基于線性調頻的泥漿脈沖信號處理技術

高楊 藥春暉 李琳 鮑凱凱 孫偉

摘 要：基于泥漿脈沖測井的復雜噪聲環境，本文提出了一種寬帶線性調頻信號，通過匹配濾波算法，實現泥漿脈沖信號的降噪處理，提高信噪比和測井分辨率。

關鍵詞：線性調頻；匹配濾波；泥漿脈沖測井；信噪比

1 緒論

在傳統無線隨鉆測井中，采用單頻連續波信號和數字相敏檢波技術提取幅度比和相位差作為測井響應，通過周期時域累積降低高斯白噪聲，從而提高信噪比。然而，相關噪聲由信號本身產生，所以，抑制相關噪聲對于提高信噪比更為重要。本文通過線性調頻對泥漿脈沖信號進行降噪處理，使用線性調頻連續波作為發送信號，通過匹配濾波處理實現接收信號的脈沖壓縮，最終提高信噪比。

3 仿真分析

通過數字相敏檢波算法，將線性調頻信號和單頻信號兩種情況的仿真結果進行對比，根據幅度比計算得出的視電導率如右圖所示。

（a）無噪聲環境；（b）噪聲環境下的原始結果；

（c）白噪聲環境下單頻信號和線性調頻信號的處理結果；

（d）相關噪聲環境下單頻信號和線性調頻信號的處理結果。

上圖中，“Orignal”代表直接計算單頻信號的幅度比和相位差；“Singlef”代表對單頻信號進行周期時域累積；“Linearf”代表對線性調頻信號進行匹配濾波處理。通過這三種方式，仿真得到視電導率，同實際地層電導率（“true”）進行對比。分析圖1（a），無噪聲時，三種視電導率基本相同；分析圖1（b），直接采用單頻信號進行計算，測井響應被噪聲干擾嚴重，無法區分真實地層。

為了提高信噪比和測井曲線的分辨率，在白噪聲和相關噪聲情況下，分別采用基于單頻信號的周期時域累積算法和基于線性調頻信號的匹配濾波算法進行對比仿真，結果如圖1（c）和1（d）所示。白噪聲環境下，通過對隨機噪聲的有效處理，兩條測井曲線基本相同。而在相關噪聲環境下，只有線性調頻信號能夠獲得有效的測井曲線。相關噪聲由信號產生，由此決定了相關噪聲的幅度和帶寬。單頻信號通常是一種窄帶信號，帶寬可忽略，噪聲的時域波形與信號基本相同，導致經過累積后的信號能量和噪聲能量在同一量級。而本文中的寬帶線性調頻信號通過匹配濾波算法實現脈沖壓縮，信號能量集中在中心頻率，信噪比顯著提高。因此，線性調頻信號具有有效的抗噪聲效果。

4 總結

本文提出一種新的泥漿脈沖信號處理技術，將線性調頻連續波作為測井信號，結合匹配濾波處理，實現接收信號的脈沖壓縮。通過仿真分析證明，對比傳統測井技術，信噪比、測井曲線分辨率以至于泥漿脈沖測井的地層評價能力都得到了明顯提高，對于油藏開發的最大化具有重要意義。

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