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

1、鉆井液壓力信息遙測技術(shù)是隨鉆測量(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制相移鍵控(MPSK)方式進行數(shù)據(jù)調(diào)制，是進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信號的旋轉(zhuǎn)閥控制邏輯脈沖序列函數(shù)，通過控制脈沖序列函數(shù)的數(shù)學分析得到相移函數(shù)表達式，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信號時域數(shù)學模型。通過MPSK信號數(shù)學模型的短時傅利葉變換，對基于脈寬調(diào)制及脈位調(diào)制的鉆井液壓力MPSK信號的頻域特性進行了分析。數(shù)值計算表明，基于脈位調(diào)制鉆井液壓力MPSK信號的平均功率譜優(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，信號調(diào)制過程短，MPSK調(diào)制后常規(guī)頻帶內(nèi)信號能量相對較大，信號能量集中，有利于信號的頻帶傳輸。相對于數(shù)據(jù)的二進制差分相移鍵控(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)信號能量遠小于BPSK信號，且對旋轉(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。通過對MPSK鉆井液壓力信號進行的數(shù)值仿真，從信號波形反映的調(diào)制規(guī)律上驗證了所構(gòu)建數(shù)學模型的正確性。
　　 根據(jù)流體力學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、井井深長度的變化；通過信號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鉆井液壓力MPSK信號傳輸?shù)挠绊?，?shù)值分析表明，鉆井液粘度和含氣率對信號傳輸?shù)挠绊懽畲蟆?br>　　 通過對基于脈寬調(diào)制及脈位調(diào)制鉆井液壓力MPSK信號的數(shù)學建模及信號特性分析，從理論上解釋了將其作為井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌?，對于采用更合理的多進制相移鍵控數(shù)據(jù)調(diào)制的井下信息遙測技術(shù)的探索性研究具有相對大的參考