测井数据电缆遥测系统高速传输算法研究

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石油作为宝贵的矿产资源,其开采的难度正逐渐增加。实时的测井信息获取对油田进行石油高效开采具有重大意义,测井数据传输系统实现了井下测井仪器到地面上位机的电缆通信。随着多相流领域传感技术的不断发展,越来越多类型的传感仪器和传感阵列对数据传输速率提出了更高的要求。此外,测井系统特有的单芯电缆信道以及高温高压的外部环境,使得系统对于频带利用率以及抗干扰性能有着更高的要求。因此,测井数据传输系统的性能制约着测井信息技术的发展,研发高速稳定的测井数据传输技术具有重大意义。
  本文设计实现了测井数据传输系统。通过系统需求和运行环境的分析,设计了测井数据传输系统的总体解决方案,并开发了各模块的驱动程序。对于正交频分复用(OFDM)技术物理层中的编码解码、调制解调、循环前缀等模块以及信道估计和同步技术进行了算法实现。本文还针对OFDM技术中广泛研究的峰均比(PAPR)降低算法中的音调预留(TR)算法提出改进,使用神经网络实现了低复杂度算法。
  本文的创新性研究成果如下:
  1.提出了低复杂度的PAPR降低算法。针对OFDM技术中存在的PAPR降低问题,传统TR算法的计算复杂度较高。本文采用神经网络技术,设计了低复杂度的使用预生成的削峰信号的TR算法。仿真结果表明,所提出算法在互补累计分布函数(CCDF)等于10-3的情况下可实现3.5dB的PAPR降低效果。相比CC-TR、LSA-TR和CF-TR算法,所提出算法的计算复杂度降低了70%以上。
  2.采用OFDM技术实现测井数据传输系统,并加入了信道估计和同步技术。本文利用已构建的单芯电缆信道模型结合维纳滤波进行信道估计。使用双能量窗完成符号定时同步,根据循环前缀完成载波频率同步,以及基于梳状导频完成样值频率同步。实验结果表明,测井数据传输系统在50kHz低带宽下实现了27.45Kbps的传输速率,误比特率(BER)为4.37×10-4。
  3.基于双核DSP完成测井数据传输系统开发,在发送端和接收端均采用两个进程实现,极大提高了系统性能。系统的模拟前端部分使用AFE031开发,集成度更高且具有可控性。通过测试验证了测井数据传输系统各模块工作的正确性。
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