本发明专利技术提出了一种估计发送器节点(A)和接收器节点(B)之间的节点间距离的方法，该发送器节点和接收器节点归属于包括沿拖曳的声学线天线(20a-20e)布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点传送到接收器节点。该方法包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的步骤，所述声速剖面取决于深度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的领域是地球物理数据的采集。本专利技术处理用于研究海床和其沉积层属性所需的设备。更具体地说，本专利技术关于一种用于估计沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络中的节点间距离的技术。本专利技术尤其可应用于使用地震方法的石油勘探工程(海洋石油勘探)，但是本专利技术对于需要在海洋环境中执行地球物理数据采集系统的任何其他领域也是所关注的。
技术介绍
更特别地在下文中，将试图描述存在于石油勘探工程的地震数据采集领域中的问题。当然，本专利技术不限于这介特定的应用领域，而是其对于任何需要解决密切相关或相似争端和问题的技术都是所关注的。在现场采集地震数据的操作传统上使用传感器网络(就在海洋环境中采集数据而言，以下指定为“水听器”)。水听器沿着电缆布置，以便形成声学线天线，通常称为“拖缆”或“地震拖缆”。如图1所示,地震拖缆20a到20e的网络由地震勘探船21拖曳。水听器在图2中用16标记，图2详细描述了图1中用C标记的模块(即，标记为20a的拖缆的一部分)。地震方法基于对反射地震波的分析。因此，为了在海洋环境中收集地球物理数据，激活一个或多个水下震源，以传播全向地震波列。由震源产生的压力波穿过水柱并且声穿透海床的不同层。之后，由沿地震拖缆长度布置的水听器来检测部分反射地震波(即，声信号)。处理这些声信号，并且采用遥测技术将这些声信号从地震拖缆重新发送到位于地震勘深船的操作员站，在此执行原始数据的处理。在这方面一个众所周知的问题是地震拖缆的定位。确实，精确定位拖缆是重要的，尤其是对于: 监测(沿地震拖缆布置的)水听器的位置，以便在勘探区获得海床图像的令人满意的精度； 检测拖缆之间的相对运动(拖缆经常受到幅值可变的各种外部自然约束，例如风、波浪、潮流)；以及 监测拖缆的导航，尤其是绕过障碍物(例如油驳)的情况下。实际上，目的是在关心的区域，以最少数量的船航道来进行海床的分析。出于这样的目的，在声学网络中应用的拖缆数量大幅增加。因此，前面提到的拖缆定位问题尤其明显，特别是考虑到拖缆的长度，例如其可在6到15千米之间变化。拖缆位置的控制在于导航控制 装置的实现，该导航控制装置通常被称作“探测器(bird)”(图1中用10标记的白色方块)。它们沿着地震拖缆以固定的间隔(例如每300米)安装。这些探测器的功能是在拖缆之间引导它们。也就是说，探测器用于控制拖缆的深度以及侧位。出于这样的目的，以及由图2所示，每个探测器10包括主体11，该主体装配有电动旋翼12(或更普遍的机械运动装置)，以使得横向调整它们拖缆之间的位置(这称为水平驱动)以及驱动拖缆浸入水中(这称为垂直驱动)成为可能。声节点沿着拖缆分布，以执行地震拖缆的定位(允许由探测器精确水平驱动拖缆)。在图1和2中，这些声学点用阴影线的方块表示，标记为14。如图1所示，网络的一些声节点14与探测器10相关联(图2的情况)，而其他节点没有与探测器相关联。声节点14使用水下声学通信装置，此后称为电声换能器，能够估计声节点之间的距离(此后命名为“节点间距离”)。更具体地说，这些换能器为声信号的发送器和接收器，其可用于根据这两个节点之间测量的声信号传播持续时间(即，声信号从发送器节点到接收器节点的行程时间)，来估计分隔位于两个不同拖缆(其可相邻或不相邻)的两个声节点(分别作为发送器节点和接收器节点)的节点间距离。由声学网络，这从而形成允许获知所有拖缆的精确水平定位的节点间距离网格。可以理解，这里的换能器意味着要么是单一的电声装置，由声信号的收发器(发射器/接收器)构成，要么是发送装置(例如，声波发射器)和接收装置(例如，质点压力传感器(水听器)或质点运动传感器(加速度计，地震检波器……))的结合。通常，每个声节点包括电声换能器，使得其能够交替地作为发送器节点和接收器节点(分别用于传送和接收声信号)。在一替代实施例中，第一组节点仅作为发送器节点，第二组节点仅作为接收器节点。第三组节点(每个交替作为发送器节点和接收器节点)还可与第一和第二组节点结合使用。在两个节点A和B之间的节点间距离(Iab通常可基于下述公式来估计=c.tAB，其中: 节点A作为发送器节点，其发射声信号S到作为接收器节点的节点B (见图1中示例，在节点标记A和B之间，声信号S以箭头示出)；.tAB，为从发送器节点A传送到接收器节点B (假设接收器节点和发送器节点是同步的)的声信号在发射时刻和接收时刻之间所消耗的传播持续时间(行程时间)；以及.C，为声信号的“测量的”或“估计的”声速(sound speed)(也可称作声速度(sound velocity))值。可进行节点间距离的计算，要么通过导航系统(用来定位水听器组)，要么通过节点管理系统(用来将有用信息提供给探测器用于水平驱动)，要么通过声节点自身(其配备了用于该计算的电子设备的情况下)。通过位于拖缆内的有线通信总线，由节点管理系统进一步同步声节点。在用于估计节点间距离的已知方法中，使用的声速c在垂直平面中应当是恒定的。然而，事实上并非如此。海洋中声速广泛取决于温度、压力和水的盐度(尤其地)，并且因此几乎总是取决于考虑的深度(Z);在这种情况下，我们谈论的是声速剖面(SSP) c (Z)。执行地震勘探区域中，声速剖面的形状可以改变声音的声路径。