CN103470248B - 信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法，所述方法包括：测量信号传输电缆的开路阻抗以及短路阻抗；根据所述的开路阻抗以及短路阻抗确定所述的信号传输电缆的传输特性参数；根据信号传输电缆的传输特性参数确定所述的信号传输电缆的特性阻抗以及传播系数；根据所述的信号传输电缆的传输特性参数、特性阻抗以及传播系数确定均衡器的特性参数。解决了现有技术中传统均衡器适应范围较窄的问题，最大限度地减小信号电缆传输过程中的信号畸变。

Description

信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法

技术领域

本发明关于地球物理勘探技术领域，特别是关于信号遥传电缆传输信道测量的信号处理技术，具体的讲是一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法。

背景技术

随着现代钻井技术的发展，连续油管钻井(CTD)技术已日益广泛地应用于再钻井和多分支井的钻井中。在连续油管的钻进过程中，需要对井斜方位角、工具面角等定向参数和地质参数进行实时监测，以便及时了解底部钻具组合的当前状态与底层信息，保证钻头能够在目标层中穿行。随着现代随钻技术的发展，测量参数不断增多，这就要求携带大数据量的随钻测量数据必须快速、稳定、实时的传递到地面系统。

现有技术中，随钻测量数据传输的方式主要分为无线传输和有线传输两大类。无线传输的通信线路构成的成本低、结构简单、使用方便，但数据传输的速率低，抗干扰能力弱，无法实现大宽带的信号传输；有线传输的测井技术发展起步较早，技术相对稳定，应用范围广，传输速率快，但由于连续油管钻井工艺采用了无接头、易弯曲的连续油管连接地面控制设备与底部钻具，因此有线传输需要采用传输速率较高、抗拉伸能力较强的电缆信号传输系统。

测井电缆作为井底仪器和地面控制系统通信最常用的手段，其在测井作业中的长度一般为3000-7000米，常用的测井电缆主要有七芯电缆、四芯电缆和单芯电缆。测井电缆一般外加铠装保护，从钻柱内部深入井下与井上随钻测量仪器连接，使用测井电缆作为数据传输信道的优点在于数据在电缆上的传输速率高，而且可以实现全双工通信，同时还能解决井下仪器设备的供电问题，目前很多国外成熟的测井系统均采用七芯电缆传输方式。测井电缆的电气性能是电缆传输信道的主要特性，其性能的优劣直接影响了传输信号的接收质量。为了提高信号传输速率，则要求测井电缆能提供足够宽的信号带宽。七芯电缆作为信息传输媒介，其电磁特性是较差的。当其中一根缆芯加有信号，在其余缆芯上都要出现感应信号，其幅度、极性和相位各不相同，而电缆固有的分布参数也会造成高速信号传输产生的信号畸变。

现有技术中的数字信号处理的方法，将传输电缆的电气特性对数字信号的影响视为噪声，采用数字滤波的方法处理，其适用范围较窄，当电缆的长度、结构、材质等发生变化时，需要对滤波器进行重新设计，降低了信号处理的效率。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种遥传信号电缆传输信道均衡器的配置方法，解决了现有技术中的传统均衡器适应范围较窄的问题，通过对电缆的电气特性的分析，得到信号传输电缆的电气传输特性，并以之为依据，构建最佳均衡器，最大限度地减小信号电缆传输过程中的信号畸变。

本发明的目的是，提供一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法，该方法包括：测量信号传输电缆的开路阻抗以及短路阻抗；根据所述的开路阻抗以及短路阻抗确定所述的信号传输电缆的传输特性参数；根据信号传输电缆的传输特性参数确定所述的信号传输电缆的特性阻抗以及传播系数；根据所述的信号传输电缆的传输特性参数、特性阻抗以及传播系数确定均衡器的特性参数。

