RU2797156C2 - Method for acoustic localization of transponder network nodes for determining the position of a flexible extended towed antenna - Google Patents
Method for acoustic localization of transponder network nodes for determining the position of a flexible extended towed antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797156C2 RU2797156C2 RU2021128688A RU2021128688A RU2797156C2 RU 2797156 C2 RU2797156 C2 RU 2797156C2 RU 2021128688 A RU2021128688 A RU 2021128688A RU 2021128688 A RU2021128688 A RU 2021128688A RU 2797156 C2 RU2797156 C2 RU 2797156C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transponders
- signals
- network
- streamers
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области морской сейсморазведки, к способам определения пространственного положения и формы сейсмокос, буксируемых сейсморазведочными судами, с помощью сети гидроакустических приемопередающих устройств (транспондеров), установленных на сейсмокосах, буксирующем судне, концевых буях, пневмопушках, параванах. В более общем виде, изобретение может быть использовано для определения местоположения узлов плотной акустической сети приемопередающих устройств по временным задержкам излучаемых и принимаемых ими сигналов в ограниченном временном интервале.The invention relates to the field of marine seismic exploration, to methods for determining the spatial position and shape of seismic streamers towed by seismic survey vessels using a network of hydroacoustic transceiver devices (transponders) installed on seismic streamers, a towing vessel, end buoys, air guns, paravanes. In a more general form, the invention can be used to determine the location of the nodes of a dense acoustic network of transceiver devices by the time delays of the signals emitted and received by them in a limited time interval.
Одним из основных методов морской сейсморазведки на акваториях является использование судов, буксирующих сейсмические источники (обычно пневмопушки) и сейсмокосы, представляющие собой гибкие кабели, на которых установлены группы гидрофонов. В процессе буксировки сейсмические источники излучают сейсмо-акустические сигналы, которые проходя через толщу воды и далее в дно, отражается от границ раздела и неоднородностей геологической среды и эти отражения регистрируются гидрофонами сейсмокос. Зарегистрированные гидрофонами в сейсмокосах отраженные сигналы являются исходными данными для решения обратной задачи по определению положения границ раздела геологической среды и ее акустических свойств.One of the main methods of marine seismic exploration in water areas is the use of ships towing seismic sources (usually air guns) and seismic streamers, which are flexible cables on which groups of hydrophones are installed. In the process of towing, seismic sources emit seismo-acoustic signals, which, passing through the water column and further into the bottom, are reflected from the interfaces and inhomogeneities of the geological environment, and these reflections are recorded by streamer hydrophones. Reflected signals recorded by hydrophones in seismic streamers are the initial data for solving the inverse problem of determining the position of the interface between the geological medium and its acoustic properties.
Для решения обратной задачи по восстановлению границ раздела и акустических свойств неоднородной геологической среды, необходимо знать пространственное положение источников и приемников сигнала. При этом следует учитывать, что сейсмокосы буксируются параллельно, как правило, рядами до 12 штук на расстоянии порядка сотни метров друг от друга на глубинах 8-10 метров, а их длина при этом может достигать 10-15 км. При буксировке системы сейсмокос на таких пространственных масштабах форма сейсмокос и взаимное расположение гидрофонов между сейсмокосами может существенно меняться, что не позволяет непосредственно рассматривать совокупность гидрофонов в сейсмокосах в качестве системы наблюдений, даже в случае, когда известно положение начала и конца каждой сейсмокосы, измеренное, например, с помощью систем GPS приемников или лазерных дальномеров, установленных на буях в начале и конце каждой сейсмокосы. Решение задачи пространственного позиционирования сейсмокос, которое позволяет определить пространственное положение гидрофонов в косах, может быть получено с требуемой точностью при измерении тем или иным способом положений датчиков, устанавливаемых с определенной периодичностью вдоль сейсмокос. Ранее предложенные способы решения этой задачи описаны в патентах [1-8]. Наибольшее распространение получил акустический способ измерения дистанций между сетью гидроакустических приемо-передатчиков (транспондеров), устанавливаемых вдоль сейсмокос.To solve the inverse problem of restoring interfaces and acoustic properties of an inhomogeneous geological environment, it is necessary to know the spatial position of signal sources and receivers. It should be taken into account that seismic streamers are towed in parallel, as a rule, in rows of up to 12 pieces at a distance of about a hundred meters from each other at depths of 8-10 meters, and their length can reach 10-15 km. When a system of streamers is towed on such spatial scales, the shape of the streamers and the mutual arrangement of hydrophones between the streamers can change significantly, which does not allow one to directly consider the set of hydrophones in the streamers as an observation system, even in the case when the position of the beginning and end of each streamer is known, measured, for example , using GPS receiver systems or laser rangefinders installed on buoys at the beginning and end of each seismic streamer. The solution to the problem of spatial positioning of streamers, which allows determining the spatial position of hydrophones in the streamers, can be obtained with the required accuracy by measuring, in one way or another, the positions of sensors installed at regular intervals along the streamers. Previously proposed methods for solving this problem are described in patents [1-8]. The acoustic method for measuring distances between a network of hydroacoustic transceivers (transponders) installed along the seismic streamers has become the most widely used.
