随钻声波传输技术
作者： 尚海燕，周静著
出版时间：2018年版
内容简介
《随钻声波传输技术》主要探索随钻声波传输技术。**，介绍声波传输技术在钻井无线信息传输中的重要性和优势；第二，详细分析声波沿钻柱信道传输时周期性钻柱信道和非周期性钻柱信道的特性，以及影响声波信道的主要因素，并针对典型钻具组合的声波传输特性进行数值分析；第三，在声波钻柱信道梳状滤波特性的基础上进行信息传输的多种调制解调方法研究，在正交频分复用技术的基础上进行给定信道上信息传输的误码率和**的信息传输方式的分析与仿真；第四，对极低信噪比下采用杜芬振子检测方法进行探讨；第五，对声波激励源随钻阵列声波换能器进行设计与应用研究。
目 录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 钻井信息传输概述 2
1.3 随钻声波传输国内外发展现状 6
参考文献 8
第2章 随钻声波传输信道特性及其模型的建立 10
2.1 引言 10
2.2 信道基本理论 10
2.2.1 信道特征 10
2.2.2 信道的数学描述 11
2.2.3 信道的分析方法和参数 12
2.3 声波传输的基础知识 13
2.3.1 声波传输的基本概念 13
2.3.2 声波传输的基本特点 13
2.3.3 相速、群速和色散曲线 16
2.3.4 声波沿钻柱传输的研究方向 17
2.4 声波信号沿钻柱传输突变截面信道模型的建立 17
2.4.1 声波在钻柱中传输的基本规律 18
2.4.2 突变截面周期性钻杆信道的等效透声膜分析 18
2.4.3 突变截面周期性钻杆信道的FIR滤波器模拟 24
2.4.4 突变截面非周期性信道模型的等效透声膜方法 31
2.5 声波沿钻柱传输渐变截面信道模型的建立 35
2.5.1 渐变截面杆的波动方程 35
2.5.2 线性直圆锥杆波动解 36
2.5.3 带有圆锥过渡管的周期钻杆等效透声膜方法 36
2.5.4 渐变截面过渡管组合管串的声波传递 39
2.5.5 渐变圆锥截面过渡杆的数值仿真分析 46
参考文献 52
第3章 钻柱信道声波传输特性研究 54
3.1 引言 54
3.2 钻杆外形尺寸对声波传输信道特性的影响 54
3.2.1 钻柱长度对信道的影响 54
3.2.2 钻杆横截面积对信道的影响 55
3.3 钻杆误差对信道的影响 57
3.4 不同钻具组合对声波信道的影响 58
3.4.1 不同钻杆长度组合的信道特性 58
3.4.2 不同钻杆截面积组合的信道特性 60
3.5 典型钻井钻具组合声信号信道特性 62
3.5.1 塔式钻具组合 63
3.5.2 钟摆钻具组合 68
3.5.3 满眼钻具组合 69
参考文献 71
第4章 信号沿信道传输调制解调方法的研究 73
4.1 引言 73
4.2 信号数字调制的基本原理 73
4.2.1 ASK调制的基本原理 74
4.2.2 FSK调制的基本原理 75
4.2.3 PSK调制的基本原理 76
4.2.4 三种调制方式的比较 78
4.3 声波信号在信道中调制解调传输仿真 79
4.3.1 声波信号经2ASK调制解调传输仿真 79
4.3.2 声波信号经2FSK调制解调传输仿真 80
4.3.3 声波信号经2PSK调制解调传输仿真 81
4.4 声波传输的调制解调仿真软件设计及说明 82
4.4.1 软件概述 83
4.4.2 模拟通道使用说明 92
4.5 调制信号通过钻柱信道的仿真分析 95
4.5.1 FSK信号通过突变信道和渐变信道分析 95
4.5.2 BPSK信号通过突变信道与渐变信道分析 101
4.5.3 FSK和BPSK调制解调方式的对比 103
参考文献 104
第5章 基于OFDM的起伏窄信道声波信息传输 105
5.1 引言 105
5.2 钻杆信道特性分析 105
5.2.1 时间选择性衰落 105
5.2.2 频率选择性衰落 106
5.2.3 钻杆信道的频谱资源和衰落特性 106
5.3 数据传输方案 109
5.3.1 OFDM的基本原理 109
5.3.2 钻杆信道下OFDM的参数选择 111
5.3.3 OFDM声波遥测系统结构 113
5.3.4 OFDM接收机灵敏度 114
5.4 自适应载波分配与功率分配技术 114
5.4.1 自适应技术的理论基础 115
5.4.2 基于模糊逻辑的比特分配和功率分配 116
5.4.3 基于扩频码的比特分配和功率分配 119
5.5 传输方案的仿真及结果分析 121
5.5.1 传输方案的可行性测试 121
5.5.2 钻杆信道衰减测试 124
5.5.3 子信道误码率状况 126
5.5.4 传输方案的总体信号失真 130
参考文献 135
第6章 用杜芬振子检测随钻声波信号的研究 137
6.1 引言 137
6.2 混沌理论与混沌特征分析 138
6.2.1 通向混沌的途径和特征 138
6.2.2 混沌系统的判别方法 140
6.2.3 杜芬方程的混沌特性研究 141
6.2.4 噪声对杜芬系统的影响 145
6.3 混沌系统检测2FSK信号方法的研究 147
6.3.1 混沌系统检测微弱信号原理与仿真 147
6.3.2 混沌系统检测2FSK信号的原理 149
6.3.3 混沌系统检测2FSK信号检测仿真方法与实现 150
6.3.4 解决相位不同步问题的方法 151
6.4 随钻声波传输信号的混沌检测方法研究 157
6.4.1 杜芬系统检测微弱随钻声波信号的方法 157
6.4.2 仿真结果及分析 158
参考文献 163
第7章 随钻阵列声波换能器 165
7.1 引言 165
7.2 随钻阵列声波换能器的装配结构 165
7.3 随钻阵列声波换能器的等效网络模型 166
7.3.1 压电晶堆的Mason等效网络 167
7.3.2 前辐射头的Mason等效网络 168
7.3.3 后质量块的Mason等效网络 169
7.3.4 换能器整体等效网络模型 169
7.4 随钻阵列声波换能器的有限元模型及其仿真 171
7.4.1 随钻阵列声波换能器的有限元模型 171
7.4.2 随钻阵列声波换能器的有限元仿真 172
7.5 随钻阵列声波换能器大功率发射时的电匹配网络 174
7.5.1 负载阻抗复角与功放管耗散功率及电源供电效率的关系 174
7.5.2 窄带阵电匹配网络的并联调谐匹配 175
7.5.3 窄带阵电匹配网络的串联调谐匹配 175
7.6 随钻阵列声波换能器测试 176
7.6.1 随钻阵列声波换能器的阻抗特性测试 176
7.6.2 随钻阵列声波换能器的环境温度测试 178
7.6.3 随钻阵列声波换能器的功率测试 178
7.7 随钻阵列声波换能器的匹配与功率测试 181
7.7.1 随钻阵列声波换能器匹配原理 181
7.7.2 匹配器件及材质的选择 182
7.7.3 并联换能器功率测试 183
7.8 随钻阵列声波换能器整机系统测试 187
7.8.1 随钻阵列声波换能器整机系统构成 187
7.8.2 高低频谐振点匹配测试与分析 188
参考文献 190
