定位水听器的方法技术

一种在地震排列范围内利用带有多个测点的航测网络，计算气枪和水听器位置的方法。该网络提供多个航测观测值。多个观测值包括用来导出水听器位置的磁方位。该方法包括步骤：ａ）从网络得到一组观测值，每个观测值通过使用其原点系统独立于航测基准点运动的航测装置得到；及ｂ）形成一个设计矩阵，其中根据公共（Ⅰ）模拟磁方位： ａ－［ｔａｎ↑［－１］（＊［ｋｃ↓［ｋ］ｌ↑［ｋ－１］］＋π／２］－ｍａｇｄｅｃｌ－ｇｒｉｄｃｏｎｖ＝Ｂ＋ｖ↓［Ｂ］ （Ⅰ）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋地震勘探，更具体地说，涉及一种在海洋地球物理勘探时计算声源和接收器在地震排列范围内的位置和特性测量的方法。在海洋地震航测中，基本配置一般包含一个或多个以近似直线航行的、同时拖带多个由子阵列组成的拖缆和声源(也称为“气枪”)的船舶。每个拖缆的长度一般高达6公里长。拖缆带有多个声接收器(也称为“水听器”)，一般每公里10至100个。拖缆刚好被拖带在水面下。在地震勘探的过程中，船舶沿预定航线通过，故意选择方位和速度以覆盖设想的地质基层。在指定距离或时间间隔处，一般分别为20至25米和8至10秒，触发气枪，导致穿过水和透入地球地层的地震波。由地层反射和或折射的地震波的到达时间，通过位于拖缆上的水听器传感器测量。勘探问题是分别在发射和接收的的瞬时导出气枪和水听器的位置，以便在勘探区域内确定地下的地质特征。为了确定气枪和水听器的位置，地球物理工业已经使用了大量航测装置的网络，航测装置置于地震排列范围内的已知位置处。这导致具有几百个观测点的复杂网络。在先有技术中已经使用了各种技术，如最小平方估计和扩展顺序卡尔曼滤波器，以实时处理观测。一种解决位置问题的方法是，或多或少独立地处理每个时间历元和测量系统。例如，使用激光和声学测量来把船舶的位置传送到浮体，而前端声学使浮体与气枪和拖缆的前端有关。罗盘然后确定拖缆的形状。后端声学和尾浮标定位用来提供拖缆定向和伸展的一些控制。一般地，该过程包含罗盘的一些种类的曲线拟合运算和几种独立的最小平方网络调节，经各种数据类型迭代几次，以便在某些一般意义上最好地拟合所有的观测值。这种方法有几个缺点。第一个缺点是这种方法是高度“配置依赖的”。网络配置或测量的较小变化可能引起处理软件的巨大变化。第二个缺点是这种方法缺少分析和量化整个过程中误差传播的能力。几乎不可能描述最终导出的位置的精度和可靠度。第三个缺点是这种方法独立地处理每个时间历元，抛弃了系统运动的先前知识。这导致导出坐标的较不准确解。第二种解决位置问题的方法是“顺序扩展卡尔曼滤波器”技术。这种方法允许按接收的顺序混合来自各装置的不同观测，并且在航测系统内提供气枪和水听器位置的最好估计。因为它能确定和利用系统的运动，所以卡尔曼滤波能够利用不完全定义网络系统的观测。这种方法有几个缺点。第一，在卡尔曼滤波器中不能顺序处理相关的观测，如磁罗盘方位。第二，卡尔曼滤波器的效率与在每个新时间历元处添加的观测数量有很大关系。第三，大多数使用卡尔曼技术的先有方法没有直接求出气枪和水听器位置。而是，计算诸如声学节点之类装置的、索缆罗盘的、和诸如浮标之类表面基准的位置。这些位置然后与来自滤波器的校正观测一起使用，以通过内插导出地震排列范围内的感兴趣位置。这些技术由于其效率与在每个新时间历元处添加的测量数量有关，所以计算效率不高。而且，先有技术的一些技术进行诸如磁方位之类的不相关观测，然后把这些观测值用于求解。然后把不相关的观测值用来得到地震排列范围内的测点坐标的最好估计。然后把最好估计用来确定气枪和水听器的位置。因为罗盘和其他测量装置没有与水听器一起共同定位，所以在任何方法中都必须有描述拖缆形状的数学模型。况且，因为在水下环境中有多个水动力作用在索缆上，所以索缆形状可能显著偏离名义直线。为了估计这种扭曲的形状，先有技术已经使用了几种不同的方法。一种这样的先有技术的方法是使用作用在索缆上的水动力的物理模型。已知由船舶拖拉造成的张力、和由穿过水的索缆的阻力造成的拉力确定索缆的三维形状。船舶速度的任何变化、和海浪的任何波动、或由船舶、风力载荷或水流产生的波动，都分别意味着拖拉张力和拉力的变化。这样一种模型仅能当作用在索缆上的外部力以适当准确度已知时采用。