Известна система позиционирования [1], включающая в себя, по меньшей мере, два надводных модуля, перемещающихся с буксирующим судном по поверхности воды. Каждый надводный модуль имеет приемник GPS, который принимает радиочастотные сигналы GPS и определяет его местоположение. Акустический передатчик в каждом надводном модуле передает акустический сигнал, представляющий положение надводного модуля. Множество акустических приемников расположено под водой вдоль одного или нескольких кабелей, буксируемых за судном. Каждый кабель проходит от головного конца, ближайшего к судну, до противоположного хвостового конца. Каждый модуль акустического приемника включает в себя акустический приемник, который принимает акустические сигналы, передаваемые надводными модулями, и определяет свое положение на основе этих акустических сигналов.Known positioning system [1], which includes at least two surface modules moving with a towing vessel on the surface of the water. Each surface unit has a GPS receiver that receives GPS RF signals and determines its location. An acoustic transmitter in each surface module transmits an acoustic signal representing the position of the surface module. A plurality of acoustic receivers are located underwater along one or more cables towed behind the vessel. Each cable runs from the head end closest to the vessel to the opposite tail end. Each acoustic receiver module includes an acoustic receiver that receives acoustic signals transmitted by surface modules and determines its position based on these acoustic signals.
В этом патенте не раскрыт способ акустического измерения расстояния при наличии большого числа приемо-передатчиков, работающих одновременно, а также не указан способ расчета положения узлов акустической сети по данным GPS и измеренным акустическим способом расстояний.This patent does not disclose a method for acoustic distance measurement in the presence of a large number of transceivers operating simultaneously, and also does not indicate a method for calculating the position of acoustic network nodes from GPS data and acoustically measured distances.
Детали акустического измерения расстояния между акустическими приемопередатчиками раскрыты в патенте [2], в котором описано устройство для передачи и приема коротких гидроакустических импульсов и способ определения времени прихода принятых гидроакустических импульсов с целью измерения расстояния между парами таких устройств.Details of acoustic distance measurement between acoustic transceivers are disclosed in the patent [2], which describes a device for transmitting and receiving short hydroacoustic pulses and a method for determining the arrival time of received hydroacoustic pulses in order to measure the distance between pairs of such devices.
Устройство для акустического измерения расстояний представляет собой гидроакустический приемо-передатчик (транспондер) оснащенный антенной пьезокерамическим шарообразным электрогидроакустическим преобразователем, контроллером, АЦП и другими электронными компонентами, осуществляющими формирование, передачу, прием и детектирование гидроакустических импульсов с заданной несущей и формой огибающей.The device for acoustic distance measurement is a hydroacoustic transceiver (transponder) equipped with an antenna piezoceramic spherical electrohydroacoustic transducer, controller, ADC and other electronic components that generate, transmit, receive and detect hydroacoustic pulses with a given carrier and envelope shape.