本发明的有益效果在于，提供了一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法，解决了现有技术中的传统均衡器设计方法适应范围较窄的问题，通过对电缆的电气特性的分析，得到信号传输电缆的等效电路参数进而设计最优的均衡器以抵消信号经过长距离传输产生的衰减和畸变。该方法由理论推导产生，经由数学解析的方法得到验证。相较于以逐渐递进式的补偿信道所产生畸变的自适应均衡器而言，本发明的均衡器更加快捷，所对应硬件电路或器件的结构和实现更加容易，可以最大限度地改善电缆信号的均衡效果。

为让本发明的上述和其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种遥传信号电缆传输信道均衡器的配置方法的实施方式一的流程图；

图2为图1中的步骤S104的具体流程图；

图3为本发明实施例提供的信号传输电缆的网络传输结构示意图；

图4为本发明实施例中的信号传输电缆的II型等效电路结构示意图；

图5为应用本发明实施例提供的信号传输电缆、含有内阻的激励电源及负载电阻的结构示意图；

图6为本发明实施例中根据图5得到的最佳均衡器的结构示意图；

图7为本发明实施例的信号传输电缆的均衡器构造示意图；

图8为本发明实施例的信号传输电缆的特性阻抗接入示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法的实施方式一的流程图，由图1可知，所述的方法具体包括：

S101：测量信号传输电缆的开路阻抗以及短路阻抗。在本发明的具体实施例中，可采用7芯测井信号电缆作为信号传输电缆，将信号传输电缆中一对传输线的两端分别视为1端和2端，由于可将信号传输电缆视为均匀传输导线，在结构电气特性上具有对称性，因此1端和2端的选择可以互换，对于结果并没有影响。

在本发明中，该步骤可通过必须的电压、电流测试仪器，测得信号传输电缆的开路阻抗和短路阻抗。

在分析信号传输电缆的传输特性时，可以认为信号传输电缆为无源、因果的线性传输网络，对于所选取的测井信号传输电缆，其流入电流等于流出电流，不失一般性，在后续分析中按正弦电流电路的稳态情况考虑。图3为应用本发明实施例提供的信号传输电缆的网络传输结构示意图，假设把电压和看作是外加的电压源，对这个电路写出回路电流方程。如图3所示，选取回路1、2，则第一回路和第二回路电流恰好就是和所得的一组回路电流方程的右边除了第一和第二回路外都应等于零，而第一和第二回路方程的右边则分别为和该组方程将为：

$\begin{array}{c}{Z}_{11}{\stackrel{\·}{I}}_1+Z_{12}{\stackrel{\·}{I}}_2+...+Z_{1l}{\stackrel{\·}{I}}_l={\stackrel{\·}{U}}_1\\ Z_{21}{\stackrel{\·}{I}}_1+Z_{22}{\stackrel{\·}{I}}_2+...+Z_{2l}{\stackrel{\·}{I}}_l={\stackrel{\·}{U}}_2\\ .....................\\ Z_{l1}{\stackrel{\·}{I}}_1+Z_{l2}{\stackrel{\·}{I}}_2+...+Z_{\mathrm{ll}}{\stackrel{\·}{I}}_l=0\end{array}---\left(1\right)$

由上述方程(1)可解出

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_1=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{11}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_1+\frac{{\mathrm{\Δ}}_{21}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_2=Y_{11}{\stackrel{\·}{U}}_1+Y_{12}{\stackrel{\·}{U}}_2\\ {\stackrel{\·}{I}}_2=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{12}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_1+\frac{{\mathrm{\Δ}}_{22}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_2=Y_{12}{\stackrel{\·}{U}}_1+Y_{22}{\stackrel{\·}{U}}_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁、Y₂₂只与信号传输电缆内部等效小段的参数及其结构有关，为信号传输电缆的Y参数，属于复导纳性质，而这些参数与结构又决定于构成这些回路的各支路复阻抗。

