57
• 5.3 系统联调57-62
• 5.4 调试结果分析和性能评估62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 结束语64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果69-70

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