OFDM技术在周期性钻柱中信息传输的研究与应用

论文摘要

在钻井测量和控制中,需要随时了解井下工具的工作状况、井眼轨道的形态以及地层和井底环境等参数,那么井下信息到地面的实时传输成为研究的关键技术。近年来,无线随钻测量技术成为石油工程技术发展的一个主要关注方向,而寻找一种可靠的信号传输技术,解决地面系统与井下信号的双向通信任务以及井下信息的传输速度和深度等关键问题,是众多研究工作的重点。本文采用声波传输方式来实现井下数据的传输,利用OFDM技术的抗干扰及抗多径效应等优点来改善声波信号在井下的传输性能。本文以井下钻柱作为声波的传输通道,提出并设计实现了一种OFDM井下数据传输系统。首先,在研究了钻柱声波信道特性的基础上,结合钻井系统声波传输的仿真机理,通过设计合适的系统参数,对OFDM数据传输方案作了仿真对比与分析,对该系统的通信性能做了指标评价,从理论上证实OFDM技术的可行性；其次,设计了基于DSP5416的OFDM井下数据传输系统,包括DSP发射和接收硬件电路的电源设计、数模及模数转换设计、串口通信电路的设计、DDS电路的设计、功放电路的设计等关键技术,还包括换能器及其匹配电路的设计,从而设计实现了完整的OFDM技术传输系统平台；最后基于设计的OFDM传输系统平台,对声波在井下的传输速率及可靠性进行了性能测试,通过实际的数据结果分析得出,采用OFDM技术的声波传输速率明显优于其他技术。本课题设计实现的OFDM井下数据传输系统,对于未来井下声波传输的推广以及OFDM技术在井下信息传输更深入的应用,都具有重要的参考价值,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 钻井技术的发展
• 1.1.2 国内研究现状
• 1.2 项目背景、研究目的及意义
• 1.3 现代导向钻井技术难点
• 1.4 随钻信息传输方式研究现状
• 1.4.1 电缆传输系统
• 1.4.2 钻井液脉冲传输
• 1.4.3 电磁波传输
• 1.4.4 光纤传输
• 1.4.5 智能钻杆传输
• 1.4.6 声波传输
• 1.5 钻柱及钻柱声波信道特性
• 1.5.1 钻柱结构
• 1.5.2 钻柱声波信道特性
• 1.6 本章小结
• 1.7 论文的研究及开展
• 第二章 OFDM技术原理及仿真实现
• 2.1 OFDM技术优势及应用
• 2.1.1 OFDM基本原理
• 2.1.2 OFDM系统模型
• 2.2 OFDM数据传输系统及关键技术
• 2.2.1 串并变换
• 2.2.2 IFFT/FFT
• 2.2.3 保护间隔和循环前缀
• 2.2.4 OFDM系统参数的设计
• 2.3 系统仿真平台
• 2.4 OFDM传输系统参数设计
• 2.5 系统仿真流程
• 2.5.1 发射端仿真流程
• 2.5.2 接收端仿真流程
• 2.6 OFDM系统性能仿真结果分析
• 2.6.1 有、无OFDM系统性能仿真
• 2.6.2 信道解码前后性能对比
• 2.6.3 不同信道下的OFDM系统性能
• 2.7 本章小结
• 第三章 OFDM技术传输方案的实现
• 3.1 OFDM传输系统
• 3.1.1 主控芯片
• 3.1.2 JTAG仿真口
• 3.1.3 电源设计
• 3.1.4 时钟信号设计
• 3.1.5 复位和看门狗电路
• 3.1.6 D/A电路
• 3.1.7 A/D电路
• 3.1.8 EPROM与DSP的连接
• 3.1.9 FLASH与DSP的连接
• 3.1.10 USB与DSP的连接
• 3.1.11 DDS电路设计
• 3.1.12 功放电路设计
• 3.2 关键技术的解决
• 3.2.1 数字滤波器的基本理论和设计
• 3.2.2 OFDM的信号模式
• 3.3 系统实现
• 3.4 换能器的设计与实现
• 3.4.1 换能器设计原理
• 3.4.2 声波换能器的设计要求
• 3.4.3 结构设计
• 3.4.4. 仿真结果
• 3.4.5 硬件实现
• 3.5 变压器的设计与实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 OFDM技术在钻杆在中传输的性能测试
• 4.1 测试环境
• 4.2 上位机界面
• 4.3 测试过程及结果
• 4.3.1 50W最大输出电功率
• 4.3.2 FSK DPSK OFDM三种调制方式的测试结果
• 4.3.3 识别小于-50dB的信噪比
• 4.3.4 数据传输率
• 第五章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要