根据(2)式，可以得到

$Y_{11}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_1}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}{,Y}_{12}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_1=0}{,Y}_{21}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_1}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0},Y_{22}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_1=0}$

Y₁₁表示2-2’短接时，在1-1’处的输入导纳或入端导纳；Y₁₂表示1-1’短接时，在2-2’处的转移导纳；Y₂₁表示2-2’短接时，在1-1’处的转移导纳；Y₂₂表示1-1’短接时，在2-2’处的入端导纳。通过推导过程易得将和互换，对于推导结果中的Y参数无影响，即Y₁₂＝Y₂₁；对于信号传输电缆的传输网络模型，从任一端口看去，其电气特性是一样的，因而可将信号传输电缆视为电气上对称的，可知Y₁₁＝Y₂₂。

将(2)式写成矩阵形式，有

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_1\\ {\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1\\ {\stackrel{\·}{U}}_2\end{array}\right]---\left(3\right)$

同理，可推导出传输网路的Z参数方程组，此处不再赘述，如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1\\ {\stackrel{\·}{U}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{11}& Z_{12}\\ Z_{21}& Z_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_1\\ {\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right]---\left(4\right)$

通过比较公式(3)与公式(4)可知，Y参数矩阵与Z参数矩阵互逆，其中， $Z_{11}=\frac{Y_{22}}{\mathrm{\ΔY}},Z_{12}=-\frac{Y_{12}}{\mathrm{\ΔY}},Z_{21}=-\frac{Y_{21}}{\mathrm{\ΔY}},Z_{22}=\frac{Y_{11}}{\mathrm{\ΔY}},$ ΔY＝Y₁₁Y₂₂-Y₁₂Y₁₁；Z₁₁表示2-2’开路时，在1-1’处的输入阻抗或称为入端阻抗；Z₁₂表示1-1’开路时，在2-2’处的转移阻抗；Z₂₁表示2-2’开路时，在1-1’处的转移阻抗；Z₂₂表示1-1’开路时，在2-2’处的入端阻抗。其中Z₁₁=Z₂₂，Z₂₁=Z₁₂。由(3)、(4)式可知，对一段信号传输电缆，如果确定了其中一组参数，那么，其他的参数也可以通过计算得到。

S102：根据所述的开路阻抗以及短路阻抗确定所述的信号传输电缆的传输特性参数。

上述方程为经典的网络参数方程，在实际的设计过程中，需要给定整条电缆的电气特性。因此，在本发明中引入信号传输电缆的传输特性参数，即A参数，A参数是根据一个端口的电压与电流关系去描述另一个端口电压与电流的特性参数。这就是根据已知的这一端的电流和电压和，去求电缆那一端和电流和电压的问题。将(2)式的第二式化为

${\stackrel{\·}{U}}_1=-\frac{Y_{22}}{Y_{21}}{\stackrel{\·}{U}}_2+\frac{1}{Y_{21}}{\stackrel{\·}{I}}_2$

然后把它代入(2)式中的第一式，经整理有

${\stackrel{\·}{I}}_1=(Y_{12}-\frac{Y_{11}{Y}_{22}}{Y_{21}}){\stackrel{\·}{U}}_2+\frac{Y_{11}}{Y_{21}}{\stackrel{\·}{I}}_2$

把以上二式改写成如下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1=A_{11}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{12}{\stackrel{\·}{I}}_2\\ {\stackrel{\·}{I}}_1=A_{21}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{22}{\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}---\left(5\right)\right.$

其中，

$\left\{\begin{array}{cc}{A}_{11}=-\frac{Y_{22}}{Y_{21}}& A_{12}=-\frac{1}{Y_{21}}\\ A_{21}=Y_{12}-\frac{Y_{11}{Y}_{12}}{Y_{21}}& A_{22}=-\frac{Y_{11}}{Y_{21}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂称为传输特性参数的传输特性参数即A参数或一般参数，A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量。A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂都具有转移参数性质，四个参数中只有三个是独立的，因为按式(6)可得

