基于线性调频的泥浆脉冲信号处理技术

高杨 药春晖 李琳 鲍凯凯 孙伟

摘 要：基于泥漿脉冲测井的复杂噪声环境，本文提出了一种宽带线性调频信号，通过匹配滤波算法，实现泥浆脉冲信号的降噪处理，提高信噪比和测井分辨率。

关键词：线性调频；匹配滤波；泥浆脉冲测井；信噪比

1 绪论

在传统无线随钻测井中，采用单频连续波信号和数字相敏检波技术提取幅度比和相位差作为测井响应，通过周期时域累积降低高斯白噪声，从而提高信噪比。然而，相关噪声由信号本身产生，所以，抑制相关噪声对于提高信噪比更为重要。本文通过线性调频对泥浆脉冲信号进行降噪处理，使用线性调频连续波作为发送信号，通过匹配滤波处理实现接收信号的脉冲压缩，最终提高信噪比。

3 仿真分析

通过数字相敏检波算法，将线性调频信号和单频信号两种情况的仿真结果进行对比，根据幅度比计算得出的视电导率如右图所示。

（a）无噪声环境；（b）噪声环境下的原始结果；

（c）白噪声环境下单频信号和线性调频信号的处理结果；

（d）相关噪声环境下单频信号和线性调频信号的处理结果。

上图中，“Orignal”代表直接计算单频信号的幅度比和相位差；“Singlef”代表对单频信号进行周期时域累积；“Linearf”代表对线性调频信号进行匹配滤波处理。通过这三种方式，仿真得到视电导率，同实际地层电导率（“true”）进行对比。分析图1（a），无噪声时，三种视电导率基本相同；分析图1（b），直接采用单频信号进行计算，测井响应被噪声干扰严重，无法区分真实地层。

为了提高信噪比和测井曲线的分辨率，在白噪声和相关噪声情况下，分别采用基于单频信号的周期时域累积算法和基于线性调频信号的匹配滤波算法进行对比仿真，结果如图1（c）和1（d）所示。白噪声环境下，通过对随机噪声的有效处理，两条测井曲线基本相同。而在相关噪声环境下，只有线性调频信号能够获得有效的测井曲线。相关噪声由信号产生，由此决定了相关噪声的幅度和带宽。单频信号通常是一种窄带信号，带宽可忽略，噪声的时域波形与信号基本相同，导致经过累积后的信号能量和噪声能量在同一量级。而本文中的宽带线性调频信号通过匹配滤波算法实现脉冲压缩，信号能量集中在中心频率，信噪比显著提高。因此，线性调频信号具有有效的抗噪声效果。

4 总结

本文提出一种新的泥浆脉冲信号处理技术，将线性调频连续波作为测井信号，结合匹配滤波处理，实现接收信号的脉冲压缩。通过仿真分析证明，对比传统测井技术，信噪比、测井曲线分辨率以至于泥浆脉冲测井的地层评价能力都得到了明显提高，对于油藏开发的最大化具有重要意义。

参考文献：

[1]J.Wang，D.D.Cai，Y.Y.Wen.Comparison of matched filter and dechirp processing used in linear frequency modulation[C].IEEE 2nd Int.Conf.CCIE，2011，70-73.

[2]L.Pipia，X.Fàbregas，A.Aguasca，et al.Atmospheric artifact compensation in ground-based DInSAR applications[J].IEEE Geosci.Remote Sens.Lett，2008，5（1）：88-92.