В режиме передачи устройство формирует электрический сигнал заданной несущей частоты и формы огибающей, и, с помощью антенны осуществляет преобразование этого сигнала в акустический импульс, распространяющийся в водной среде.In the transmission mode, the device generates an electrical signal of a given carrier frequency and envelope shape, and, using an antenna, converts this signal into an acoustic pulse propagating in the aquatic environment.
Антенна приемопередатчика (пьезокерамический шарообразный электрогидроакустический преобразователь) позволяет эффективно излучать и принимать сигналы в диапазоне от 50 до 100 кГц. Программы контроллера, а также входные и выходные фильтры настроены на излучение и прием сигналов с несущими частотами 55, 65, 75, 85, 95 кГц, соответствующими частотным каналам, и плавной огибающей, формируемой по итерационному алгоритму Парка-Макклеллана.The transceiver antenna (piezoceramic spherical electrohydroacoustic transducer) allows you to effectively emit and receive signals in the range from 50 to 100 kHz. Controller programs, as well as input and output filters, are tuned to emit and receive signals with carrier frequencies of 55, 65, 75, 85, 95 kHz, corresponding to frequency channels, and a smooth envelope generated by the Park-McClellan iterative algorithm.
Детектирование принятых сигналов осуществляется с помощью синфазной и квадратурной корреляции с образцами сигнала, формируемыми по заданным параметрам обрабатывающим контроллером.Detection of the received signals is carried out using in-phase and quadrature correlation with signal samples generated according to the specified parameters by the processing controller.
Параллельно на устройстве осуществляется детектирование 5 частотных каналов. Время прихода сигнала определяется по максимуму дискретной корреляционной функции, если величина этого максимума превосходит заданный порог.In parallel, the device detects 5 frequency channels. The signal arrival time is determined by the maximum of the discrete correlation function, if the value of this maximum exceeds the specified threshold.
Дополнительно, для каждого измеряемого расстояния устанавливается временное окно, в течение которого происходит детектирование измеряющего сигнала.Additionally, for each measured distance, a time window is set during which the measuring signal is detected.
Как варианты использования предлагается также работа приемопередатчиков в режиме маяка-ответчика. Для определения глубины приемопередатчики снабжаются датчиками давления, показания которых по каналам связи передаются на борт буксирующего судна вместе с измеренными дистанциями.As options for use, the operation of transceivers in the beacon-responder mode is also proposed. To determine the depth, the transceivers are equipped with pressure sensors, the readings of which are transmitted via communication channels to the towing vessel along with the measured distances.
Существенным недостатком предложенного способа является ограниченное число расстояний, которые можно измерять в течение короткого промежутка времени. Поскольку имеется всего лишь пять частотных каналов, по необходимости приходится распределить измерения во времени так, чтобы было возможно различать расстояния, для измерения которых используются сигналы с одинаковой несущей частотой. При этом для каждого измеряемого расстояния приходится устанавливать временные окна, в течение которых происходит детектирование измеряющего сигнала. Это обстоятельство накладывает серьезные ограничения на работу системы при изменении ее пространственной конфигурации. При наличии всего пяти частотных каналов для большого числа транспондеров и близкой к регулярной сети их расстановки, обусловленной конструкцией и регулярным расположением сейсмокос при сейсморазведке, существует проблема наложения временных окон для транспондеров, излучающих сигналы с одинаковыми несущими частотами. Кроме того, небольшое число расстояний, которое можно измерить таким способом для каждого узла сети транспондеров, оказывается на практике еще меньше из-за возможного "замирания" сигнала из-за его деструктивной интерференции с отраженным от поверхности воды сигналом. Этот эффект может в какие-то моменты времени приводить к недостатку измеренных расстояний между элементами сети транспондеров, необходимых для решения задачи об их взаимном расположении в сети.A significant disadvantage of the proposed method is the limited number of distances that can be measured within a short period of time. Since there are only five frequency channels, it is necessary to distribute the measurements in time so that it is possible to distinguish between distances measured using signals with the same carrier frequency. In this case, for each measured distance, it is necessary to set time windows during which the measuring signal is detected. This circumstance imposes serious restrictions on the operation of the system when its spatial configuration changes. In the presence of only five frequency channels for a large number of transponders and their arrangement close to a regular network, due to the design and regular location of seismic streamers during seismic exploration, there is a problem of overlapping time windows for transponders emitting signals with the same carrier frequencies. In addition, the small number of distances that can be measured in this way for each node of the transponder network turns out to be even smaller in practice due to the possible "fading" of the signal due to its destructive interference with the signal reflected from the water surface. This effect can at some time lead to a lack of measured distances between elements of the transponder network, which are necessary to solve the problem of their relative position in the network.
