论文部分内容阅读
测井是油气勘探和开发的重要技术手段。由于测井系统所处的特殊环境，使得它与一般的遥测遥控和数据通信系统不同。伪随机码有类似于白噪声的统计特性，并且抗干扰能力强。以它作为扩频码和测试码应用在井下数据传输的系统中，有着良好的应用前景。
井下无线数据传输，是一种通过在井下发射电磁信号在地面接受方式，来对井下各种数据参数进行传输的技术。本设计依靠模拟大地信道传输介质，应用伪码对井下无线数据传输进行了相关研究。
由于生产井和科研井都承担着繁重的生产和科研任务，所以直接在井下现场从事该研究是不现实的。因此本设计主要是依靠应用一阶RC网络模拟大地介质，对伪随机码通过电磁波传输特性进行了相关特性分析。以此来分析伪随机码在以地层为介质在井下传输过程中，伪随机码频率和长度对传输性能的影响。以此来获得伪随机码在井下传输的实验依据。
本文所做的主要工作就是首先完成该系统设计的数字部分，并在模拟的环境下对所做的模块进行测试。
设计主要依靠 EDA (Eletronic Design Automation)技术，依靠FPGA(FieldProgrammable Gate Array)器件和VHDL 语言实现。在EDA工具平台上，对以硬件的描述语言为系统逻辑完成设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合、结构综合，以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。
本文首先对VHDL语言对不同序列长度不同频率的伪随机码产生进行了设计。之后应用LabVIEW软件硬件对伪随机码在模拟地层信道中的传输实验进行了设计。并结合PCI6221采集卡，对伪随机码进行FFT分析。对模拟井下地层环境伪随机码传输进行了设计，重点测试了伪码频率和码位长度对传输结果的影响。
多址系统是指多个用户通过一个共同的信道交换信息的通道系统。伪码多址技术由于它每路信号均占有整个公共信道的带宽，具有保密性好，抗干扰能力强等特点。
本设计应用伪随机码多址技术在井下无线数据传输中，设计了系统方案。并基于多址通讯原理，设计了发送接收框架。定义了系统的功能；讨论了系统的工作过程。
通过比较几种数字调制系统，该设计选定2DPSK系统作为试验系统的调制和解调方式。2DPSK系统具有原理简单、设计方便、频谱利用率高、误码率低等特点。设计了2DPSK调制模块。其中包括伪随机码产生、差分编码、跳变检验、正弦信号产生、调制综合等多个模块部分。
根据调制2DPSK电路，分析调制信号的特点，应用差分相干解调原理；设计了解调模块．
其中包括延迟部分，相干部分，同步部分，最终将基带码解调。应用伪码通信最为关键的问题是进行信号的捕获和跟踪。这两个部分的好坏直接关系到系统的工作性能。系统首先对信号进行捕获；取得信号抽样判决时刻。本设计中为了提，高位同步捕获的速度，鉴于分频位数与分频时间这一对矛盾，提出分两次鉴相的设计思路，设计了快速位同步信号提取模块。然后对信号进行跟踪，即为精确同步，也就是相关接受。本设计采用数字匹配滤波器来完成，鉴于传统的匹配滤波器占用空间大，耗时长的特点，本论文采用并行折叠式数字匹配滤波器的设计。这种结构，应用FPGA的特点，通过反复调用的方式，在完成功能的基础上，虽然软件设计上要付出较多劳动，但是很大程度上扩大了硬件的使用空间。
论文针对本系统的特点，提出了系统设计方案。设计了发射接受数字化模块；并针对每个模块的功能和程序，进行了详细描述。提供模块工作的波形仿真文件。
根据系统测试结果，基于VHDL语言设计本系统具有以下优点：
(1)井下发射装置和地面接受装置的调制解调模块；这些硬件电路和软件的设计为现场试验打下了基础。
(2)对伪码的长度和频率对模拟地层介质传输性能的影响，进行了实验。为实践提供了依据。
(3)应用EDA技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和EDA平台来完成对系统硬件功能的实现。这样便于系统的利用、改造和升级。
(4)为了提高信号捕获的速度，提供了分两次鉴相的方法，设计了快速位同步信号提取的方案，并给出了模块和程序及波形仿真。
(5)采用并行折叠式数字匹配滤波器的设计，使用较少的空间完成硬件的设计，完成信号的相关接收。
最后，论文在总结整体实验后，对设计实验做了系统分析，对研究的不足之处提出了建议和意见，对系统的进一步完善和深层研究提出了建议。