连通井随钻系统信号处理模块的设计与实现

• 作 者: 杨小龙
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: MWD 自适应滤波 曼彻斯特码 FPGA matlab仿真

目前油井探测中广泛采用随钻测量技术(Measurement While Drilling),能在不中断钻头正常工作的情况下,将井下传感器采集到的地层特性和钻井参数等各类数据信号传输至地面,再进行分析与处理,最终通过显示设备实现对井下各类参数的实时监控。目前井下信号传输最常见的是以泥浆作为介质的无线传输方式,信息传递到地面,通过压力传感器采集。系统中存在大量噪声干扰,严重影响接收端有用信号的正常获取。由于连通井系统需要对两口井的位置、尺寸等参数进行精确测量,故要求测量仪器提供的数据量大且精度高。本文根据接收信号的要求,设计自适应的信号处理模块,并进行快速FPGA硬件化,对原始信号进行去噪与解码处理,使测井系统中信息得以准确获取。主要内容如下：根据连通井系统结构,分析信号处理模块在系统中的作用和重要性,制定出测井信号的处理方案。根据连通井系统噪声信号特性未知的特点,采用比较匹配的自适应滤波算法,最佳抑制噪声信号。另一方面,井下数据的编解码采用曼彻斯特码,这是因为其既可以提供足够的定时分量,又无直流漂移,编解码过程相对简单。通过比较几种常用的自适应滤波算法,分别以正弦波和延时波作为参考信号在matlab中设计出基于LMS准则的自适应滤波器,输入实际采集到的井下数据做仿真,对滤波效果进行对比与总结。讨论分析解码原理,利用matlab编程实现解码操作并进行了仿真验证,结果表明其能有效地将原始编码数据转化为二进制数字信号并按照每帧数据进行了区分。最后对模块的实现方法进行了探讨,决定采用FPGA作为平台,利用信号处理开发工具DSPbuilder结合simulink实现了8阶的自适应滤波器,使用HDL法对解码模块进行设计并通过nodelsim仿真验证模块的功能和效果。