На преодоление последнего замечания направлен способ, описанный в патенте [3]. В нем, в дополнение к способу, описанному в патенте [2], в случае, если не удается зарегистрировать прямой сигнал, предпринимается попытка зарегистрировать сигнал, отраженный от дна, что в условиях заранее известной глубины позволяет определить (рассчитать) необходимое расстояние между узлами сети. Данный способ позволяет увеличить число независимо определяемых расстояний между транспондерами сети, поскольку временные окна, в которых детектируются сигналы, отраженные от дна, могут существенно отличаться от временных окон прямых сигналов.The method described in the patent [3] is aimed at overcoming the last remark. In it, in addition to the method described in the patent [2], if it is not possible to register a direct signal, an attempt is made to register a signal reflected from the bottom, which, under conditions of a predetermined depth, makes it possible to determine (calculate) the required distance between network nodes . This method makes it possible to increase the number of independently determined distances between network transponders, since the time windows in which signals reflected from the bottom are detected can differ significantly from the time windows of direct signals.
Недостатком такого подхода является то, что он не снимает проблемы корректного детектирования сигналов при большом числе одновременно работающих транспондеров, поскольку при ограниченном числе несущих частот временные окна для прямых сигналов, соответствующих большим расстояниям, могут накладываться на временные окна отраженных от дна сигналов, соответствующих меньшим расстояниям. В силу переменности глубины моря в месте проведения сейсмических работ избежать такой накладки временных окон прямых и отраженных от дна сигналов принципиально невозможно. Кроме того, из-за вариаций коэффициента отражения звука от дна становится проблемным определение порога отсечки для отраженных от дна сигналов. Также следует заметить, что первичное детектирование сигналов происходит непосредственно в транспондерах, а информацию о переменной глубине дна нужно постоянно передавать в транспондер по внешнему каналу связи с борта судна, что может вызывать дополнительные затруднения.The disadvantage of this approach is that it does not solve the problem of correct detection of signals with a large number of simultaneously operating transponders, since with a limited number of carrier frequencies, the time windows for direct signals corresponding to large distances can overlap with the time windows of signals reflected from the bottom, corresponding to smaller distances. . Due to the variability of the sea depth at the place of seismic work, it is fundamentally impossible to avoid such an overlay of time windows of direct and reflected signals from the bottom. In addition, due to variations in the bottom reflection coefficient, it becomes problematic to determine the cutoff threshold for bottom-reflected signals. It should also be noted that the primary detection of signals occurs directly in the transponders, and information about the variable bottom depth must be constantly transmitted to the transponder via an external communication channel from the vessel, which can cause additional difficulties.
Известен способ [4] увеличения одновременно измеряемых расстояний между приемопередатчиками, за счет того, что контроллер или процессор встроенного компьютера каждого приемопередатчика конфигурируется для измерения расстояний до заранее определенной группы приемопередатчиков. При этом расстояние до каждого передатчика из этой группы измеряется в своем, в заранее известном, диапазоне. При этом сигналы за пределами временного окна, соответствующего заданному диапазону расстояний не используются. В каждой группе передатчики сконфигурированы для генерации акустических сигналов по разным частотным каналам. При этом частотные каналы приемопередатчиков выбираются таким образом, чтобы в одно и то же временное окно приемника не приходили сигналы с одной и той же несущей частотой от различных передатчиков, то есть передатчики использующие один и тот же частотный канал должны быть расположены на существенно различных расстояниях от регистрирующих их сигналы приемников.There is a known method [4] of increasing simultaneously measured distances between transceivers, due to the fact that the controller or processor of the built-in computer of each transceiver is configured to measure distances to a predetermined group of transceivers. In this case, the distance to each transmitter from this group is measured in its own, in advance known, range. In this case, signals outside the time window corresponding to the specified distance range are not used. In each group, the transmitters are configured to generate acoustic signals on different frequency channels. In this case, the frequency channels of the transceivers are selected in such a way that signals with the same carrier frequency from different transmitters do not arrive in the same time window of the receiver, that is, transmitters using the same frequency channel must be located at significantly different distances from receivers registering their signals.
