[发明专利]基于压缩感知的随钻测井数据V-OFDM声波传输方法

说明书

本发明公开了一种随钻测井数据V‑OFDM声波传输方法，在发送端通过QPSK调制，然后加入导频序列并通过V‑OFDM调制和上变频调制，最后转换成模拟信号，并驱动激振器产生声波信号加载到钻柱信道；在接收端收来自钻柱信道的声波并转换成电信号，经过调理、A/D转换为待处理的频带信号，然后进行下变频和V‑OFDM解调，提取导频序列完成信道实时估计，并根据信道估计结果进行均衡，最后通过QPSK解调得到随钻测井数据。本发明可以有效地克服信道多径延时，提高数据传输质量，降低误码率，可以满足井下低功耗小型化设计要求，利用压缩感知完成信道参数的实时估计，可以有效的降低导频开销，提高随钻测井数据有效传输速率。

技术领域

本发明属于随钻测井数据实时传输技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于压缩感知的随钻测井数据V-OFDM声波传输方法，用于钻井过程中井下测井仪器和地面中控系统的实时高速数据传输。

背景技术

随钻测井技术是在传统电缆测井技术基础上发展起来的新一代测井技术，其在钻进的过程中，实时测量地质特性，并将测井数据上传至地面中控系统，同时地面中控系统通过接收的测井数据实时反演地层结果，并有效地指导钻进轨迹。目前随钻测井作业中，少量测井参数如温度、方位角、井压值等通过泥浆脉冲传输系统实时上传地面，而大量测井数据存储在井下电路，待钻井作业结束，才能读出测井数据，无法实现真正意义上的随钻测井。

基于钻柱信道的随钻测井数据声波传输技术利用声波为载波、钻杆和接箍级联的钻柱作为信道，可以极大的提高随钻测井数据的传输速率，满足随钻测井数据传输速度要求。

图1是随钻测井数据声波传输示意图。

如图1所示，随着钻井过程的进行，钻杆和接箍级联构成的钻柱贯穿井眼直达地面，形成了声波传输的信道即钻柱信道。井下发射端将井下采集数据即随钻测井数据调制后通过发送模块的激振器转换为声波，加载到钻柱信道中，声波经过传输、衰减和噪声干扰后达到井上接收端接收模块的加速度传感器转换成电信号，然后经过解调恢复出井上接收数据即井下发送的随钻测井数据。通过在发送端和钻铤直接级联隔声体，可以有效的降低钻头强噪声耦合到钻柱信道中。

但钻柱信道的多径时延、钻井工况强噪声以及井下发送端低功耗小型化设计要求等对声波传输方案提出了极高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于压缩感知的随钻测井数据V-OFDM声波传输方法，以克服钻柱信道的多径时延，提高传输系统在钻井工况强噪声的鲁棒性和实现井下发送端低功耗小型化设计要求。

为实现上述发明目的，本发明基于压缩感知的随钻测井数据V-OFDM声波传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、待发送随钻测井数据的星座映射

井下将采集的随钻测井数据表示成二进制序列，并将二进制序列由低位到高位每2位通过QPSK映射为一位数据，生成映射后的数据序列；

(2)、添加导频序列并进行子载波调制

将QPSK星座映射后的数据序列中添加收发两端已知的导频序列，然后将数据序列每N个数据转换成M×L维矩阵每N个数据可以视为一个V-OFDM符号，然后对M×L维矩阵的每一行做L点IDFT变换(Inverse Discrete Fourier Transform离散傅里叶逆变换)，变换后将M×L维矩阵即发送矩阵的后L_cp列添加到该矩阵第一列前，形成带循环前缀的M×(L+L_cp)维矩阵

将M×(L+L_cp)维矩阵进行并串转换，形成M×(L+L_cp)点串行序列，该序列为V-OFDM时域基带信号，然后对基带信号进行上变频调制，生成频带信号；

(3)、频带信号的发射