基于OFDM的井中三分量地震遥测系统研制

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随着油气田开发的深入,我国油气储量自然递减,开发的难度逐渐提高,因此需要更精确的监测手段来完成油藏的精细描述及剩余油开发。井中地震勘探技术就是在这种背景下产生的。相较于传统的地面地震勘探技术,井中采集的地震信号具有信噪比高、有效波的分辨率高、勘探距离长等优点。因此针对井中地震勘探技术,研制井中地震遥测系统,精准采集和记录井中地震波信息,并以稳定、准确的传输方式完成数据的回收,为后续地震数据处理以及地质分析提供数据保障,发挥井中地震勘探技术的优势就显得至关重要。本文针对井中地震信号采集与传输问题,研制井中地震遥测系统。对系统中数据采集端与数据传输端进行深入研究。针对采集端,设计和实现了低噪声、高精度的微地震信号采集系统。针对数据传输端,基于OFDM技术设计实现高速电缆数据传输系统。并通过实际测试与系统仿真验证了系统设计的有效性。论文的主要研究内容如下:(1)本文针对电缆传输带宽受限所带来的低速率问题,将正交频分复用技术(OFDM)与电缆的特性相结合,设计高速数据传输系统。通过FPGA硬件实现传输系统的发射和接收部分。发射机包括扰码器、卷积编码器、数据交织器、16QAM调制器、IFFT模块、插入CP模块与加入训练序列模块。接收机包括数据同步模块、去除CP模块、FFT模块、解交织器、解调器、Viterbi译码器和解扰码器。数据传输系统通过Vivado平台进行RTL级别仿真验证,发射机和接收机可以准确无误的收发数据,通信速率可达到1.2 Mbps,误码率达到10-7的数量级,具备优秀的传输性能指标,与特定的编码芯片相比本文通过FPGA所设计的OFDM通信系统,器件功耗更低,可实现硬件算法的实时更新与修改,同时具备更好的实时处理能力与灵活性。(2)设计低噪声、低功耗的高精度井中地震信号采集系统。工作首先采用最小噪声原理与阻抗匹配技术设计模拟信号预处理电路,增强信号的信噪比。并深入地对比分析当前主流Δ-Σ型A/D转换器,考虑实际需求与应用环境,完成芯片选型并设计ADC采样电路。考虑到ADC电路会受到温度、制造工艺与器件老化等影响,引起零漂与增益偏差等问题,设计了DAC电路提供校准与测试信号,同时该电路也实现了谐波失真自检和检波器阻抗自检的功能。采集系统经过技术指标测试,在500 Hz采样率下短路噪声水平为0.89μV,动态范围达到129d B,证明系统具备低噪声、高精度采集性能。综上所述,本文所研制的遥测系统,完成了设计指标,并具备良好的采集与传输性能,可为进一步推动井中地震勘探仪器的发展提供参考。
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