Группа приемопередатчиков, до которых производится измерение расстояния заданным приемопередатчиком определяется с учетом расстояния слышимости, то есть максимального расстояния на котором возможен уверенный прием гидроакустического импульса от приемопередатчика группы.The group of transceivers to which the distance is measured by a given transceiver is determined taking into account the audibility distance, that is, the maximum distance at which a hydroacoustic pulse can be reliably received from the transceiver of the group.
При этом часть расстояний между приемопередатчиками может быть определена по длине кабеля между устройствами на одной косе, и по расстоянию между косами (фиксированному параванами) для соседних устройств на разных косах.In this case, part of the distances between the transceivers can be determined by the length of the cable between devices on the same streamer, and by the distance between the streamers (fixed by paravanes) for neighboring devices on different streamers.
Ключевым моментом, по мнению автора патента [4], является то, что в рамках такой системы излучение сигналов происходит в одно и то же время, все расстояния измеряются за один цикл, а время самого измерения определяется максимальным измеряемым расстоянием.The key point, according to the author of the patent [4], is that within such a system, signals are emitted at the same time, all distances are measured in one cycle, and the time of the measurement itself is determined by the maximum measured distance.
К недостатку предложенного способа можно отнести жесткое фиксирование достаточно узких временных окон, которое с одной стороны хотя и позволяет использовать одинаковые сигналы для измерения существенно различных расстояний в одном цикле измерения, так как эти сигналы приходят в разное время, но с другой стороны изменение заранее установленной конфигурации, например во время поворота, сноса подводным течением и др. приводит к невозможности зарегистрировать сигналы в этих окнах, а следовательно измерить расстояния вообще. Таким образом, предложенная система позиционирования может работать только в условиях близких к заданной конфигурации. Ситуация усугубляется при наличии отраженных от дна сигналов. Кроме того, как и в замечании к патенту [2] при наличии небольшого числа частотных каналов для большого числа транспондеров и близкой к регулярной сети их расстановки, обусловленной конструкцией и регулярным расположением сейсмокос при сейсморазведке, остается проблема наложения временных окон для транспондеров, излучающих сигналы с одинаковыми несущими частотами.The disadvantage of the proposed method is the rigid fixation of fairly narrow time windows, which, on the one hand, although it allows using the same signals to measure significantly different distances in one measurement cycle, since these signals arrive at different times, but on the other hand, changing the pre-set configuration , for example, during a turn, drift by an undercurrent, etc., leads to the impossibility of registering signals in these windows, and therefore measuring distances in general. Thus, the proposed positioning system can only work in conditions close to the desired configuration. The situation is aggravated in the presence of signals reflected from the bottom. In addition, as in the note to the patent [2], in the presence of a small number of frequency channels for a large number of transponders and a close to regular network of their arrangement, due to the design and regular location of streamers during seismic exploration, there remains the problem of overlapping time windows for transponders emitting signals from the same carrier frequencies.