$A_{11}{A}_{22}-A_{12}{A}_{21}=\frac{Y_{11}{Y}_{12}}{{Y_{21}}^2}+\frac{1}{Y_{21}}\frac{Y_{12}{Y}_{21}-Y_{11}{Y}_{22}}{Y_{21}}=\frac{Y_{12}}{Y_{21}}=1$

对于数据传输电缆，由于Y₁₁=Y₂₂，故由式(6)将有A₁₁=A₂₂。

如果按照Y参数或一般参数所表示的物理概念，用实验方法直接测定这些参数，那么必须同时测出信号传输电缆两端电压、电流的有效值和它们之间的相位差。对于长达数千米的信号传输电缆来说，如测井信号电缆，测定电缆两端的电压和电流的相位差往往不易做到。为此，引入信号传输电缆开路阻抗、短路阻抗这两个方便测量的参量。根据信号传输电缆的A参数，可以分别写出端口1、2的开路阻抗Z_o和短路阻抗Z_s。

$\left\{\begin{array}{cc}{Z}_{o1}={\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}|}_{{\stackrel{\·}{I}}_2=0}=\frac{A_{11}}{A_{21}}& Z_{s1}={\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}=\frac{A_{12}}{A_{22}}\\ Z_{o2}={\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}|}_{{\stackrel{\·}{I}}_1=0}=\frac{A_{22}}{A_{21}}& Z_{s2}={\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}=\frac{A_{12}}{A_{11}}\end{array}\right.---\left(7\right)$

对信号传输电缆而言，由于其结构上的对称性，有A₁₁=A₂₂；Z_o1=Z_o2=Z_o及Z_s1=Z_s2=Z_s。因此，可以根据开路阻抗Z_o和短路阻抗Z_s来求出A参数。

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Z_s}{Z_o}=\frac{\frac{A_{12}}{A_{11}}}{\frac{A_{11}}{A_{21}}}=\frac{A_{12}{A}_{21}}{A_{11}^2}\\ A_{11}^2-A_{12}{A}_{21}=1\end{array}\right.$

整理后可得

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\}---\left(8\right)$

即，如果测得了信号传输电缆的开路阻抗Z_o和短路阻抗Z_s，即可确定出信号传输电缆的传输特性参数即电气特性。

S103：根据信号传输电缆的传输特性参数确定所述的信号传输电缆的特性阻抗以及传播系数。

长距离的信号传输电缆的特性阻抗Z_c由信号传输电缆的传输特性参数来决定。图8是本发明实施例中信号传输电缆的特性阻抗接入示意图，由图8可知，数据传输电缆的2-2’端接以负载Z_L，则1-1’的入端阻抗Z_i将是

$Z_i=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}=\frac{A_{11}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{12}{\stackrel{\·}{I}}_2}{A_{21}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{22}{\stackrel{\·}{I}}_2}=\frac{A_{11}{Z}_L+A_{12}}{A_{21}{Z}_L+A_{22}}$

如果令Z_i同时与Z_L相等，又等于Z_c，则有

$Z_c=\frac{A_{11}{Z}_c+A_{12}}{A_{21}{Z}_c+A_{22}}$

解之，得

$Z_c=\frac{A_{11}-A_{22}\±\sqrt{{(A_{22}-A_{11})}^2+4A_{12}{A}_{21}}}{2A_{21}}$

考虑数据传输电缆的对称性A₁₁=A₂₂，有

$Z_c=\sqrt{\frac{A_{12}}{A_{21}}}$

即在得到信号传输电缆的特性转移参数后，可按上述公式计算得到长距离的信号传输电缆的特性阻抗Z_c。其中，A₁₂、A₂₁为所述信号传输电缆的传输特性参数，A₁₂为短路转移阻抗，A₂₁为开路转移导纳，Z_c为所述信号传输电缆的特性阻抗。此阻抗Z_c仅由数据传输电缆的参数来决定，把它称之为数据传输电缆的特性阻抗。由于电缆的对称性，它的任一端口接以特性阻抗Z_c后，另一端口的输入端阻抗也一定是Z_c。

