【摘要】：隨著隨鉆測(cè)井以及隨鉆測(cè)量技術(shù)在測(cè)井工程中的普及,其中的關(guān)鍵問(wèn)題:測(cè)量信號(hào)的高速傳輸、快速高效的對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行解釋評(píng)估也成為學(xué)術(shù)界的研究重點(diǎn)。而這些技術(shù)問(wèn)題的本質(zhì)即是非均勻介質(zhì)中電頻電磁波的散射與傳輸問(wèn)題。由于背景介質(zhì)的復(fù)雜非均勻性,使得對(duì)其中的電磁問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值建模以及理論分析變得更加復(fù)雜。不僅如此,由于非均勻介質(zhì)背景引起的多徑效應(yīng),會(huì)對(duì)無(wú)線傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生干擾,大大降低接收信號(hào)的質(zhì)量。本文的工作主要聚焦于井上和井下之間信號(hào)的無(wú)線傳輸技術(shù)研究,以及電磁感應(yīng)測(cè)井技術(shù)的高效數(shù)值建模和成像算法研究。首先,本文介紹了研究非均勻介質(zhì)背景中正演問(wèn)題時(shí)用到的數(shù)值建模方法。對(duì)于二維正演問(wèn)題,使用數(shù)值模式匹配方法進(jìn)行求解,本文詳細(xì)介紹了其算法原理和求解過(guò)程。對(duì)于三維正演問(wèn)題,首先建立體積分方程,然后使用矩量法進(jìn)行求解,其主要過(guò)程也在本文中給出了具體的介紹。由于傳統(tǒng)數(shù)值模式匹配方法在求解低損耗和無(wú)耗介質(zhì)中電磁問(wèn)題時(shí)精度較差,本文提出了將數(shù)值模式匹配方法與分裂場(chǎng)理想匹配層相結(jié)合來(lái)提升求解精度。通過(guò)推導(dǎo)柱面電磁波入射到理想匹配層分界面時(shí)在邊界處無(wú)反射的條件,給出了理想匹配層的電參數(shù)的設(shè)計(jì)方案,在低損耗和無(wú)耗介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)了電磁問(wèn)題的高精度模擬。然后,針對(duì)井下隨鉆測(cè)量信號(hào)無(wú)線傳輸時(shí)面臨的諸多挑戰(zhàn),本文提出使用多中繼協(xié)同無(wú)線傳輸?shù)乃悸�。在�?duì)比度比較弱的地層中,使用先接收再同相轉(zhuǎn)發(fā)的多中繼協(xié)同傳輸策略,該方法借鑒了均勻介質(zhì)中行波陣列的原理,實(shí)現(xiàn)了不同中繼發(fā)射的多路信號(hào)在接收位置處的近似同相疊加,降低了不同路信號(hào)之間的干擾。對(duì)于對(duì)比度較強(qiáng)的地層,提出了一種自適應(yīng)場(chǎng)聚焦的協(xié)同傳輸策略,該方法需要先進(jìn)行一次預(yù)測(cè)試,然后根據(jù)互易原理,在地層電參數(shù)未知的情況下,實(shí)現(xiàn)不同中繼發(fā)射的信號(hào)在接收位置處同相疊加。這種多中繼協(xié)同無(wú)線傳輸方法可以彌補(bǔ)井下信號(hào)傳輸距離不夠遠(yuǎn)的弱點(diǎn)。不僅如此,在上傳或下傳信號(hào)的同時(shí),可以抑制反向傳輸?shù)男盘?hào)強(qiáng)度,來(lái)減少反向傳輸信號(hào)對(duì)正向傳輸信號(hào)的干擾,能夠進(jìn)一步提升接收信號(hào)的質(zhì)量。文中,使用前文提出的與理想匹配層結(jié)合的數(shù)值模式匹配方法,對(duì)井下隨鉆測(cè)量信號(hào)多中繼協(xié)同傳輸方案進(jìn)行數(shù)值建模,驗(yàn)證了提出的多中繼協(xié)同傳輸方法在不同地層環(huán)境下的有效性。為了實(shí)現(xiàn)利用電磁感應(yīng)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)地層電參數(shù)的高效反演,本文提出了一種基于體積分方程的高效反演新框架。新框架中使用均勻介質(zhì)背景格林函數(shù)作為體積分方程的積分核,其他所有與均勻介質(zhì)背景電參數(shù)不同的區(qū)域被當(dāng)做散射體。由于不需要求解非均勻介質(zhì)背景對(duì)應(yīng)的格林函數(shù),大大提高了數(shù)值求解效率。不僅如此,散射體數(shù)量的增加,并沒(méi)有使得待反演未知量的個(gè)數(shù)增加,反演待求的未知量個(gè)數(shù)與使用非均勻介質(zhì)背景情況下的待反演的未知量個(gè)數(shù)相同。然后,本文在新框架的基礎(chǔ)上提出了三種反演策略,其中前兩種策略分別具有穩(wěn)定性強(qiáng)和迭代收斂快的優(yōu)勢(shì),第三種策略作為一種混合策略結(jié)合了二者的優(yōu)勢(shì),使得其在求解有噪聲干擾時(shí)的電磁逆散射問(wèn)題時(shí)具有更大的優(yōu)勢(shì)。文中用數(shù)值算例驗(yàn)證說(shuō)明了新框架求解復(fù)雜環(huán)境中電磁逆散射問(wèn)題的優(yōu)勢(shì),并對(duì)比了不同反演策略的優(yōu)缺點(diǎn)。另外,針對(duì)實(shí)際反演問(wèn)題中混有噪聲干擾的情形,本文提出了一種基于波恩迭代方法的用于求解噪聲干擾下反演問(wèn)題的新迭代策略。在新的迭代策略中,引入平衡因子這一新參數(shù),研究了平衡因子的不同取值對(duì)算法性能的影響。并給出了在已知接收測(cè)量信號(hào)的信噪比的情況下,確定一個(gè)相對(duì)較好平衡因子的計(jì)算公式。通過(guò)分析和數(shù)值驗(yàn)證,新的迭代策略可以在保證迭代收斂的同時(shí)具備更快的收斂速度,不僅如此,其還可以與前文提出的反演新框架相結(jié)合,高效求解非均勻介質(zhì)背景中的電磁逆散射問(wèn)題。最后,本文提出一種基于子空間的變分波恩迭代方法,該方法是將基于子空間的優(yōu)化方法和變分波恩迭代方法相結(jié)合。在新方法中,散射體內(nèi)部的總場(chǎng)近似相比于變分波恩迭代方法中對(duì)總場(chǎng)的近似精度更高,因此新方法的收斂速度比變分波恩迭代方法更快,成像質(zhì)量也更高。
【圖文】：