Известен способ [5] динамического выбора временных окон на основе регулирования пороговой характеристики обнаружения у детектора импульсов, при котором детектор выбирает импульсный сигнал, амплитуда которого превышает порог обнаружения на наибольшую величину, как интересующий сигнал. Время приема, совпадающее с обнаружением и относящееся к событию синхронизации, назначается искомому сигналу. Время приема используется для регулировки характеристики порога обнаружения и временного окна приемника в ожидании следующего ожидаемого импульсного сигнала, соответствующего следующему событию синхронизации.There is a known method [5] for dynamically selecting time windows based on adjusting the detection threshold characteristic of a pulse detector, in which the detector selects a pulse signal whose amplitude exceeds the detection threshold by the largest value as the signal of interest. A reception time matching the detection and related to the synchronization event is assigned to the searched signal. The receive time is used to adjust the response of the detection threshold and the time window of the receiver in anticipation of the next expected pulse signal corresponding to the next synchronization event.
Характеристика порога обнаружения является параболической с вершиной параболы, центрированной в окне обнаружения на минимальном пороговом уровне. Устройство слежения оценивает время прихода следующего ожидаемого импульса на основании моментов приема самых последних импульсов. Расчетное время приема - это первый параметр, используемый для регулировки временного положения пороговой характеристики. Ширина параболы и глубина вершины или минимальный уровень обнаружения регулируются вторым параметром, представляющим качество вышеупомянутых оценок. Хорошие оценки сужают параболу и опускают ее вершину; плохие оценки расширяют параболу и поднимают ее вершину. Для нормализации пороговой характеристики используются измерения уровня шума, когда не ожидается никаких импульсов.The detection threshold characteristic is parabolic with the top of the parabola centered in the detection window at the minimum threshold level. The tracking device estimates the time of arrival of the next expected pulse based on the reception times of the most recent pulses. Estimated receive time is the first parameter used to adjust the time position of the threshold characteristic. The width of the parabola and the depth of the apex or the minimum detection level are adjusted by a second parameter representing the quality of the above estimates. Good estimates narrow the parabola and lower its top; bad estimates expand the parabola and raise its top. Noise measurements are used to normalize the threshold response when no pulses are expected.
В другом варианте устройство слежения за импульсами соединено с приемником с согласованным фильтром, использующим копию импульса, передаваемого удаленными акустическими передатчиками и характеризуемого произведением с большой шириной полосы частот для выделения переданного импульса из окружающего акустического шума. Предпочтительным сигналом является частотно модулированный импульс (ЧМ импульс) с разверткой, имеющий гиперболическую частотно-временную характеристику (ГЧМ импульс) и ширину импульса около 10 мс.In another embodiment, the pulse tracker is coupled to a receiver with a matched filter using a replica of a pulse transmitted from remote acoustic transmitters and characterized by a high bandwidth product to isolate the transmitted pulse from ambient acoustic noise. The preferred signal is a frequency modulated pulse (FM pulse) with a sweep having a hyperbolic time-frequency response (HFM pulse) and a pulse width of about 10 ms.
Недостатком предложенного способа является то, что динамический выбор временных окон в принципиальном плане не снимает проблему их взаимного наложения при ограниченном числе используемых несущих частот. Это ограничивает возможность применения предлагаемого подхода для сетей с большим числом одновременно работающих транспондеров. В случае же применения ЧМ и ГЧМ импульсов, их успешное детектирование при попадании в одно и то же временное окно импульсов от разных транспондеров представляет трудно решаемую проблему. Кроме того, динамическое изменение временных окон и порогов обнаружения по последнему принятому сигналу в условиях достаточно частого "замирания", то есть, фактически, не обнаружения сигнала может приводить к достаточно частому увеличению окон и уменьшению порогов, а это в свою очередь может приводить к ложному детектированию другого сигнала с той же частотой или характеристикой ГЧМ, поскольку количество различных сигналов, используемых в короткий промежуток времени цикла измерений ограничено.The disadvantage of the proposed method is that the dynamic choice of time windows in principle does not remove the problem of their mutual superposition with a limited number of carrier frequencies used. This limits the possibility of using the proposed approach for networks with a large number of simultaneously operating transponders. In the case of using FM and MFM pulses, their successful detection when pulses from different transponders fall into the same time window is a problem that is difficult to solve. In addition, the dynamic change in time windows and detection thresholds for the last received signal under conditions of fairly frequent "fading", that is, in fact, no signal detection, can lead to a fairly frequent increase in windows and decrease in thresholds, and this, in turn, can lead to false detection of another signal with the same frequency or MFM characteristic, since the number of different signals used in a short period of time of the measurement cycle is limited.
