基于2D-DCT变换的MWD遥传信号泵冲干扰消除方法

遥传技术是随钻测量(MWD,measurement while drilling)系统中的一项关键技术,目前大多数MWD系统均采用泥浆脉冲方式进行数据传输.钻井现场噪声环境复杂,特别是泥浆泵的泵冲干扰,其强度较大,如果其频率落入脉冲信号的带内,则会对地面接收信号造成严重干扰.因此若不能对脉冲信号带内的泵冲干扰进行很好的抑制,则会限制遥传系统对各种工况的适应能力.提出了一种基于二维离散余弦变换(2D-DCT)的泵冲干扰消除方法,该方法将地面接收到的一维泥浆压力信号转换为二维信号,然后进行2D-DCT变换,从而能在变换域进行泵冲干扰的消除处理.     

基于聚类算法的MWD泥浆脉冲信号识别研究

无线随钻测量MWD(Measurement While Drilling)利用泥浆脉冲进行信号的传输可以实时观测井底的相关数据,地面解码系统对接收到的泥浆脉冲信号进行正确的检测与识别是随钻测量的核心技术之一。然而,信道中存在的各种噪声会对信号的传输与识别造成干扰与误码。首先对曼彻斯特编码泥浆脉冲信号的噪声进行了分析,在此基础上将归一化最小均方(NLMS)自适应滤波算法去除泥浆脉冲信号的噪声,与传统滤波方法相比,NLMS自适应滤波算法能更有效的去除各种噪声并能有效的消除泵冲基值对波形的影响。然后针对得到的去噪泥浆脉冲信号的特点,建立泥浆脉冲识别模型,将聚类识别算法应用到了泥浆脉冲信号的识别。最后现场试验结果表明,该解码过程简单实用,具有可靠性高、误码率低等特点,符合工程应用的要求。     

矿用泥浆脉冲无线随钻测量信号发生装置设计

针对煤矿井下定向钻进小泵量、低压力工况,研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置,分析了该装置的技术要求、结构组成、使用条件;重点阐述了该装置信号发生装置(矿用泥浆脉冲无线随钻测量信号发生装置)的设计方案,介绍了信号发生装置中防爆驱动短节及其电磁阀、脉冲发生器的结构设计,以及脉冲发生器中流道控制阀及其阀头参数设计。现场试验结果表明,信号发生装置能够稳定、可靠地产生泥浆压力脉冲信号,最大信号传输深度达2 570m,泥浆压力脉冲衰减速率为5.8%/hm,衰减速率低,具备向更深钻孔应用的能力。     

可见光通信调制方式及其性能的思考

为了能够使白光LED的室内照明以及通信的双重功能实现,需要根据可见光通信的相关特点,在对双头脉冲间隔调制(DH-PIM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)、脉冲位置调制(PPM)、开光键控调制(OOK)的结构情况进行分析的基础上,将一种新型的反向双头脉冲间隔调制(RDH-PIM)的方式提出来.在对各种调制方式的编码结构、平均发射功率以及带宽的要求进行分析和比较后,进行仿真的结果表明,OOK具有的带宽需求最小,RDH-PIM能够获得的平均发射功率最大,同时在带宽利用流程方面RDH-PIM要比PPM和DPIM具有更大的优势.作为一类折中的调制方式,RDH-PIM在进行无线光通信的过程中是具备着一定的应用价值的.     

基于高效纠错码的无线光通信系统性能分析

介绍了弱湍流信道条件下光强闪烁的对数正态分布模型,结合大气信道特点,推导了自由空间光通信未编码系统和RS编码系统在开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调制(DPPM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)方式下的平均误码率公式,并用数值仿真的方法分析了它们的平均误码率性能。仿真结果表明,采用RS编码可以有效地增加信噪比增益,改善大气湍流对通信链路性能的恶化,能够提高系统的抗干扰能力,在无线光通信系统中将有一定的应用前景。     

无线随钻测量系统的数据压缩协议研究

在随钻测量系统中,目前采用的主要传输技术是泥浆压力波正负脉冲的方法,该方法所固有的缺点是信号传输速率低,因此,在低信号传输速率下,研究数据的压缩技术,从而提高信号的传输效率具有非常重要的意义。提出采用Huffman技术对数据进行压缩,从而实现随钻测量系统的高效传输。实验证明：压缩比可以满足实际应用需求,具有广泛的应用意义。     

