基于压缩感知的随钻测井数据NC-OFDM声波传输方法技术

本发明专利技术基于压缩感知的随钻测井数据NC‑OFDM声波传输方法，在发射端进行QPSK调制、加入导频序列并进行NC‑OFDM信号调制，之后串并变换、IDFT变换、插入循环前缀后、上变频调制后变成频带信号，再经D/A转换成模拟信号，并动并加载到钻柱信道中；在接收端接收来自钻柱信道的声波并转换成电信号，再通过调理、A/D转换、下变频解调变、去除循环前缀和DFT变换，转换成频域信号，根据导频分布信息，取出导频信号做基于压缩感知的信道估计，再进行均衡及解调等操作，实现声波传输。本发明专利技术可以有效的克服信道多径延时，利用钻柱信道的多个非连续通带，提高测井数据的传输速率。同时接收端利用基于压缩感知的信道估计，可以降低导频开销，进一步的提高传输效率。

【技术实现步骤摘要】
基于压缩感知的随钻测井数据NC-OFDM声波传输方法
本专利技术属于随钻测井数据实时传输
，更为具体地讲，涉及一种基于压缩感知的随钻测井数据NC-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。
技术介绍
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、钻井工况强噪声等对声波传输方案提出了极高的要求。
技术实现思路
本专利技术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NC-OFDM声波传输方法，以利用信道的多个非连续通带进行数据传输,同时基于压缩感知的信道实时估计，降低信道估计的导频开销，提高了数据传输速率。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于压缩感知的随钻测井数据NC-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，然后每N个数据作为一个NC-OFDM符号，NC-OFDM符号内有效子载波数为Nv，将NC-OFDM符号内剩余N-Nv个无效子载波全部置零，然后对NC-OFDM符号做N点IDFT变换得到时域序列，将时域序列后Ncp点作为循环前缀加入该时域序列前端，最后N+Ncp点基带NC-OFDM序列进行上变频调制，生成频带信号；(3)、频带信号的发射频带信号通过D/A转换电路，生成模拟信号，然后通过二阶带通滤波器和功率放大器，最后信号通过激振器产生声波信号，加载到钻柱信道中；(4)、声波信号的接收加载到钻柱信道中的声波信号经过信道衰减、噪声干扰，到达接收端，声波信号通过加速度传感器转换成电信号，然后通过带通滤波器和放大器对信号进行调理，最后信号通过A/D转换电路，生成待处理的频带信号；(5)、频带信号的解调待处理的频带信号通过下变频解调，变为基带NC-OFDM序列，然后去除循环前缀，得到N点时域序列并做N点DFT变换，得到NC-OFDM符号，从而完成NC-OFDM的解调；(6)、随钻测井数据的恢复从解调后的N点NC-OFDM符号提取出导频序列，然后依据导频序列，采用压缩感知进行信道估计，然后根据信道估计结果，对NC-OFDM符号中剩余的数据进行均衡，最后对均衡后的数据进行QPSK解调，得到随钻测井数据。本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术压缩感知的随钻测井数据NC-OFDM声波传输方法，在发射端将待发送的随钻测井数据进行QPSK调制(星座映射)，然后加入导频序列并进行NC-OFDM信号调制，将已调信号和导频符号分配到有效子载波上，之后串并变换、IDFT变换、插入循环前缀后，再将完成处理的基带信号经过上变频调制后变成频带信号，通过D/A模块转换成模拟信号，并驱动激振器产生声波，加载到钻柱信道中；在接收端，再通过加速度传感器接收来自钻柱信道的声波，并将其转换成电信号，通过前端滤波放大电路完成对模拟信号的调理，之后通过A/D转换模块，转换成待处理的频带信号，经过下变频解调变为基带信号，然后，通过去除循环前缀和DFT变换，转换成频域信号，再根据导频分布信息，取出导频信号做基于压缩感知的信道估计，最后通过信道估计的结果对接收的数据进行均衡及解调等操作，实现恢复出发送端的发送数据。本专利技术可以有效的克服信道多径延时。利用钻柱信道的多个非连续通带，提高测井数据的传输速率。同时接收端利用基于压缩感知的信道估计算法，可以降低导频开销，进一步的提高传输效率。附图说明图1是随钻测井数据声波传输示意图；图2是本专利技术基于压缩感知的随钻测井数据NC-OFDM声波传输方法一种具体实施方式原理框图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。图2是本专利技术基于压缩感知的随钻测井数据NC-OFDM声波传输方法一种具体实施方式原理框图。