本書主要探索隨鉆聲波傳輸技術。第一，介紹聲波傳輸技術在鉆井無線信息傳輸中的重要性和優(yōu)勢；第二，詳細分析聲波沿鉆柱信道傳輸時周期性鉆柱信道和非周期性鉆柱信道的特性，以及影響聲波信道的主要因素，并針對典型鉆具組合的聲波傳輸特性進行數(shù)值分析；第三，在聲波鉆柱信道梳狀濾波特性的基礎上進行信息傳輸?shù)亩喾N調(diào)制解調(diào)方法研究，在正交頻分復用技術的基礎上進行給定信道上信息傳輸?shù)恼`碼率和**的信息傳輸方式的分析與仿真；第四，對極低信噪比下采用杜芬振子檢測方法進行探討；第五，對聲波激勵源隨鉆陣列聲波換能器進行設計與應用研究。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 鉆井信息傳輸概述 2
1.3 隨鉆聲波傳輸國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 6
參考文獻 8
第2章 隨鉆聲波傳輸信道特性及其模型的建立 10
2.1 引言 10
2.2 信道基本理論 10
2.2.1 信道特征 10
2.2.2 信道的數(shù)學描述 11
2.2.3 信道的分析方法和參數(shù) 12
2.3 聲波傳輸?shù)幕A知識 13
2.3.1 聲波傳輸?shù)幕靖拍?13
2.3.2 聲波傳輸?shù)幕咎攸c 13
2.3.3 相速、群速和色散曲線 16
2.3.4 聲波沿鉆柱傳輸?shù)难芯糠较?17
2.4 聲波信號沿鉆柱傳輸突變截面信道模型的建立 17
2.4.1 聲波在鉆柱中傳輸?shù)幕疽?guī)律 18
2.4.2 突變截面周期性鉆桿信道的等效透聲膜分析 18
2.4.3 突變截面周期性鉆桿信道的FIR濾波器模擬 24
2.4.4 突變截面非周期性信道模型的等效透聲膜方法 31
2.5 聲波沿鉆柱傳輸漸變截面信道模型的建立 35
2.5.1 漸變截面桿的波動方程 35
2.5.2 線性直圓錐桿波動解 36
2.5.3 帶有圓錐過渡管的周期鉆桿等效透聲膜方法 36
2.5.4 漸變截面過渡管組合管串的聲波傳遞 39
2.5.5 漸變圓錐截面過渡桿的數(shù)值仿真分析 46
參考文獻 52
第3章 鉆柱信道聲波傳輸特性研究 54
3.1 引言 54
3.2 鉆桿外形尺寸對聲波傳輸信道特性的影響 54
3.2.1 鉆柱長度對信道的影響 54
3.2.2 鉆桿橫截面積對信道的影響 55
3.3 鉆桿誤差對信道的影響 57
3.4 不同鉆具組合對聲波信道的影響 58
3.4.1 不同鉆桿長度組合的信道特性 58
3.4.2 不同鉆桿截面積組合的信道特性 60
3.5 典型鉆井鉆具組合聲信號信道特性 62
3.5.1 塔式鉆具組合 63
3.5.2 鐘擺鉆具組合 68
3.5.3 滿眼鉆具組合 69
參考文獻 71
第4章 信號沿信道傳輸調(diào)制解調(diào)方法的研究 73
4.1 引言 73
4.2 信號數(shù)字調(diào)制的基本原理 73
4.2.1 ASK調(diào)制的基本原理 74
4.2.2 FSK調(diào)制的基本原理 75
4.2.3 PSK調(diào)制的基本原理 76
4.2.4 三種調(diào)制方式的比較 78
4.3 聲波信號在信道中調(diào)制解調(diào)傳輸仿真 79
4.3.1 聲波信號經(jīng)2ASK調(diào)制解調(diào)傳輸仿真 79
4.3.2 聲波信號經(jīng)2FSK調(diào)制解調(diào)傳輸仿真 80
4.3.3 聲波信號經(jīng)2PSK調(diào)制解調(diào)傳輸仿真 81
4.4 聲波傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)仿真軟件設計及說明 82
4.4.1 軟件概述 83
4.4.2 模擬通道使用說明 92
4.5 調(diào)制信號通過鉆柱信道的仿真分析 95
4.5.1 FSK信號通過突變信道和漸變信道分析 95
