基于QAM技术的电缆遥传系统的研究

论文摘要

高速电缆遥传系统是成像测井系统的一个重要组成部分,主要完成地面与下井仪器之间大量数据的高速、实时、准确的传输,是测井数据采集、传输与控制的“咽喉”。当前国内外的电缆遥传系统得到了飞速发展,八十年代的电缆遥传系统大多都采用曼彻斯特编码的基带传输,但是到了九十年代,随着测井设备的完善,尤其是随着成像测井的出现,测井自井下获取得信息量越来越大,这就对数据传输速率提出了更高的要求,使得曼彻斯特编码的基带传输已经不能够满足要求。为了满足成像测井技术的要求,大量的井下信息需要上传,传输采用载波传输的方式。通过几种常用的调制方式比较,本设计采用了高效的QAM(正交振幅调制)的调制方式。在此基础上,通过分析电缆遥传系统的数据流程,设计出采用QAM技术的高速数据传输系统的数据协议,并给出了实现过程。高速电缆遥传系统硬件采用DSP、FPGA技术,不仅提高了测量的精度、系统的可靠性、稳定性,并且实现了数据的实时、高速处理。数字电缆遥测系统与地面仪前端机的接口设计应用了CAN总线、USB和RS232技术。在设计前用MATLAB对整个QAM调制解调过程进行了仿真,然后利用C语言编写了QAM的调制解调程序、CRC校验程序、DSP的控制程序。经理论验证和试验验证表明,本文所设计的新型遥传仪器是实际可行的,可以替代传统遥传仪器,广泛推广使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究的实际意义
• 1.2 测井方法介绍
• 1.3 石油测井技术发展概况
• 1.3.1 测井装备的更新换代
• 1.3.2 测井传输系统的发展
• 1.4 论文的主要工作及章节安排
• 2 QAM 调制解调算法
• 2.1 调制解调简介
• 2.2 调制解调方案的选择与比较
• 2.3 正交幅度调制（QAM）
• 2.3.1 QAM 简介
• 2.3.2 QAM 原理
• 2.3.3 传输信道的影响
• 3 高速遥传系统的硬件设计
• 3.1 高速电缆系统设计思路
• 3.2 高速电缆遥传系统设计要求
• 3.3 测井电缆特性及工作方式介绍
• 3.4 高速遥传系统的硬件设计
• 3.4.1 调制解调器的设计
• 3.4.2 井下仪器总线控制器的设计
• 3.4.3 井下仪器接口的设计
• 3.5 高速电缆遥传系统的实现
• 3.6 DSP（TMS320C6713B）的介绍
• 3.6.1 数字信号处理器的概述
• 3.6.2 TMS320C6713B 芯片
• 4 高速遥传系统的软件设计
• 4.1 高速遥传系统的仿真
• 4.2 高速遥传系统的软件总体设计
• 4.3 QAM 调制解调算法流程图
• 4.4 数据协议设计
• 4.4.1 用于测井系统的总线协议的任务分析
• 4.4.2 一种用于测井系统的总线协议介绍
• 4.4.3 数据流程分析
• 4.5 CRC 检测
• 4.5.1 CRC 原理
• 4.5.2 CRC 校验的实现
• 4.6 相关软件介绍
• 4.6.1 CCS 软件的介绍
• 4.6.2 Quartus2 软件的介绍
• 5 系统调试与结果
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录