隨鉆嵌入式處理單元(以下簡稱EPU)同時承擔多項采集測量處理任務和系統通訊任務，是整個隨鉆地面系統的核心中樞。現場的深度、泥漿壓力、鉤載、死繩和泵沖傳感器信號進入進入EPU，經過安全隔離柵隔離、信號調理板調理之后，送入cRIO的數據采集卡，由FPGA對數據進行采集，得到的數據經過CPU處理后，通過LAN傳送給上位機。同時，上位機通過cRIO的中轉，通過RS485總線與司鉆顯示器和DBC中控進行通訊，驅動Bypass電磁閥，進行指令下傳。系統架構如圖3所示。

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　　圖3 隨鉆地面系統框架

　　泥漿脈沖信號濾波解碼

　　在井場現場，泥漿脈沖信號是通過安裝在立管上的壓力傳感器采集獲得的。

　　在現場條件下，從井下發出的泥漿脈沖信號傳遞到地面時，混雜了非常強的背景噪聲，其來源主要有泥漿泵活塞周期往復運動產生的泥漿泵噪聲、鉆頭粘卡后突然釋鉆柱產生大弧度擺動產生的鉆柱扭矩噪聲和鉆柱鉆進中的震動產生的鉆頭噪聲。

　　在EPU中，采集獲得的泥漿脈沖波形數據經過FIR初級濾波、自適應濾波、小波分析、互相關處理等一系列濾波處理，獲得較為干凈的脈沖信號波形。之后，通過準確判定脈沖位置，計算相鄰脈沖的時間間隔，從而計算的到相應的通訊數據。

　　深度測量

　　鉆井深度的測量，是通過測量鉆機大鉤上提下放運動過程進行累加，從而間接獲得的。除了需要準確實時的測量大鉤位置外，還需要準確判斷鉆具是否掛在大鉤上，跟隨大鉤一起上提下放。

　　判斷鉆具是否掛在大鉤上，先測量大鉤的載荷，與設定的閾值進行比較，高于閾值認為是掛在大鉤上，反之認為沒有掛在大鉤上，處于座卡狀態。但在鉆井過程中，會有各種震動產生，使測量得到的載荷也隨之劇烈波動。當鉆井深度較淺，鉆具重量較輕時，閾值非常接近大鉤空鉤載荷，劇烈的波動很容易越過閾值造成誤判。

　　為了消除震動的影響，需要對測量測到的鉤載進行濾波。而濾波算法要求一方面有效濾除波動，另一方面具有很低的延遲，這兩方面是一對矛盾關系。在綜合了FIR、IIR、平均值濾波、中值濾波等算法的特點后，使用FPGA模塊的相關濾波模塊設計了一套有效的濾波算法，能夠進行準確的深度測量。

　　試驗情況

　　在已經進行的地面循環試驗、井下循環試驗和實鉆試驗中，隨鉆嵌入式處理單元累計工作幾百小時，成功驗證了其可靠性和實時性。達到的性能指標主要有：

　　1、傳輸率：達到了3.0bps，為目前國內的同類技術的最高水平;

　　2、誤碼率：在試驗過程中，解碼的誤碼率在1%以下;

　　3、可靠性：在試驗工作過程中，隨鉆嵌入式處理單元工作穩定，算法運行正常，沒有出現系統崩潰的現象。

　　總結

　　經過試驗驗證，基于CompactRIO開發的隨鉆嵌入式處理單元已經初步達到了實用化的水平。

　　在整個處理單元開發過程中，快捷方便的LabVIEW圖形化編程工具極大的解放了開發人員的精力，可以更專注于泥漿脈沖波形濾波解碼算法和深度測量算法的開發。同時，CompactRIO堅固的結構和極高的可靠性也給人留下了深刻的印象。