光通信中一种有效的差分脉冲位置宽度调制

考虑脉冲位置调制(PPM)在解调时需要严格的时钟同步和符号同步,而且功率越高,时隙越窄的问题,结合差分脉冲位置调制(DPPM)和脉冲宽度调制(PWM)提出了一种有效的调制方式--差分脉冲位置宽度调制(DPPM+PWM).研究了采用DPPM+PWM的红外通信系统在加性高斯白噪声干扰下的性能,对DPPM+PWM的符号结构、发射功率、带宽需求、传输容量以及误包率等特性进行了分析,并通过仿真与开关键控(OOK),PPM,PPM等调制方式进行了比较.结果表明DP-PM+PWM频带利用率高,传输容量大,不需要符号同步,且增加了脉冲信号的长度,大大简化系统实现,是一种很有实际应用价值的调制方式.     

井下可见光语音传输系统设计

基于井下可见光通信对通信速率要求不高的特点,采用脉冲编码调制方式,设计了一种可实现移动矿灯与液压顶板LED基站之间通信的井下可见光语音传输系统。该系统采用TP3067芯片对语音信号进行脉冲编码,将编码信号叠加直流信号来驱动LED器件,接收端对接收的编码信号进行光电检测和放大处理后,解码恢复出语音信号。实验结果表明,该系统在2.048 Mbit/s通信速率下,接收光功率为-9dB·m时,系统误码率为10~(-83),实现了语音信号不失真传输。     

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用

针对采用中心通缆式钻杆作为信号传输通道的有线随钻测量装置存在的钻杆结构复杂、机械性能受限、抗干扰能力差等问题,研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置。该装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器、防爆测量探管、防爆压力变送器等组成,采用间歇模式工作:防爆测量探管中的测量短节检测到泥浆泵停泵信号后,采集钻孔轨迹参数、定向钻具状态参数等静态数据并进行编码;当检测到泥浆泵开泵信号后,防爆测量探管中的驱动短节依次发送静态数据、测量并发送动态数据,同时控制脉冲发生器调整水力通道的流道面积;防爆压力变送器采集泥浆泵压力信号并将其发送至防爆计算机;数据传输完成后,防爆测量探管停止工作,脉冲发生器内部流道恢复,泥浆泵压力变为正常值,开始定向钻进。试验结果表明,该装置工作稳定,测量数据准确,传输可靠,提高了定向钻进效率和安全性,满足煤矿井下各类煤层孔和岩层孔定向钻进需要,且可实现常规钻孔轨迹随钻测量。     

ALC-OFDM系统中的ACMS新选择准则

针对新一代宽带卫星通信,建立了自适应低密度奇偶校验码(LDPC)编译码的正交频分复用(ALC-OFDM)传输系统结构与信道模型.在分析固定编码调制方式基础上,提出了一种加权信噪比(SNR)的自适应编码调制方案(ACMS)选择新准则,使每种编码调制方案对应着一个信道平均信噪比范围,可以有效找出使系统吞吐量最优的信噪比切换门限值.仿真结果表明:在系统的误比特率(BER)满足要求的情况下,对比各种加权准则,加权得到的SNR越大,采用该准则的系统吞吐量越大;当系统吞吐量都达到最大值时,采用3种加权方式的信噪比切换门限比传统准则至少降低了2 dB.     

基于改进LS-SVM的随钻测量数据传输误码率预测

针对泥浆连续波随钻测量数据传输误码率预测精度低、数据传输过程中易受干扰信号影响等缺点,提出利用改进的最小二乘向量积(LS-SVM)对连续波数据传输误码率建立预测模型,并引用遗传算法对参数寻优,在建立模型过程中利用狄克逊准则对数据进行筛选,从而提高误码率预测的精度.在小样本数据的情况下,采用Matlab建立基于改进的最小二乘支持向量机泥浆连续波数据传输模型.仿真结果表明该模型能够有效地避免陷入局部最优问题,具有较强的泛化能力和预测能力.通过与误差反传前馈(Back propagation,BP)和Elman神经网络预测模型对比可知,该模型预测精度更高,预测值更接近于实际值,可以用于泥浆连续波数据传输误码率预测.     