长距离的信号传输电缆的传播系数由信号传输电缆的传输特性参数来决定。当信号传输电缆的负载端接以特性阻抗Z_c后，从激励端看去的输入端阻抗也是这个特性阻抗Z_c，按公式(5)有

${\stackrel{\·}{U}}_1=A_{11}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{12}{\stackrel{\·}{I}}_2$

由于 $-{\stackrel{\·}{I}}_2=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{Z_c}=\sqrt{\frac{A_{21}}{A_{12}}}{\stackrel{\·}{U}}_2,$ 故有

${\stackrel{\·}{U}}_1=A_{11}{\stackrel{\·}{U}}_2+\sqrt{A_{12}{A}_{21}}{\stackrel{\·}{U}}_2$

即

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}=A_{11}+\sqrt{A_{12}{A}_{21}}$

考虑数据传输电缆的对称性A₁₁=A₂₂，则有

A₁₁A₂₂-A₁₂A₂₁=A₁₁ ²-A₁₂A₂₁=1，

$\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_1}=\frac{1}{A_{11}+\sqrt{A_{12}{A}_{21}}}=A_{11}-\sqrt{A_{12}{A}_{21}}$

设γ=α+jβ，并令这个比值有

${\stackrel{\·}{U}}_2={\stackrel{\·}{U}}_1{e}^{-\mathrm{\γ}}={\stackrel{\·}{U}}_1{e}^{-\mathrm{\α}-\mathrm{j\β}}$

$A_{11}+\sqrt{A_{12}{A}_{21}}=e^{\mathrm{\γ}}$

上式表明，当信号传输电缆的负载端接以特性阻抗时，在正弦角频率ω激励下，负载端电压的幅值(有效值)衰减到激励端幅值(有效值)的e^-α倍，电压的相位滞后β弧度。把α称为信号传输电缆的衰减系数，而把β称为它的相位系数，把γ称为数据传输的传播系数。

S104：根据所述的信号传输电缆的传输特性参数、特性阻抗以及传播系数确定均衡器的特性参数。图2为图1中的步骤S104的具体流程图，由图2可知，该步骤具体包括：

S201：根据所述的信号传输电缆对应的传输特性参数、特性阻抗以及传播系数确定对应的等效电路。即根据等效电路参数去配置均衡器，理论上讲，如果所设计的均衡器能够完全抵消掉信号传输电缆引起的信号畸变，那么，这种均衡器应该是最佳的。也就是说，经过最佳均衡器的处理，原有的信号传输电缆模型应该等效成一段有限长导线。在得到信号传输电缆的特性转移A参数后，为便于分析，可以将信号传输电缆等效为相应的等效电路，即可等效为如图4所示的Π型等效电路。设图4所示的Π型等效电路的单位冲激响应为h(t)，并设均衡器的单位冲激响应为应有符号*表示卷积运算，δ(t)为狄拉克函数。

S202：在所述的信号传输电缆的输出端接入负载电阻；

S203：将所述的负载电阻配置为与所述的信号传输电缆对应的特性阻抗相同。在得到信号传输电缆的等效电路后，在实际应用中，为保证电缆对测井数据信号的传输性能，需要在测井电缆的输出端接入信号传输电缆的特性阻抗，以匹配数据传输电缆的信号传递，即为保证测井数据在测井电缆上的有效传输，需要在电缆的输出端(2端)接入的负载电阻为测井电缆的特性阻抗Z_c，信号传输电缆的等效电路可由如下公式获得：

