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旋轉導向工具中聲波短傳的信號處理方法研究
作者：
時(shí)間：2010-01-21
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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解調濾波器的軟件設計
設計中心頻率為6830Hz的帶通濾波器，其階數為8階，采樣頻率為100kHz，通帶范圍內的幅值衰減為1dB、阻帶最小衰減為30dB。根據以上參數來(lái)設計濾波器為：
將高階的IIR濾波器轉換為一系列二階IIR濾波器的級聯(lián)。從FDAtool中輸出的分子系數為Num，分母系數為Den，增益為Gain。濾波器的傳遞函數如下式所示：
根據濾波技術(shù)要求在FDAtool中得到濾波階數為8階，系數采用4個(gè)二階級聯(lián)方式的IIR濾波器。這四個(gè)二階級聯(lián)的根本形式是一樣的，只是在于它的系數不同，濾波程序的編寫(xiě)可以采用for循環(huán)的形式，循環(huán)4次就可以構成一個(gè)點(diǎn)的濾波。整體濾波的軟件流程如圖5所示。
圖5 四階帶通切比雪夫濾波器軟件編程流程圖
本文通過(guò)調用MATLAB中Simulink的各功能模塊構成數字濾波器的仿真框圖。通過(guò)Simulink環(huán)境下的數字濾波器設計模塊導入FDAtool所設計的濾波器文件，反復進(jìn)行仿真，以得出最好的濾波效果。原始信號波形圖和濾波后信號波形圖分別是圖6和圖7所示。從圖7中可以看到經(jīng)過(guò)離散采樣、數字濾波后分離出了7kHz的頻率分量。
圖6 原始信號波形圖 圖7 濾波后信號波形圖
解調結果與分析
采用上述解調方法，在單片機C8051F060編寫(xiě)解調程序，通過(guò)適配器完成在線(xiàn)調試，采用最終調試成功的解碼軟件進(jìn)行解碼測試。聲波信號在可控偏心器中傳輸之后，接收端將接收到的信號進(jìn)行調理、數據采集，采集信號的時(shí)域圖如圖8所示，然后進(jìn)入到解調程序中進(jìn)行解調，在MATLAB中繪制圖形如圖9所示?？梢钥闯?，接收端信號經(jīng)過(guò)解碼之后的碼元是1010101010101010，與發(fā)射端的信息碼是一致的，說(shuō)明解調成功。
圖8 信號時(shí)域圖 圖9 解碼后的波形圖
結論
在復雜的井下環(huán)境中，信息準確實(shí)時(shí)的傳輸非常重要。本文采用2FSK技術(shù)處理旋轉導向工具中的聲波短傳信號，相比于泥漿脈沖傳輸方式，信號傳輸速率更快。同時(shí)在接收端設計了IIR濾波器，有效地克服了采用電磁波傳輸時(shí)衰減嚴重的問(wèn)題。此外，2FSK技術(shù)設備簡(jiǎn)單，解調方便，有利于推廣使用。
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