基于压缩感知的随钻测井数据V-OFDM声波传输方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108111455A(43)申请公布日2018.06.01(21)申请号201711331660.8E21B47/16(2012.01)(22)申请日2017.12.13(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人张伟师奕兵马东李焱骏杨福毅(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所(普通合伙)51220代理人温利平(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)H04L25/02(2006.01)H04B11/00(2006.01)G08C23/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称基于压缩感知的随钻测井数据V-OFDM声波传输方法(57)摘要本发明公开了一种随钻测井数据V-OFDM声波传输方法，在发送端通过QPSK调制，然后加入导频序列并通过V-OFDM调制和上变频调制，最后转换成模拟信号，并驱动激振器产生声波信号加载到钻柱信道；在接收端收来自钻柱信道的声波并转换成电信号，经过调理、A/D转换为待处理的频带信号，然后进行下变频和V-OFDM解调，提取导频序列完成信道实时估计，并根据信道估计结果进行均衡，最后通过QPSK解调得到随钻测井数据。本发明可以有效地克服信道多径延时，提高数据传输质量，降低误码率，可以满足井下低功耗小型化设计要求，利用压缩感知完成信道参数的实时估计，可以有效的降低导频开销，提高随钻测井数据有效传输速率。CN108111455ACN108111455A权利要求书1/2页1.一种基于压缩感知的随钻测井数据V-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，然后将数据序列每N个数据转换成M×L维矩阵每N个数据可以视为一个V-OFDM符号，然后对M×L维矩阵的每一行做L点IDFT变换(InverseDiscreteFourierTransform离散傅里叶逆变换)，变换后将M×L维矩阵即发送矩阵的后Lcp列添加到该矩阵第一列前，形成带循环前缀的M×(L+Lcp)维矩阵将M×(L+Lcp)维矩阵进行并串转换，形成M×(L+Lcp)点串行序列，该序列为V-OFDM时域基带信号，然后对基带信号进行上变频调制，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首先通过下变频解调，转换成V-OFDM时域基带信号，然后对每M×(L+Lcp)点串行序列进行串并转换形成M×(L+Lcp)维矩阵，将矩阵的前Lcp列丢弃，变为M×L维矩阵即接收矩阵对M×L维矩阵的每一行做L点DFT变换(DiscreteFourierTransform离散傅里叶变换)，得到解调后的M×L维矩阵，完成频带信号的解调；(6)、随钻测井数据的恢复从解调后的M×L维矩阵提取出导频序列，然后依据导频序列，利用压缩感知进行信道估计，然后根据信道估计得到的信道矢量矩阵Hl，对解调后的M×L维矩阵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。2.根据权利要求1所述的声波传输方法，其特征在于，步骤(6)中，所述根据信道估计得到的信道矢量矩阵Hl为：4.1)、令列向量列向量l＝0,1,…,L-1，其中，和分别为接收矩阵和发送矩阵的第l列；4.2)、在列向量列向量中分别选取出导频序列对应的P列向量其中，kp为导频序列对应的列序号，kp＝0,1,…,P-1，其取值范围为0到L-1的整数；4.3)、依据以下公式：2CN108111455A权利要求书2/2页计算出稀疏向量h；其中：矩阵yP是列向量按列构成的矩阵，矩阵DP中是以列向量的向量元素为对角元素的矩阵，其维数为MP，矩阵Vs中为M×N维矩阵，其第a行除了第kp+1+(a-1)L元素为1，其余元素全为0；FN,N×D为N×NDFT(离散傅里叶变换)矩阵FN的前D列，其中：其中4.4)、根据稀疏向量h，依据得到信道矢量矩阵Hl，矩阵为矩阵Ul的共轭转置矩阵，矩阵Sl为M×N维矩阵，其第a行除了第l+1+(a-1