DSP在测井仪器中的应用

XI’ANSHIYOUUNIVERSITYXI’ANSHIYOUUNIVERSITYDSP在测井仪器中的应用西安石油大学严正国西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//？Digitalsignalprocessing,DSP数字信号处理Digitalsignalprocessor,DSP数字信号处理器西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//？Digitalsignalprocessing,DSP数字信号处理通过各种数学变换、运算，提取、增强数字信号中的有用信息，抑制或消除噪声。西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//变换dttfsFest0)(nnnznxzX][dttfFetj)(dtgftgtf)()()(*)(dttxtxRx)()()(西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//数字信号处理应用信号整形、滤波、检测、提取、谱分析等信息编码/解码、加密/解密、检错纠错等图像压缩/解压、增强、识别等西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//？Digitalsignalprocessor,DSP数字信号处理器一种智能微处理器，能够高效的进行各种数字信号处理运算。西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//？数字信号处理就是两个序列的乘加运算10Nnnynx1.读取两个操作数；2.乘法累加运算；3.循环西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//具有各自独立的数据总线和地址总线，可以同时访问DM和PM西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//(MAC)单周期乘法累加指令MR(40)=MR(40)±MX(16)*MY(16)扩展的动态范围连续的256次乘加运算不会溢出西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//循环开销0%西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//循环寻址：循环缓冲区I0=buffer;m0=1;l0=length(buffer)位反转寻址：FFT蝶形运算时序列倒序01234buffer000001010011100101110111000100010110001101011111012345670426153111西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//定点：小数点位置固定，只能处理整数，多为16位处理器。指令执行速度快，器件成本低，功耗低，运算密集型的应用实现算法复杂，开发成本高。浮点：小数点位置浮动，多为32位处理器。采用类似科学技术法的表示方法，由尾数和指数两部分组成。例如：Ax2B,where'A'isthemantissaand‘B’istheexponent便于实现复杂的运算和算法，开发成本低，器件成本高，功耗较定点大。西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//有符号数：intergersddddddddddddddds-符号位d-数据位正数采用原码，负数采用补码。00000001FFFF-1按位取反加1西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//应用系统采集：A/D转换，同步采样，菊花连，过采样处理：累加平均，相敏检波传输：SPORT，UART，CAN，DTB西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//转换逐次逼近型，SAR最高18位，最快5MSPS。流水线型，Pipeline最高24位，最快500MSPS。Delta-sigma型精度最高，超过24位，最高2.5MSPS。Flash型速度最快，超过1GSPS，位数一般不超过8位西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//（菊花链Daisy-chain）西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//’anshiyouuniversityhttp：//’anshiyouuniversityhttp：//在许多应用系统中，常采用DSP+CPLD的方案，结合DSP强大的数字信号处理能力与CPLD硬件可编程的优点。CPLD用于产生系统的各种同步和时序信号，DSP用于进行信号采集、处理和传输控制。西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//过采样技术所谓过采样就是指以远远高于奈奎斯特（Nyquist）采样频率的频率对模拟信号进行采样。过采样可以降低基带内量化噪声功率谱密度，提高信噪比。功率谱密度信号基带以采样的量化噪声1sf以采样的量化噪声2sf21sf22sffADC～～抽取数字滤波器被数字滤波器抑制的量化噪声Xf西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//时域采样积分、平均采样积分/平均算法就是利用噪声信号是随机的，其均值为零的特性，对同一样点进行多次采样累加或平均来压制噪声，从而提高信噪比的方法。采样信号经m次测量并积分的测量信噪比：ioSNRmNsmmNmsSNR)()(2信噪比改善：mSNRSNRSNIRio)()(原始信号：累加平均后信号：西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//相敏检波)sin()(s0tAt)(st0)()(s)(02000tdetjStj)()]sin())[cos(sin(020000tdtjttA2020000000)()sin()sin()cos()sin(tdttjAtdttA20000020)(]cos)2[cos(21]sin)2[sin(21tdtjAtdtA200200)(cos2)(sin2tdAjtdA2cos22sin2AjAcossinjAA设待检测信号，对在一个周期内进行，则有：======傅立叶变换，并取jQP=西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//相敏检波)(st)(snNsf0TNTsssfT1002T对进行采样后变为，采样长度为，采样频率为。则采样的周期数为。其中，为采样间隔，，为信号周期。采样后的信号)2sin()nTsin()(s0s0nffAAns，n=0，1…N-1nffnTnss002coscos)cos(nffns02sin)sin(10coss2sinNnnNAP10sins2cosNnnNAQ令可得：西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//数字相敏检波2222cossinQPAAAQParctg()sncos()nsin()n102()NN102()NN(/)arctgPQPQ2P2QA可求得：西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//’anshiyouuniversityhttp：//’anshiyouuniversityhttp：//’anshiyouuniversityhttp：//的电缆遥测技术基于DSP+CPLD技术T5传输方式，半双工通信BPSK编码，CRC校验数据传输速率：100kbps方式5变压器测井电缆接口电路帧定时电路BPSK解调帧头检测CRC校验数据组帧CRC生成BPSK调制时序控制电路命令数据CPLDDSP西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//控制器FSYNCIRQ0FL1西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//位△-∑AD转换器数字调制解调器测井电缆传输接口方式5变压器DSP主控单元滤波放大器直流稳压电源信号输入至3000m电缆模拟器液压推靠控制单元16位辅助AD多路开关温度、压力等西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//参考电压VrefVrefADS1271ADS1271ADS1271ADS1271THS4130THS4130THS4130DOUTDINDOUTDINSCLKSCLKVrefVrefADN1ADP2ADN2ADP3ADN3ADP4ADN4GNDGNDGNDGNDDV1DV2DI1DVrefUSBFO西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//时序/逻辑控制单元DI/DODTB总线接口辅助模拟量输入通道AUX1AUX2AUX3AUX4AUX5AUX6AUX7AUX8三电平信号发生器并行总线SPI接口DPSDSIGNGO/UDATAUCLKIUCLKOIRQ0\FIIRQ1\FOD8-D15D8-D15WR\RD\FL0FL1SCLK1ADC采样控制三电平逻辑控制AGC增益控制仪器工作模式设置三电平信号SPORT0516163西安石油大学Xi’anshiyouuniversityhttp：//：13363922791Email：zh