Известен отличный от акустического способ позиционирования сейсмокос [6], в котором для определения положения сейсмокос предлагается использовать системы компактных датчиков положения (магнитометров и акселерометров) размещенных группами вдоль сейсмокос и связанных, как правило, с узлами управления положением, системы GPS позиционирования судна, а также с использованием лазерного измерения расстояний до отражателей на концевых буях. При этом для определения положения используется модель сейсмокос в виде кубических сплайнов в представлении В-сплайнов и с интервалом в 5 секунд решается задача определения расположения модельной сейсмокосы, описываемой кубическим сплайном, удовлетворяющая данным датчиков положения и лазерных измерений расстояний. Также используется фильтр Кальмана для сглаживания входных данных от датчиков положения.A method of positioning seismic streamers other than acoustic [6] is known, in which, to determine the position of the streamers, it is proposed to use systems of compact position sensors (magnetometers and accelerometers) placed in groups along the streamers and associated, as a rule, with position control nodes, a GPS positioning system of the vessel, as well as using laser measurement of distances to reflectors on end buoys. In this case, to determine the position, the streamer model is used in the form of cubic splines in the representation of B-splines and, with an interval of 5 seconds, the problem of determining the location of the model streamer described by a cubic spline is solved, which satisfies the data of position sensors and laser distance measurements. A Kalman filter is also used to smooth the input data from the position sensors.
Этот способ имеет ряд очевидных недостатков, связанных с тем, что восстановление положения каждой косы осуществляется независимо от других сейсмокос, и поэтому точность определения расстояний между сейсмокосами принципиально не контролируется.This method has a number of obvious disadvantages associated with the fact that the restoration of the position of each streamer is carried out independently of other streamers, and therefore the accuracy of determining the distances between the streamers is not fundamentally controlled.
Известен способ [7], в котором предлагается объединить методы позиционирования сейсмокос, основанные на использовании датчиков положения, и методы, основанные на использовании сети гидроакустических приемопередатчиков. Предлагается определять положение сейсмокос в промежутках между определениями положения на основе акустического способа измерения расстояний между узами сети гидроакустических приемопередатчиков путем моделирования движения сейсмокос по данным акселерометров.There is a method [7], which proposes to combine seismic streamer positioning methods based on the use of position sensors, and methods based on the use of a network of hydroacoustic transceivers. It is proposed to determine the position of streamers in the intervals between position determinations based on the acoustic method of measuring the distances between the nodes of the network of hydroacoustic transceivers by modeling the movement of streamers according to accelerometers.
Недостатком предложенного в патенте [7] способа является отсутствие конкретных предложений по измерению расстояний между узами сети гидроакустических приемопередатчиков, который позволил бы избежать проблем с их определением при наличии большого количества одновременно работающих транспондеров и малом числе несущих частот, используемых для генерации сигналов.The disadvantage of the method proposed in the patent [7] is the lack of specific proposals for measuring the distances between the nodes of the hydroacoustic transceiver network, which would avoid problems with their determination in the presence of a large number of simultaneously operating transponders and a small number of carrier frequencies used to generate signals.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения положения буксируемых сейсмических кос [8], основанный на использовании гидроакустических приемников и передатчиков встроенных в сейсмокосу.The closest in technical essence and the achieved result is a method for determining the position of towed seismic streamers [8], based on the use of hydroacoustic receivers and transmitters built into the seismic streamer.
