本文關鍵詞：瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)接收機的研制

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【摘要】：瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)屬于探地雷達大家族的一員,是對鉆孔雷達技術的拓展應用,采用單孔-反射模式對井周的孔隙裂縫進行勘測。較高的分辨率與較遠的探測距離使其較傳統(tǒng)的測井方法更具優(yōu)勢,因而成為當下的研究熱點。接收機作為雷達系統(tǒng)接收處理信號的重要單元,極大地影響整個系統(tǒng)的性能,不同體制的雷達系統(tǒng)對接收機的要求不同,因而有必要對瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)的接收機進行研究。本課題設計的接收機捕獲來自天線端的納秒級時域窄脈沖信號,最終輸出的是功率穩(wěn)定的微秒級信號;為了實現(xiàn)系統(tǒng)的定向性,多個定向接收天線的信號需要接收機處理;由于鉆孔內(nèi)高溫高壓,要求接收機能夠在高溫環(huán)境下工作;地下媒質(zhì)對電磁波的損耗很大,因而接收機需要很大的動態(tài)范圍,以完成對近場大信號與遠場小信號的接收;雷達成像系統(tǒng)從時域波形的幅度信息中提取目標信息,因而要求接收機增益可調(diào),以獲得最佳的時域回波信號。本文在系統(tǒng)研究瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理以及接收機理論的基礎上,分析鉆孔雷達接收系統(tǒng)的信號特征,結(jié)合實驗室和油田井場數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化設計。設計的接收機包含通道調(diào)理單元、增益控制單元、等效采樣單元三個模塊:通道調(diào)理單元負責與接收天線匹配,對幅度過大的信號進行必要的限幅保護,同時負責四個通道間的切換;增益控制單元是整個接收機電路的主要部分,主要是對強度不同的信號進行不同程度的放大或者衰減,以滿足后續(xù)的采樣模塊對信號電平的要求;等效采樣單元基于順序等效采樣的原理對瞬態(tài)脈沖信號進行初步采樣,將納秒級脈寬的瞬態(tài)脈沖信號擴展到微秒級,等效采樣速率1GHz/2GHz可選,降低了信號的頻率,減小后級AD芯片的采樣壓力。設計過程中利用ADS仿真了部分單元電路,尤其對于順序等效采樣單元進行了較多的仿真;利用Altium Designer進行電路圖與PCB繪制;利用Auto CAD設計了金屬屏蔽腔體。最終研制出三型適應不同實驗需求的瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)接收機。三型接收機具有類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),因而文中主要對最新的接收機進行介紹,并對其性能進行測試分析。測試表明,最新版接收機的工作頻率50MHz～500MHz,靈敏度-80d Bm,動態(tài)范圍100d B,噪聲系數(shù)4.6d B(最低可降至3d B),增益在-35d B～30d B間可調(diào),增益步進量為5d B,能夠在115°C的高溫環(huán)境下工作。本文所設計的接收機已應用于瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)樣機,利用系統(tǒng)樣機開展的相關實驗取得了較好的效果,表明接收機工作狀態(tài)良好,能夠滿足瞬態(tài)脈沖雷達成像測井系統(tǒng)的工作要求,較好地實現(xiàn)了設計目標。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P631.81

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本文編號：1270404