$Y_a=\frac{A_{22}-1}{A_{12}},Y_b=\frac{1}{A_{12}},Y_c=\frac{A_{11}-1}{A_{12}}$

S204：在信号传输电缆的输出端接入电压跟随器。图7为本发明实施例的信号传输电缆的均衡器构造示意图，电路后续接入相应的电压跟随器，具有输入高阻抗，输出低阻抗的特性，以起到匹配阻抗的作用，保证后续电路更好的工作。

S205：在信号传输电缆的输出端接入均衡器；

S206：确定所述的均衡器的特性参数。在图5所述的实施例中，Y_a=G₁+sC₁，Y_c=G₂+sC₂。在该实施例中，信号传输电缆模型为三阶、稳定的因果及非时变的线性系统。在图5中，R₁为信号源电源内阻，R₂为负载电阻，R为电缆串联等效衰减电阻，L为电缆卷绕等效电感，G₁、G₂为介质旁路衰减电导，C₁、C₂为介质旁路吸收电容。

C₂、R₂、G₂并联产生的等效负载阻抗为：

$Z_L=\frac{1}{G_2+\frac{1}{R_2}+s{C}_2}$

II型等效电路串臂等效阻抗为：

$Z_b=\frac{1}{Y_b}=R+\mathrm{sL}$

串臂等效阻抗Z_b与Z_L串联后的阻抗为：

Z=Z_b+Z_L

Z与Y_a=G₁+sC₁并联后，信号传输电缆输入端等效阻抗为：

$Z_{\mathrm{\Σ}}=\frac{Z}{Y_{a}Z+1}$

由输入端点电压与信号激励源电压之间的关系可得：

$U_i\left(s\right)=\frac{Z_{\mathrm{\Σ}}}{Z_L+Z_{\mathrm{\Σ}}}{U}_s\left(s\right)$

信号传输电缆输出端与激励源电压之间的关系为：

$U_o\left(s\right)=\frac{Z_L}{Z_L+Z_1}{U}_i\left(s\right)=\frac{Z_L}{Z_L+Z_1}\frac{Z_{\mathrm{\Σ}}}{Z_L+Z_{\mathrm{\Σ}}}{U}_s\left(s\right)$

最后，得到考虑信号源内阻及负载电阻的信号传输电缆的传递函数为

$H\left(s\right)=\frac{U_o\left(s\right)}{U_s\left(s\right)}=\frac{R_2}{{\mathrm{As}}^3+{\mathrm{Bs}}^2+\mathrm{Cs}+D}---\left(10\right)$

其中，A＝C₁C₂LR₁R₂；

B＝L(C₁R₁+C₂R₂)+LR₁R₂(C₁G₂+C₂G₁)+C₁C₂R₁R₂R；

C＝L(1+G₁R₁+G₂R₂+G₁G₂R₁R₂)+R(C₁R₁+C₂R₂)

+R₁R₂(C₁+C₂)+R₁R₂R(C₁G₂+C₂G₁)；

D＝R(1+G₁R₁+G₂R₂+G₁R₁G₂R₂)+R₁+R₂+R₁R₂(G₁+G₂)。

由于希望信号传输电缆和均衡器级联后的综合作用为：

即在这里，H(s)是h(t)的拉普拉斯变换，是的拉普拉斯变换。由可得，

$\hat{H}\left(s\right)=\frac{1}{H\left(s\right)}=\frac{{\mathrm{As}}^3+{\mathrm{Bs}}^2+\mathrm{Cs}+D}{R_2}=a_0{s}^3+a_1{s}^2+a_{2}s+a_3---\left(11\right)$

其中，均衡器的特性参数a₀、a₁、a₂、a₃分别为：

$a_0=\frac{A}{R_2}=\frac{C_1{C}_{2}L{R}_1{R}_2}{R_2}=C_1{C}_{2}L{R}_1$

$a_1=\frac{B}{R_2}=L(C_1\frac{R_1}{R_2}+C_2)+L{R}_1(C_1{G}_2+C_2{G}_1)+C_1{C}_2{R}_{1}R$

