基于脈寬及脈位調制的鉆井液壓力MPSK信號的數學建模及信號特性分析.pdf

1、鉆井液壓力信息遙測技術是隨鉆測量(MWD)中最常用的井下數據傳輸技術，采用鉆井液壓力多進制相移鍵控(MPSK)方式進行數據調制，是進一步提高井下信息傳輸速率的行之有效方法。
　　 本文根據旋轉閥式鉆井液連續(xù)壓力波信號發(fā)生器的邏輯控制分析，構建基于脈寬調制(PWM)及脈位調制(PPM)的鉆井液壓力MPSK信號的旋轉閥控制邏輯脈沖序列函數，通過控制脈沖序列函數的數學分析得到相移函數表達式，根據相移函數的傅利葉正、逆變換及數字通信理論

2、，構建出基于脈寬調制及脈位調制的鉆井液壓力MPSK信號時域數學模型。通過MPSK信號數學模型的短時傅利葉變換，對基于脈寬調制及脈位調制的鉆井液壓力MPSK信號的頻域特性進行了分析。數值計算表明，基于脈位調制鉆井液壓力MPSK信號的平均功率譜優(yōu)于脈寬調制，由于基于脈位調制的基帶控制脈沖寬度窄，信號調制過程短，MPSK調制后常規(guī)頻帶內信號能量相對較大，信號能量集中，有利于信號的頻帶傳輸。相對于數據的二進制差分相移鍵控(BPSK)調制，基于脈

3、寬和脈位調制的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，但調制后常規(guī)頻帶內信號能量遠小于BPSK信號，且對旋轉閥轉速的控制要求很高，這也是目前鉆井液壓力多進制相移鍵控調制方式沒有采用基于脈寬調制及脈位調制的主要原因。通過對MPSK鉆井液壓力信號進行的數值仿真，從信號波形反映的調制規(guī)律上驗證了所構建數學模型的正確性。
　　 根據流體力學理論及理想氣體狀態(tài)方程，結合鉆柱內的壓力和溫度分布，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，采用數值分析方法研究了傳播距離、鉆柱內徑、載波頻率、鉆井液粘度及體積含氣率對鉆井液壓力MPSK信號傳輸的影響，數值分析表明，鉆井液粘度和含氣率對信號傳輸的影響最大。
　　 通過對基于脈寬調制及脈位調制鉆井液壓力MPSK信號的數學建模及信號特性分析，從理論上解釋了將其作為井下數據傳輸的局限性，對于采用更合理的多進制相移鍵控數據調制的井下信息遙測技術的探索性研究具有相對大的參考