随钻脉冲曼码信号处理研究

随钻测量过程中,井下随钻测量信号通过钻井液脉冲方式传输到地面,地面采集到的信号往往包含了各种噪声和干扰,为了正确地恢复源信号,采用基于最小均方的自适应噪声对消算法.同时,利用改进锁相环方法来正确地恢复时钟,寻找准确的采样点.通过现场采集的钻井液脉冲信号进行验证,曼码信号处理能成功恢复码子,还原有效信息.     

水下微型位姿遥测系统设计

高精度的位置与姿态遥测技术已成为航行潜器与水下平台衔接的必要手段,而常规的无线电测距和红外遥测技术都难以克服能量在水中迅速衰减、作用距离受限的缺陷。针对该问题,设计了基于声学定位和姿态遥测技术的微型位姿遥测系统,通过高精度的声学测距和位姿解算,实现了航行潜器和目标平台之间的远程引导和精确衔接。试验数据表明:水下微型位姿遥测系统具备高质量的测量和引导性能,相对位置遥测和相对姿态测量精度分别达到5 cm和3°,具有良好的工程应用价值。     

基于分段平均周期图的泥浆脉冲信号滤波方法

由于受到泥浆泵脉动、钻具震动等因素的干扰,井口立管采集到的随钻测量信号包含大量的干扰和噪声,严重影响信号解码后的正确性。首先对传输信道中产生干扰和噪声的因素进行分析,指出导致泥浆有用信号被淹没而无法识别其频率范围的原因,基于分段平均周期图法确定有用信号的频率范围,计算出最优的Hamming窗的窗口长度,并利用Hamming数字滤波器对随钻测量信号进行滤波并解码。通过对大港油田实测数据的仿真实验证明,该方法具有良好的滤波效果,误码率很低。     

近钻头连续波反射分析和信号提取算法

连续波载波技术是实现井下随钻测量信息高速上传的有效途径,但由于连续波信号的本质特性使得这一信号在传输通道中的反射、叠加和回响更加剧烈,造成了信号的畸变,从而令井下随钻测量信息的有效提取变得困难。如何实现连续波反射信号的抑制与载波信号的有效提取,是核心内容。为实现这一目的,建立了井下信号传输通道模型,给出了反射过程的理论分析,推导了信号解析算法,明确了工程应用中信号的提取过程,并进行了仿真实验;完成理论分析后,在实地构建的风洞系统中应用所提算法进行了实验,结果进一步验证了算法的有效性,并说明了其在实际工程中推广的可行性。     

脉冲式激光测距仪计时系统设计与实现

激光测距技术被广泛应用于扫描成像、模式识别、目标跟踪等领域,快速、高精度的测距计时是其实现的基础。为满足上述领域的应用需要,对脉冲式激光测距的高速计时技术进行了研究。采用基于数字式内插测量方法以及高精度时间间隔测量芯片和数据处理芯片,设计并实现了激光测距仪的计时模块与数据传输模块。试验结果表明,该计时系统具有较高的测量精度,可实现测距信号的高速计算以及将测距数据快速传递至上位机的功能,对模式识别、跟踪目标等领域相关功能的实现具有应用价值。     

Design of a high-repetition rate photon source in a quantum key distribution system

Photon source with high-repetition quantum message transmission is needed in the quantum key distribution (QKD) system for long distance and high-repetition rate. We design high-repetition-rate weak coherent light by applying a practical QKD system with decoy states and polarization coding including an FPGA-based true random number generator, narrow pulse shaping under the modulation of high-speed true random number as well as its laser driver. The test indicates that the repetition rate of such light can attain a high performance of 650 MHz, pulse width less than 300 ps, stability of pulse amplitude better than 5%, and extinction rate better than 1000:1.     

基于双处理器架构的地层压力测控系统设计

针对地层压力随钻测量困难、耗时等问题,以及工具下入困难、工具遇卡等潜在风险,提出了一种基于双处理器的随钻地层压力测量控制系统。在随钻过程中通过压力传感器测量井下压力,由主处理器TMS320F2812对地层压力值进行采集与处理;从处理器ATMEGA8对电磁阀进行智能控制,实现分流器、换向器与执行机构的协调配合,从而获得实时地层压力数据。实验结果表明：该系统实现了在井下高温、高压和强干扰的恶劣环境下对压力信号进行采集、分析、传输和存储,系统设计合理并具有较好的抗干扰性与实用性。