1 1s n nn代表噪聲向量。通過(guò)放縮之后，反演方，我們進(jìn)行了一系列的數(shù)值實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)率大于等于噪聲功率時(shí)，即2scat(1 L)E 以求得臨界情況下對(duì)應(yīng)的平衡因子RL 為SNR201 10RL 噪比SNR的定義為scatSNR 20lg( E n )，式(6-14)計(jì)算得到的平衡因子也無(wú)法保證值算例例一：平衡因子對(duì)算法的影響里我們用一個(gè)反演算例來(lái)討論平衡因子向平面分層的地層，其電導(dǎo)率分布如圖zLayer 1

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文MSE 曲線已經(jīng)不再收斂。所以正如前文討論的，只有 M明對(duì)應(yīng)的平衡因子是在區(qū)間之中的。因此在實(shí)際反演中快速收斂來(lái)挑選合適的平衡因子，而只能使用公式(6-衡因子，最終在抗噪聲的前提下，提升迭代收斂速度。2D 的 Austria 剖面形狀目標(biāo)散射體介電常數(shù)反演散射體剖面是一個(gè) Austria 形狀，放置在自由空間背景中域?yàn)橐粋�(gè)正方形區(qū)域包含目標(biāo)散射體，邊長(zhǎng)為 2m。兩0.3,0.6)m 和(-0.3,0.6)m，半徑為 0.2m。下方的環(huán)形中心為 0.3m 和 0.6m。所有散射體的復(fù)介電常數(shù)為2 0 j。 10個(gè)角度作為來(lái)波方向，分別用 200MHz（波長(zhǎng)為 1.5m目標(biāo)外半徑為 5m 的圓線上用 30rN 個(gè)均勻分布的接場(chǎng)信號(hào)是通過(guò)將待反演區(qū)域離散成64 64個(gè)矩形網(wǎng)格并在計(jì)算得到的散射場(chǎng)信號(hào)上疊加信噪比SNR 8dB 的
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN011

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本文編號(hào)：2636955