4.5.2 BPSK信號通過突變信道與漸變信道分析 101
4.5.3 FSK和BPSK調(diào)制解調(diào)方式的對比 103
參考文獻 104
第5章 基于OFDM的起伏窄信道聲波信息傳輸 105
5.1 引言 105
5.2 鉆桿信道特性分析 105
5.2.1 時間選擇性衰落 105
5.2.2 頻率選擇性衰落 106
5.2.3 鉆桿信道的頻譜資源和衰落特性 106
5.3 數(shù)據(jù)傳輸方案 109
5.3.1 OFDM的基本原理 109
5.3.2 鉆桿信道下OFDM的參數(shù)選擇 111
5.3.3 OFDM聲波遙測系統(tǒng)結(jié)構 113
5.3.4 OFDM接收機靈敏度 114
5.4 自適應載波分配與功率分配技術 114
5.4.1 自適應技術的理論基礎 115
5.4.2 基于模糊邏輯的比特分配和功率分配 116
5.4.3 基于擴頻碼的比特分配和功率分配 119
5.5 傳輸方案的仿真及結(jié)果分析 121
5.5.1 傳輸方案的可行性測試 121
5.5.2 鉆桿信道衰減測試 124
5.5.3 子信道誤碼率狀況 126
5.5.4 傳輸方案的總體信號失真 130
參考文獻 135
第6章 用杜芬振子檢測隨鉆聲波信號的研究 137
6.1 引言 137
6.2 混沌理論與混沌特征分析 138
6.2.1 通向混沌的途徑和特征 138
6.2.2 混沌系統(tǒng)的判別方法 140
6.2.3 杜芬方程的混沌特性研究 141
6.2.4 噪聲對杜芬系統(tǒng)的影響 145
6.3 混沌系統(tǒng)檢測2FSK信號方法的研究 147
6.3.1 混沌系統(tǒng)檢測微弱信號原理與仿真 147
6.3.2 混沌系統(tǒng)檢測2FSK信號的原理 149
6.3.3 混沌系統(tǒng)檢測2FSK信號檢測仿真方法與實現(xiàn) 150
6.3.4 解決相位不同步問題的方法 151
6.4 隨鉆聲波傳輸信號的混沌檢測方法研究 157
6.4.1 杜芬系統(tǒng)檢測微弱隨鉆聲波信號的方法 157
6.4.2 仿真結(jié)果及分析 158
參考文獻 163
第7章 隨鉆陣列聲波換能器 165
7.1 引言 165
7.2 隨鉆陣列聲波換能器的裝配結(jié)構 165
7.3 隨鉆陣列聲波換能器的等效網(wǎng)絡模型 166
7.3.1 壓電晶堆的Mason等效網(wǎng)絡 167
7.3.2 前輻射頭的Mason等效網(wǎng)絡 168
7.3.3 后質(zhì)量塊的Mason等效網(wǎng)絡 169
7.3.4 換能器整體等效網(wǎng)絡模型 169
7.4 隨鉆陣列聲波換能器的有限元模型及其仿真 171
7.4.1 隨鉆陣列聲波換能器的有限元模型 171
7.4.2 隨鉆陣列聲波換能器的有限元仿真 172
7.5 隨鉆陣列聲波換能器大功率發(fā)射時的電匹配網(wǎng)絡 174
7.5.1 負載阻抗復角與功放管耗散功率及電源供電效率的關系 174
7.5.2 窄帶陣電匹配網(wǎng)絡的并聯(lián)調(diào)諧匹配 175
7.5.3 窄帶陣電匹配網(wǎng)絡的串聯(lián)調(diào)諧匹配 175
7.6 隨鉆陣列聲波換能器測試 176
7.6.1 隨鉆陣列聲波換能器的阻抗特性測試 176
7.6.2 隨鉆陣列聲波換能器的環(huán)境溫度測試 178
7.6.3 隨鉆陣列聲波換能器的功率測試 178
7.7 隨鉆陣列聲波換能器的匹配與功率測試 181
7.7.1 隨鉆陣列聲波換能器匹配原理 181
7.7.2 匹配器件及材質(zhì)的選擇 182
7.7.3 并聯(lián)換能器功率測試 183
7.8 隨鉆陣列聲波換能器整機系統(tǒng)測試 187
7.8.1 隨鉆陣列聲波換能器整機系統(tǒng)構成 187
7.8.2 高低頻諧振點匹配測試與分析 188
參考文獻 190
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