[发明专利]一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法

摘要

一种基于Nios软核的井下调制解调器及方法。属于石油测井领域电缆数据传输系统技术领域。使用一片功耗低的Altera的Cyclone III FPGA芯片，利用Nios Ⅱ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能；数据采集嵌入式Nios Ⅱ处理器，它主要是通过FPGA中相关接口电路控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能；命令接收嵌入式Nios Ⅱ处理器通过命令接收辅助电路接收地面下发命令，并和相关处理逻辑一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制；数据发送嵌入式Nios Ⅱ处理器将井下采集来的各种数据组织打包，并和相关处理逻辑一起进行相关调制，然后通过发送辅助电路发送出去。

主权项

1.一种基于Nios软核的井下调制解调方法，其特征在于含有以下步骤，使用一片功耗低的Altera的Cyclone III FPGA芯片，利用Nios Ⅱ软核技术在其中构造多个处理器，完成调制解调功能；在该芯片中嵌入3个Nios II处理器；一是数据采集嵌入式Nios Ⅱ处理器，它是通过FPGA中数据采集接口电路与逻辑控制采集井下仪器CAN总线数据，并完成其它辅助采集功能，一个伽玛脉冲计数器、一个缆头电压采集器；二是命令接收嵌入式Nios Ⅱ处理器，它通过命令接收处理电路与逻辑接收地面下发命令，然后一起解调出地面命令，用于井下仪器的控制；三是数据发送嵌入式Nios Ⅱ处理器，它将井下采集来的各种数据组织打包，并和数据发送处理电路与逻辑一起进行相关调制，然后发送出去；数据采集嵌入式Nios II处理器通过数据采集接口电路与逻辑采集井下仪器的数据和参数，加以组织整理后，送到数据发送嵌入式Nios II处理器；采集的数据包括CAN总线数据、伽玛脉冲信号和缆头电压信号；同时它还接收命令接收嵌入式Nios II处理器送来的地面命令，对井下仪器进行相应控制；下发命令接收模块负责从电缆上接收地面下发的测井命令；其中命令接收嵌入式Nios II处理器和命令接收处理电路与逻辑，构成调制解调器的下发命令接收模块；地面通过电缆下发的数据流在该模块中进行星座映射、译码变换工作后解调出测井命令，然后送到数据采集嵌入式Nios II处理器处理；上传数据发送模块负责发送井下仪器采集的测井数据；其中，数据发送嵌入式Nios II处理器和数据发送处理电路与逻辑，构成调制解调器的上传数据发送模块；数据发送嵌入式Nios II处理器获取井下采集的测井数据，然后与数据发送处理电路与逻辑一起，对这些数据进行组帧、编码和调制工作后发送出去；其中，命令接收处理电路与逻辑部分包括：接收数据控制部分、RS译码器、数据接收缓存器、自相关滤波器、同步训练相关滤波器、复数FFT转换器和子载波随机解扰器；这些部分和命令接收嵌入式Nios II处理器一起，完成数据的同步捕获、数据的FFT变换，子载波随机扰码的解码处理和数据的解调、RS译码处理，并且将解调处理好的地面命令发送到数据采集嵌入式Nios II处理器进行后续处理；其中，上传数据发送模块的数据发送处理电路与逻辑部分包括：发送数据控制部分、发送数据缓存器、RS编码器、调整星座变换器、子载波随机扰码器、复数IFFT共轭变换器和循环前缀产生器；处理过程如下：数据采集嵌入式Nios II处理器完整接收完一帧井下仪器数据之后，给负责数据发送嵌入式Nios II处理器产生一个中断信号，该处理器收到该中断信号后，就启动数据发送电路与逻辑，来完成数据的完整发送过程；首先根据数据的长度计算出数据传输需要的符号数，再将这些数据按符号取出进行相应的RS编码处理，之后完成数据的不同子载波上的映射处理，子载波信号的随机扰乱处理和数据的IFFT变换，最后增加循环前缀后，信号送到外部DA转换器。