即使外部力的量是已知的，几个拖缆的系统也导致数学模型太复杂，并且不能灵活地建立和实现用来确定气枪和水听器位置的有用算法。另一种估计由船拖拉时的拖缆索缆的扭曲形状的方法是，使用三次样条数学函数。三次样条给出连续的和连续可微分的曲线。尽管三次样条能够逼近数据，但它有一个严重缺点，其系数随索缆的长度而变，并因此不能用单个方程表示。况且，三次样条对罗盘误差非常敏感，导致有完全不实际曲线的可能性。最后，另外一种可选择的方法是使用去相关技术，由此把磁罗盘分解成切向弦方位角和距离，并且在并入网络解法之前，估计其适当的误差传播。尽管就导出有关的误差传播参数而论该方法证明更是实际，但使用磁罗盘测量值的导数去取代实际测量的罗盘观测值。对得到气枪和水听器的最好估计坐标的改进方法的需要是存在的。一种在地震排列范围内计算气枪和水听器位置的方法利用带有多个测点的航测网络。该网络提供多个航行观测值。多个观测包括用来导出水听器位置的磁方位。该方法包括步骤a．从网络得到一组观测值，每个观测值通过使用其原点系统独立于航测基准点运动的航测装置得到；及b．形成一个其中根据如下公式模拟磁方位的设计矩阵α-[tan-1(Σk=2n[kcklk-1]+π2]-magdecl-gridconv=B+vB.]]>在本专利技术的一个另外的实施例中，用加权虚观测值步骤代替忽略步骤。在本专利技术的另一个特征中，一种改进的数学解法处理在一个统一系统中的不同类型观测，包括诸如磁罗盘之类的相关观测。在本专利技术的另一个特征中，提供了一种不需要大矩阵求逆的高效计算方法。在本专利技术的另一个特征中，直接计算在地震排列范围内的任何感兴趣点，包括气枪和水听器位置，而不使用在初始计算后的任何内插方案。在本专利技术的另一个特征中，一个贝叶斯滤波器处理步骤增大本专利技术的计算效率，并且不依赖于无关的观测。附图说明图1描绘用于所用拖缆模拟的第一参考系。图2描绘来自各种多项式拖缆模型的试验结果。图3描绘一个局部地形坐标系。图4示意描绘贝叶斯滤波器算法的状态向量。图5是流程图，表示本专利技术的方法步骤。图6描述用于ⅰ观测的设计矩阵。图1描述所用拖缆罗盘模拟的参考系。本专利技术使用一个产生一条曲线的“n阶”多项式，该曲线描述完整的拖缆形状，该多项式仅使用一组系数，并且进一步形成在索缆的每个点处连续可微分的连续曲线。多项式观测公式按如下给出Bi=a0+a1l1+a2li2…+anli2(1)其中Bi是第ⅰ个罗盘观测；li是第ⅰ个罗盘与其基准点的偏移；a0,a1,…an是多项式系数；n是多项式的阶数。使用最小平方法求解这个方程系给出多项式系数的值。参照图1，我们有θ(rad)=atan(dv/du)≌atan(dv/dl) (2)该公式对于(-10,10)中的任何θ成为θ(rad)≌tanθ=dv/du≌dv/dl(3)而且对于Bi＞B:Bi=B+θ=B+(dv/dl)Bi＜B:Bi=B-θ=B+(-dv/dl)(4)其中θ表示平均方位的偏差；下标rad表示测量单位；dv和dl分别表示在u和v轴的增量罗盘偏移。替代、积分、和重新布置以上数学公式导致v=c0l+c1l2+………+cnl(n+1)(5)其中ck=ak/(k+1)，对于k=0至n索缆任何感兴趣点的的最终X,Y位置坐标用下式估计X=cos(α)l+sin(α)v (6a)Y=sin(α)l-cos本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在地震排列范围内利用带有多个测点的航测网络，计算气枪和水听器位置的方法，该网络提供多个航测观测值，多个观测值包括用来导出水听器位置的磁方位，该方法包括步骤：ｃ．从网络得到一组观测值，每个观测值通过使用其原点系统独立于航测基准点运动的 航测装置得到；及ｄ．形成其中根据如下公式模拟磁方位的设计矩阵：α－［ｔａｎ↑［－１］（＊［ｋｃ↓［ｋ］ｌ↑［ｋ－１］］＋π／２］－ｍａｇｄｅｃｌ－ｇｒｉｄｃｏｎｖ＝Ｂ＋ν↓［Ｂ］。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：瓦西里斯尼古拉斯吉卡斯，保罗安托尼克罗斯，阿夏玛阿夸默，
申请(专利权)人：IO探测产品美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]