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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 钻井信息传输概述2

1.3 随钻声波传输国内外发展现状6

参考文献8

第2章 随钻声波传输信道特性及其模型的建立10

2.1 引言10

2.2 信道基本理论10

2.2.1 信道特征10

2.2.2 信道的数学描述11

2.2.3 信道的分析方法和参数12

2.3 声波传输的基础知识13

2.3.1 声波传输的基本概念13

2.3.2 声波传输的基本特点13

2.3.3 相速、群速和色散曲线16

2.3.4 声波沿钻柱传输的研究方向17

2.4 声波信号沿钻柱传输突变截面信道模型的建立17

2.4.1 声波在钻柱中传输的基本规律18

2.4.2 突变截面周期性钻杆信道的等效透声膜分析18

2.4.3 突变截面周期性钻杆信道的FIR滤波器模拟24

2.4.4 突变截面非周期性信道模型的等效透声膜方法31

2.5 声波沿钻柱传输渐变截面信道模型的建立35

2.5.1 渐变截面杆的波动方程35

2.5.2 线性直圆锥杆波动解36

2.5.3 带有圆锥过渡管的周期钻杆等效透声膜方法36

2.5.4 渐变截面过渡管组合管串的声波传递39

2.5.5 渐变圆锥截面过渡杆的数值仿真分析46

参考文献52

第3章 钻柱信道声波传输特性研究54

3.1 引言54

3.2 钻杆外形尺寸对声波传输信道特性的影响54

3.2.1 钻柱长度对信道的影响54

3.2.2 钻杆横截面积对信道的影响55

3.3 钻杆误差对信道的影响57

3.4 不同钻具组合对声波信道的影响58

3.4.1 不同钻杆长度组合的信道特性58

3.4.2 不同钻杆截面积组合的信道特性60

3.5 典型钻井钻具组合声信号信道特性62

3.5.1 塔式钻具组合63

3.5.2 钟摆钻具组合68

3.5.3 满眼钻具组合69

参考文献71

第4章 信号沿信道传输调制解调方法的研究73

4.1 引言73

4.2 信号数字调制的基本原理73

4.2.1 ASK调制的基本原理74

4.2.2 FSK调制的基本原理75

4.2.3 PSK调制的基本原理76

4.2.4 三种调制方式的比较78

4.3 声波信号在信道中调制解调传输仿真79

4.3.1 声波信号经2ASK调制解调传输仿真79

4.3.2 声波信号经2FSK调制解调传输仿真80

4.3.3 声波信号经2PSK调制解调传输仿真81

4.4 声波传输的调制解调仿真软件设计及说明82

4.4.1 软件概述83

4.4.2 模拟通道使用说明92

4.5 调制信号通过钻柱信道的仿真分析95

4.5.1 FSK信号通过突变信道和渐变信道分析95

4.5.2 BPSK信号通过突变信道与渐变信道分析101

4.5.3 FSK和BPSK调制解调方式的对比103

参考文献104

第5章 基于OFDM的起伏窄信道声波信息传输105

5.1 引言105

5.2 钻杆信道特性分析105

5.2.1 时间选择性衰落105

5.2.2 频率选择性衰落106

5.2.3 钻杆信道的频谱资源和衰落特性106

5.3 数据传输方案109

5.3.1 OFDM的基本原理109

5.3.2 钻杆信道下OFDM的参数选择111

5.3.3 OFDM声波遥测系统结构113

5.3.4 OFDM接收机灵敏度114

5.4 自适应载波分配与功率分配技术114

5.4.1 自适应技术的理论基础115

5.4.2 基于模糊逻辑的比特分配和功率分配116

5.4.3 基于扩频码的比特分配和功率分配119

5.5 传输方案的仿真及结果分析121

5.5.1 传输方案的可行性测试121

5.5.2 钻杆信道衰减测试124

5.5.3 子信道误码率状况126

5.5.4 传输方案的总体信号失真130

参考文献135

第6章 用杜芬振子检测随钻声波信号的研究137

6.1 引言137

6.2 混沌理论与混沌特征分析138

6.2.1 通向混沌的途径和特征138

6.2.2 混沌系统的判别方法140

6.2.3 杜芬方程的混沌特性研究141

6.2.4 噪声对杜芬系统的影响145

6.3 混沌系统检测2FSK信号方法的研究147

6.3.1 混沌系统检测微弱信号原理与仿真147

6.3.2 混沌系统检测2FSK信号的原理149

6.3.3 混沌系统检测2FSK信号检测仿真方法与实现150

6.3.4 解决相位不同步问题的方法151

6.4 随钻声波传输信号的混沌检测方法研究157

6.4.1 杜芬系统检测微弱随钻声波信号的方法157

6.4.2 仿真结果及分析158

参考文献163

第7章 随钻阵列声波换能器165

7.1 引言165

7.2 随钻阵列声波换能器的装配结构165

7.3 随钻阵列声波换能器的等效网络模型166

7.3.1 压电晶堆的Mason等效网络167

7.3.2 前辐射头的Mason等效网络168

7.3.3 后质量块的Mason等效网络169

7.3.4 换能器整体等效网络模型169

7.4 随钻阵列声波换能器的有限元模型及其仿真171

7.4.1 随钻阵列声波换能器的有限元模型171

7.4.2 随钻阵列声波换能器的有限元仿真172

7.5 随钻阵列声波换能器大功率发射时的电匹配网络174

7.5.1 负载阻抗复角与功放管耗散功率及电源供电效率的关系174

7.5.2 窄带阵电匹配网络的并联调谐匹配175

7.5.3 窄带阵电匹配网络的串联调谐匹配175

7.6 随钻阵列声波换能器测试176

7.6.1 随钻阵列声波换能器的阻抗特性测试176

7.6.2 随钻阵列声波换能器的环境温度测试178

7.6.3 随钻阵列声波换能器的功率测试178

7.7 随钻阵列声波换能器的匹配与功率测试181

7.7.1 随钻阵列声波换能器匹配原理181

7.7.2 匹配器件及材质的选择182

7.7.3 并联换能器功率测试183

7.8 随钻阵列声波换能器整机系统测试187

7.8.1 随钻阵列声波换能器整机系统构成187

7.8.2 高低频谐振点匹配测试与分析188

参考文献190