在本实施例中，如图2所示，在发射端，井下采集测井数据作为待发送的随钻测井数据序列先通过QPSK调制完成信号的星座映射，然后在数据中加入导频序列，将已调信号和导频符号分配到子载波上，之后串并变换后再经过IDFT变换变成时域信号序列，最后插入循环前缀后，再将完成处理的基带信号通过D/A模块，转换成模拟信号，并通过上变频调制后驱动激振器产生声波，加载到钻柱信道中。在接收端，通过加速度传感器接收来自钻柱信道的声波，并将其转换成电信号，通过前端滤波放大电路完成对模拟信号的调理，之后通过下变频解调，转换成基带信号，通过A/D转换模块，转换成待处理的频带信号。然后，通过去除循环前缀和DFT变换，转换成频域信号，再根据导频分布信息，取出导频信号做基于压缩感知的信道估计，最后通过信道估计的结果对接收的数据进行均衡及解调等操作，实现恢复出发送端的发送数据。下面结合图2以及具体实施方式对本专利技术各个步骤进行详细说明。1、待发送随钻测井数据的星座映射在本实施例中，首先对原始的待发送的随钻测井数据进行星座映射，随钻测井数据有效数据为16位，然后由低位至高位每2位进行QPSK调制，其映射过程可以如下公式所示：其中，n＝0,1,…,7，为QPSK映射后随钻测井数据的第n位，x(2n,2n-1)为QPSK映射前随钻测井数据x的第2n,2n-1位。2、NC-OFDM调制在本实施例中，将QPSK映射的数据进行有效子载波分配，可以表示为：则待调制NC-OFDM符号为调制后符号为IFFT为快速傅里叶逆变换，N为傅里叶变换点数，Ncp为循环前缀点数。添加循环前缀后的序列为长度为N+Ncp。3、NC-OFDM均衡通过NC-OFDM传输后，在每个通带内，发送的随钻测井数据和接收的随钻测井数据的关系为：其nk为噪声分量，Hk为信道频域响应，其表达式为即对h做N点逆快速傅里叶变换，得到N个信道频域响应Hk，k＝1,2,...,N-1，其中，h＝[h(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩感知的随钻测井数据NC‑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，然后每N个数据作为一个NC‑OFDM符号，NC‑OFDM符号内有效子载波数为Nv，将NC‑OFDM符号内剩余N‑Nv个无效子载波全部置零，然后对NC‑OFDM符号做N点IDFT变换得到时域序列，将时域序列后Ncp点作为循环前缀加入该时域序列前端，最后N+Ncp点基带NC‑OFDM序列进行上变频调制，生成频带信号；(3)、频带信号的发射频带信号通过D/A转换电路，生成模拟信号，然后通过二阶带通滤波器和功率放大器，最后信号通过激振器产生声波信号，加载到钻柱信道中；(4)、声波信号的接收加载到钻柱信道中的声波信号经过信道衰减、噪声干扰，到达接收端，声波信号通过加速度传感器转换成电信号，然后通过带通滤波器和放大器对信号进行调理，最后信号通过A/D转换电路，生成待处理的频带信号；(5)、频带信号的解调待处理的频带信号通过下变频解调，变为基带NC‑OFDM序列，然后去除循环前缀，得到N点时域序列并做N点DFT变换，得到NC‑OFDM符号，从而完成NC‑OFDM的解调；(6)、随钻测井数据的恢复从解调后的N点NC‑OFDM符号提取出导频序列，然后依据导频序列，采用压缩感知进行信道估计，然后根据信道估计结果，对NC‑OFDM符号中剩余的数据进行均衡，最后对均衡后的数据进行QPSK解调，得到随钻测井数据。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的随钻测井数据NC-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，然后每N个数据作为一个NC-OFDM符号，NC-OFDM符号内有效子载波数为Nv，将NC-OFDM符号内剩余N-Nv个无效子载波全部置零，然后对NC-OFDM符号做N点IDFT变换得到时域序列，将时域序列后Ncp点作为循环前缀加入该时域序列前端，最后N+Ncp点基带NC-OFDM序列进行上变频调制，生成频带信号；(3)、频带信号的发射频带信号通过D/A转换电路，生成模拟信号，然后通过二阶带通滤波器和功率放大器，最后信号通过激振器产生声波信号，加载到钻柱信道中；(4)、声波信号的接收加载到钻柱信道中的声波信号经过信道衰减、噪声干扰，到达接收端，声波信号通过加速度传感器转换成电信号，然后通过带通滤波器和放大器对信号进行调理，最后信号通过A/D转换电路，生成待...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，师奕兵，马东，李焱骏，杨福毅，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51