$a_2=\frac{C}{R_2}=L(\frac{1+G_1{R}_1}{R_2}+G_2+G_1{G}_2{R}_1)+R(C_1\frac{R_1}{R_2}+C_2)$

$+R_1(C_1+C_2)+R_{1}R(C_1{G}_2+C_2{G}_1)$

$a_3=\frac{D}{R_2}=R(\frac{1+G_1{R}_1}{R_2}+G_2+G_1{R}_1{G}_2)+\frac{R_1}{R_2}+1+R_1(G_1+G_2)$

由此导出的均衡器如图6所示。

本发明提供的一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法具有如下有益效果：在测井仪器的传输方案中，需要快速、准确的传输测井数据，然而长距离的传输电缆固有的电气特性，造成信号电气特性的衰减，使数据在解调过程中难以辨认，因此需要在数据接收端接入均衡器以补偿信号的衰减损失。若均衡器能够抵消掉信号传输电缆引起的信号畸变，则这种均衡器应该是最佳的。本发明通过对信号传输电缆的电气特性的分析，得到信号传输电缆两端点上的等效电路参数，并以之为依据，确定均衡器的各个参数，这就是本发明所述的均衡器设计方法。理论上讲，所设计的均衡器可以完全抵消信号传输电缆所造成的信号衰减和畸变。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种信号遥传电缆传输信道均衡器的配置方法，其特征是，所述的方法包括：

测量信号传输电缆的开路阻抗以及短路阻抗；

根据所述的开路阻抗以及短路阻抗确定所述的信号传输电缆的传输特性参数；

根据信号传输电缆的传输特性参数确定所述的信号传输电缆的特性阻抗以及传播系数；

根据所述的信号传输电缆的传输特性参数、特性阻抗以及传播系数确定均衡器的特性参数，

其中，根据信号传输电缆的传输特性参数确定所述的信号传输电缆的特

性阻抗以及传播系数通过如下公式进行：

$Z_c=\sqrt{\frac{A_{12}}{A_{21}}}$

其中，A₁₂、A₂₁为所述信号传输电缆的传输特性参数，A₁₂为短路转移阻抗，A₂₁为开路转移导纳，Z_c为所述信号传输电缆的特性阻抗；

$\frac{1}{A_{11}+\sqrt{A_{12}{A}_{21}}}=A_{11}-\sqrt{A_{12}{A}_{21}}=e^{-\mathrm{\γ}}=e^{-\mathrm{\α}-j\mathrm{\β}}$

其中，A₁₁、A₁₂、A₂₁为所述信号传输电缆的传输特性参数，A₁₁为电压的比值，A₁₂为短路转移阻抗，A₂₁为开路转移导纳，α为信号传输电缆的衰减系数，β为信号传输电缆的相位系数，γ为信号传输电缆的传播系数，j为虚拟单位符号，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述的开路阻抗以及短路阻抗确定所述的信号传输电缆的传输特性参数通过如下公式进行：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\}$

其中，A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂为所述信号传输电缆的传输特性参数，A₁₁为电压的比值，A₁₂为短路转移阻抗，A₂₁为开路转移导纳，A₂₂为两个电流的比值，Z₀为所述信号传输电缆的开路阻抗，Z_s为所述信号传输电缆的短路阻抗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，根据所述的信号传输电缆的传输特性参数、特性阻抗以及传播系数确定均衡器的特性参数具体包括：

根据所述的信号传输电缆对应的传输特性参数及特性阻抗确定对应的等效电路；

在所述的信号传输电缆的输出端接入负载电阻；

将所述的负载电阻配置为与所述的信号传输电缆对应的特性阻抗相同；

在信号传输电缆的输出端接入电压跟随器；

在信号传输电缆的输出端接入均衡器；

确定所述的均衡器的特性参数。