油氣層光纖干涉探測(cè)實(shí)時(shí)解調(diào)技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、石油作為全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有重要戰(zhàn)略地位的能源資源，對(duì)油氣層儲(chǔ)層信息的精確勘探尤為重要。在被廣泛使用的地震波法探測(cè)油氣層系統(tǒng)中，光纖傳感器作為檢波器進(jìn)行大規(guī)模復(fù)用的組網(wǎng)架構(gòu)以及系統(tǒng)對(duì)大量數(shù)據(jù)高速、實(shí)時(shí)處理的需求，已成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本課題的工作主要包括光纖傳感器組網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及高速、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸實(shí)現(xiàn)兩部分。
　　首先針對(duì)應(yīng)用于地震波檢測(cè)的高分辨率光纖油氣層探測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種高性能、低成本、大數(shù)據(jù)

2、量的基于相位調(diào)制型邁克爾遜光纖傳感器的組網(wǎng)架構(gòu)。
　　其次，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了適用于光纖傳感器組網(wǎng)應(yīng)用中的實(shí)時(shí)干涉解調(diào)系統(tǒng)。根據(jù)傳統(tǒng)的單片機(jī)或PC等運(yùn)算平臺(tái)難以適應(yīng)傳感器組網(wǎng)帶來(lái)的大規(guī)模數(shù)據(jù)高速、實(shí)時(shí)處理的現(xiàn)狀，選取Altera公司的EP3SE110F1152I3 FPGA作為系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制與處理的核心。實(shí)時(shí)干涉解調(diào)系統(tǒng)主要包括:在時(shí)間同步部分，根據(jù)地震波法探測(cè)油氣層對(duì)時(shí)間同步的精確要求，選取Hemisphere公司的GPS實(shí)現(xiàn)高精度授時(shí)，

3、其授時(shí)精度為20ns，通過(guò)RS232串口實(shí)現(xiàn)了GPS與FPGA間的串口通信;在數(shù)據(jù)采集部分，選用ADI公司的ADC芯片實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的高速采集，并利用FPGA基于SPI串口實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC芯片的指令傳輸進(jìn)行芯片配置，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種采樣時(shí)間窗口精確定位方法，能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地提取每個(gè)傳感器的光強(qiáng)數(shù)據(jù);在數(shù)據(jù)處理部分，依據(jù)本課題所述系統(tǒng)信號(hào)頻率緩慢變化的特點(diǎn)（頻率范圍為1Hz～200Hz），基于本課題提出的二元矩形脈沖相位調(diào)制解調(diào)法和區(qū)域生

4、長(zhǎng)算法思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種適于FPGA的高吞吐率相位計(jì)算的硬件架構(gòu)，它主要包含包裹相位計(jì)算和相位解包兩個(gè)子模塊。該相位計(jì)算模塊采用浮點(diǎn)運(yùn)算單元和流水線運(yùn)行，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了基于FIFO的數(shù)據(jù)流同步。FPGA的系統(tǒng)工作頻率為200MHz。實(shí)現(xiàn)了單個(gè)時(shí)鐘周期處理一個(gè)相位信息的吞吐能力，每秒處理相位數(shù)據(jù)量可達(dá)2×108。在數(shù)據(jù)通信部分，通過(guò)組幀處理將大量傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)幀頭信息進(jìn)行歸類、整合后，由USB2.0芯片實(shí)現(xiàn)FPGA與上位機(jī)之間的通信。該解調(diào)