该声音将不会按照直线(如在上述节点间距离估计方法中所认为的)，而是由于折射现象(根据斯涅尔笛卡儿定律)按照弯曲射线路径。实际上，在非均匀介质中，由于声速的变化并且更精确地是由于其梯度的变化，声线可被弯曲(折射)。声音的波前朝向声速较低的层折射，如果声速变化快，该折射可更加显著。图3-5示出了信道中声谏梯度的影响。对于这些图中的每一幅，左边的部分表示声速剖面，右边的部分表示相应的射线路径，其通过用于10°孔径发射以及300m-距离的射线路径跟踪方法获得。这些附图能够比较由在两个介质中的声音跟随的射线路径。正如这些附图左边部分所示，第一介质(附图5)为具有恒定声速的50m深水柱，并且第二介质(图3和4)是由50m深水柱以及具有恒定梯度的25m深最小声速构成的介质。正如这些附图右边部分所示，震源(发送器节点)的深度在图3和5中是25m，在图4中是30m。声音在第一种情况下将沿着直线路径(图5)，并且在第二种情况下根据深度将沿着强烈弯曲的路径(图3和4)。当路径弯曲时，沿着路径的距离将比在直线情况下更重要。因此，采用先前方法(假设恒定的声速剖面)获得的节点间距离将会被高估，这是缺乏定位精度或定位结果中有偏差的代名词(拖缆的定位是基于通过多对声节点获得的节点间距离)。如在前面段落中描述的，已知方法中使用的用来估计节点间距离的声速值，在垂直平面中应当是恒定的，这通常是一个错误的假设。而且，取决于位置和天气状况(海洋状况、太阳的影响、潮流等……)，环境状况(温度、压力或水的盐度)会快速变化。声速剖面的形状因此可意味着使射线路径弯曲的折射现象。用于估计节点间距离的经典公式(dAB =c.将不再有效，并且行程时间将是在曲线上(即，弧长Lab)而不是在直线上的行程时间。假设声速恒定，该声速值的误差将意味着在两个靠近节点估计距离上的小误差。例如，对于节点间距离dAB = 300m,0.5ms-l的误差(声速计的经典值)相当于在节点间距离上的IOcm的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种估计发送器节点(A)和接收器节点(B)之间的节点间距离的方法，该发送器节点和接收器节点归属于包括沿拖曳的声学线天线(20a?20e)布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点传送到接收器节点，其特征在于：该方法包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的步骤(83?87；93?94；103?104)，所述声速剖面取决于深度。
【技术特征摘要】
2011.12.19 EP 11306697.11.一种估计发送器节点(A)和接收器节点(B)之间的节点间距离的方法，该发送器节点和接收器节点归属于包括沿拖曳的声学线天线(20a_20e)布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点传送到接收器节点，其特征在于:该方法包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的步骤(83-87 ；93-94 ; 103-104)，所述声速剖面取决于深度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计节点间距离的步骤包括以下步骤: -获得(83，84)声信号从发送器节点到接收器节点的行程时间、发送器节点和接收器节点的浸入深度、发送器节点浸入深度处的声速以及声速剖面的所述估计； -根据行程时间和在发送器节点浸入深度处的声速，确定(84)节点间的近似距离(Dab)，其对应于在发送器节点和接收器节点之间的直线路径； -使用声音传播模型，并获知发送器节点和接收器节点的浸入深度、节点间的近似距离以及声速剖面的估计，来估计(84)发送器节点和接收器节点之间的声传播，所述估计声传播的步骤提供了在发送器节点和接收器节点之间的弧形路径的弧长(Lab);以及 -确定(86-87)节点间距离的估计(D’ 其为节点间的所述近似距离与由所述弧长和节点间的所述近似距离之差定义的距离估计误差之间的差。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用至少一个属于下述组中的方法实施获得声速剖面估计的步骤，该组包括: -访问至少一个声速剖面数据库的方法:以及 -使用测量设备和/或声 学方法，进行直接测量的方法。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用间接测量的方法来实施获得声速剖面估计的步骤，使用反演过程(111-114)，其从至少一个失真声信号中提取声速剖面的估计，该失真声信号由声信号通过所述水下声信道在一对节点之间的传送造成。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反演过程从失真声信号中提取声速剖面的估计，该失真声信号由所述声信号通过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用空间分集，使用至少两个不同节点对，和/或利用时间分集，使用在至少两个不同时刻处的相同节点对，执行所述反演过程的至少两次迭代，每一次迭代都提供声速剖面的中间估计，并且其特征在于获得声速剖面的估计的步骤包括组合声速剖面的中间估计以获得声速剖面最...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·拉赫，S·瓦勒兹，
申请(专利权)人：瑟塞尔公司，
类型：发明
国别省市：
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