基于脈寬及脈位調(diào)制的鉆井液壓力MPSK信號(hào)的數(shù)學(xué)建模及信號(hào)特性分析.pdf

1、鉆井液壓力信息遙測(cè)技術(shù)是隨鉆測(cè)量(MWD)中最常用的井下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，采用鉆井液壓力多進(jìn)制相移鍵控(MPSK)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制，是進(jìn)一步提高井下信息傳輸速率的行之有效方法。
　　 本文根據(jù)旋轉(zhuǎn)閥式鉆井液連續(xù)壓力波信號(hào)發(fā)生器的邏輯控制分析，構(gòu)建基于脈寬調(diào)制(PWM)及脈位調(diào)制(PPM)的鉆井液壓力MPSK信號(hào)的旋轉(zhuǎn)閥控制邏輯脈沖序列函數(shù)，通過(guò)控制脈沖序列函數(shù)的數(shù)學(xué)分析得到相移函數(shù)表達(dá)式，根據(jù)相移函數(shù)的傅利葉正、逆變換及數(shù)字通信理論

2、，構(gòu)建出基于脈寬調(diào)制及脈位調(diào)制的鉆井液壓力MPSK信號(hào)時(shí)域數(shù)學(xué)模型。通過(guò)MPSK信號(hào)數(shù)學(xué)模型的短時(shí)傅利葉變換，對(duì)基于脈寬調(diào)制及脈位調(diào)制的鉆井液壓力MPSK信號(hào)的頻域特性進(jìn)行了分析。數(shù)值計(jì)算表明，基于脈位調(diào)制鉆井液壓力MPSK信號(hào)的平均功率譜優(yōu)于脈寬調(diào)制，由于基于脈位調(diào)制的基帶控制脈沖寬度窄，信號(hào)調(diào)制過(guò)程短，MPSK調(diào)制后常規(guī)頻帶內(nèi)信號(hào)能量相對(duì)較大，信號(hào)能量集中，有利于信號(hào)的頻帶傳輸。相對(duì)于數(shù)據(jù)的二進(jìn)制差分相移鍵控(BPSK)調(diào)制，基于脈

3、寬和脈位調(diào)制的MPSK信號(hào)在相同帶寬下，信息傳輸速率和頻帶利用率提高了一倍，但調(diào)制后常規(guī)頻帶內(nèi)信號(hào)能量遠(yuǎn)小于BPSK信號(hào)，且對(duì)旋轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)速的控制要求很高，這也是目前鉆井液壓力多進(jìn)制相移鍵控調(diào)制方式?jīng)]有采用基于脈寬調(diào)制及脈位調(diào)制的主要原因。通過(guò)對(duì)MPSK鉆井液壓力信號(hào)進(jìn)行的數(shù)值仿真，從信號(hào)波形反映的調(diào)制規(guī)律上驗(yàn)證了所構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　 根據(jù)流體力學(xué)理論及理想氣體狀態(tài)方程，結(jié)合鉆柱內(nèi)的壓力和溫度分布，分析了鉆井液含氣率沿定向

4、井井深長(zhǎng)度的變化；通過(guò)信號(hào)在鉆井液信道中的傳輸特性分析，采用數(shù)值分析方法研究了傳播距離、鉆柱內(nèi)徑、載波頻率、鉆井液粘度及體積含氣率對(duì)鉆井液壓力MPSK信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，?shù)值分析表明，鉆井液粘度和含氣率對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懽畲蟆?br>　　 通過(guò)對(duì)基于脈寬調(diào)制及脈位調(diào)制鉆井液壓力MPSK信號(hào)的數(shù)學(xué)建模及信號(hào)特性分析，從理論上解釋了將其作為井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌裕瑢?duì)于采用更合理的多進(jìn)制相移鍵控?cái)?shù)據(jù)調(diào)制的井下信息遙測(cè)技術(shù)的探索性研究具有相對(duì)大的參考