近年来,井下声波无线传输技术因其便捷、高效、低成本等优势,在随钻、试井、储层动态监测等领域的应用受到了越来越多研究人员关注。然而,声波信号在钻杆、油管等各类管柱接箍处的衰减较大,导致传输距离受限,严重限制了其推广。针对这一问题,论文重点研究了基于双向无线中继的井下声波传输系统设计。本文首先介绍了井下声波无线传输的基本原理,分析了声波沿钻杆传输的频率特性和衰减特性,研究了声波沿钻杆传播过程中的噪声的形成机理。此外,针对井下声波无线中继传输,建立了基于放大转发的中继双向传输模型,研究了声波无线中继分时双向传输方法。设计了相应的仿真模型,并采用FSK调制验证分析了声波沿钻杆传输模型以及基于分时传输的双向中继模型。在此基础上,根据解码转发中继系统原理,设计了对中继系统捕获到的声波信号进行采集、放大、解调和转发的处理流程。并以dsPIC33EV高温数字信号控制器为中继系统主控芯片,优化设计了相应的发射电路、接收电路、数据采集电路、电荷放大以及调制解调电路等中继系统模块。最后,搭建了模拟实验平台,开展了井下声波无线中继传输系统的模拟实验与分析。实验结果表明,本文设计的中继传输系统硬件电路工作稳定,能够有效扩展井下声波传输系统的传输距离,实现声波中继无线双向传输。