[發明專利]基于壓縮感知的隨鉆測井數據NC-OFDM聲波傳輸方法

有效

• 申請號: 201711332758.5
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108063657B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 張偉;師奕兵;馬東;李焱駿;楊福毅
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00;H04L25/02;H04L27/26;H04L27/34;H04B13/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明基于壓縮感知的隨鉆測井數據NC?OFDM聲波傳輸方法，在發射端進行QPSK調制、加入導頻序列并進行NC?OFDM信號調制，之后串并變換、IDFT變換、插入循環前綴后、上變頻調制后變成頻帶信號，再經D/A轉換成模擬信號，并動并加載到鉆柱信道中；在接收端接收來自鉆柱信道的聲波并轉換成電信號，再通過調理、A/D轉換、下變頻解調變、去除循環前綴和DFT變換，轉換成頻域信號，根據導頻分布信息，取出導頻信號做基于壓縮感知的信道估計，再進行均衡及解調等操作，實現聲波傳輸。本發明可以有效的克服信道多徑延時，利用鉆柱信道的多個非連續通帶，提高測井數據的傳輸速率。同時接收端利用基于壓縮感知的信道估計，可以降低導頻開銷，進一步的提高傳輸效率。

技術領域

本發明屬于隨鉆測井數據實時傳輸技術領域，更為具體地講，涉及一種基于壓縮感知的隨鉆測井數據NC-OFDM聲波傳輸方法，用于鉆井過程中井下測井儀器和地面中控系統的實時高速數據傳輸。

背景技術

隨鉆測井技術是在傳統電纜測井技術基礎上發展起來的新一代測井技術，其在鉆進的過程中，實時測量地質特性，并將測井數據上傳至地面中控系統，同時地面中控系統通過接收的測井數據實時反演地層結果，并有效地指導鉆進軌跡。目前隨鉆測井作業中，少量測井參數如溫度、方位角、井壓值等通過泥漿脈沖傳輸系統實時上傳地面，而大量測井數據存儲在井下電路，待鉆井作業結束，才能讀出測井數據，無法實現真正意義上的隨鉆測井。

基于鉆柱信道的隨鉆測井數據聲波傳輸技術利用聲波為載波、鉆桿和接箍級聯的鉆柱作為信道，可以極大的提高隨鉆測井數據的傳輸速率，滿足隨鉆測井數據傳輸速度要求。

圖1是隨鉆測井數據聲波傳輸示意圖。

如圖1所示，隨著鉆井過程的進行，鉆桿和接箍級聯構成的鉆柱貫穿井眼直達地面，形成了聲波傳輸的信道即鉆柱信道。井下發射端將井下采集數據即隨鉆測井數據調制后通過發送模塊的激振器轉換為聲波，加載到鉆柱信道中，聲波經過傳輸、衰減和噪聲干擾后達到井上接收端接收模塊的加速度傳感器轉換成電信號，然后經過解調恢復出井上接收數據即井下發送的隨鉆測井數據。通過在發送端和鉆鋌直接級聯隔聲體，可以有效的降低鉆頭強噪聲耦合到鉆柱信道中。但鉆柱信道的多徑時延、鉆井工況強噪聲等對聲波傳輸方案提出了極高的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于壓縮感知的隨鉆測井數據NC-OFDM聲波傳輸方法，以利用信道的多個非連續通帶進行數據傳輸,同時基于壓縮感知的信道實時估計，降低信道估計的導頻開銷，提高了數據傳輸速率。

為實現上述發明目的，本發明基于壓縮感知的隨鉆測井數據NC-OFDM聲波傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、待發送隨鉆測井數據的星座映射

井下將采集的隨鉆測井數據表示成二進制序列，并將二進制序列由低位到高位每2位通過QPSK映射為一位數據，生成映射后的數據序列；

(2)、添加導頻序列并進行子載波調制

將QPSK星座映射后的數據序列中添加收發兩端已知的導頻序列，然后每N個數據作為一個NC-OFDM符號，NC-OFDM符號內有效子載波數為N_v，將NC-OFDM符號內剩余N-N_v個無效子載波全部置零，然后對NC-OFDM符號做N點IDFT變換得到時域序列，將時域序列后N_cp點作為循環前綴加入該時域序列前端，最后N+N_cp點基帶NC-OFDM序列進行上變頻調制，生成頻帶信號；

(3)、頻帶信號的發射

頻帶信號通過D/A轉換電路，生成模擬信號，然后通過二階帶通濾波器和功率放大器，最后信號通過激振器產生聲波信號，加載到鉆柱信道中；

(4)、聲波信號的接收