В частности, предлагается способ определения относительного положения множества буксируемых морских сейсмических кос, состоящий из несколько этапов:In particular, a method is proposed for determining the relative position of a plurality of towed offshore seismic streamers, consisting of several stages:
- буксировка множества акустических передатчиков, установленных внутри кос, при этом передатчики приспособлены для передачи широкополосных сигналов, имеющих низкую взаимную корреляцию между сигналами разных передатчиков;- towing a plurality of acoustic transmitters installed inside the braids, while the transmitters are adapted to transmit broadband signals having a low cross-correlation between the signals of different transmitters;
- буксировка множества акустических приемников, установленных внутри кос, при этом приемники приспособлены для приема сигналов передатчиков, передаваемых в линейном направлении между передатчиками и приемниками, установленными в одной и той же косе, и для приема сигналов, передаваемых в поперечном направлении между передатчиками и приемниками, установленными на разных косах;- towing a plurality of acoustic receivers installed inside the streamers, while the receivers are adapted to receive transmitter signals transmitted in a linear direction between transmitters and receivers installed in the same streamer, and to receive signals transmitted in a transverse direction between transmitters and receivers, installed on different braids;
- передача сигналов от передатчиков;- transmission of signals from transmitters;
- прием сигналов на приемниках;- reception of signals on receivers;
- взаимная корреляция принятых сигналов с копиями сигналов передатчиков для определения идентичности передатчиков принятых сигналов и определения времени прохождения принятых сигналов;- cross-correlation of the received signals with copies of the transmitter signals to determine the identity of the transmitters of the received signals and determine the transit time of the received signals;
- преобразование времени прохождения в расстояния между идентифицированными передатчиками и приемниками для определения линейных расстояний вдоль кос между передатчиками и приемниками в одной и той же косе и расстояний между передатчиками и приемниками в разных косах;- conversion of transit time to distances between identified transmitters and receivers to determine linear distances along streamers between transmitters and receivers in the same streamer and distances between transmitters and receivers in different streamers;
- объединение преобразованных расстояний для формирования сетевого представления трилатерации расстояний между передатчиками и приемниками;- combining the transformed distances to form a network representation of the trilateration of distances between transmitters and receivers;
- решение сетевого представления трилатерации для определения относительного положения передатчиков и приемников в косах, включая изменения положения в результате растяжения кос, а также изменения положения в результате движения кос, а также для определения относительного положения кос из взаимного расположение передатчиков и приемников.- trilateration network representation solution to determine the relative position of transmitters and receivers in the streamers, including changes in position as a result of streamer stretching, as well as changes in position as a result of streamer movement, as well as to determine the relative position of the streamers from the relative position of transmitters and receivers.
Этап передачи сигналов дополнительно включает:The signaling step further includes:
- передачу сигналов временной синхронизации на процессоры передатчиков, управляющих передатчиками;- transmission of time synchronization signals to transmitter processors that control transmitters;
- передачу расписаний запуска для передачи сигналов процессорам;- transmission of launch schedules for signaling to processors;
- использование сигналов временной синхронизации и расписаний запуска в процессорах передатчиков для управления передачей сигналов от передатчиков.- use of timing signals and trigger schedules in transmitter processors to control transmission of signals from transmitters.
Этап приема сигналов дополнительно включает:The step of receiving signals further includes:
- передачу сигналов временной синхронизации на процессоры приемников, управляющие приемниками;- transmission of time synchronization signals to receiver processors that control receivers;
- передачу временных окон для прослушивания сигналов в процессоры приемника;- transmission of time windows for listening to signals in the processors of the receiver;
- использование сигналов временной синхронизации и временных окон в процессорах приемника для управления приемом сигналов приемниками.- the use of time synchronization signals and time windows in the processors of the receiver to control the reception of signals by receivers.
Этап преобразования времени пробега в расстояния дополнительно включает:The step of converting travel time to distance further includes:
- использование сигналов временной синхронизации и расписаний запуска в процессорах для расчета времени прохождения между передатчиками и приемниками;- use of time synchronization signals and start schedules in processors to calculate the transit time between transmitters and receivers;
- развертывание датчиков скорости звука для определения локальной скорости звука в воде;- deployment of sound speed sensors to determine the local speed of sound in water;
- использование локальной скорости звука в воде для преобразования времени пробега в расстояния.- using the local speed of sound in water to convert travel times to distances.
Этап взаимной корреляции принятых сигналов дополнительно включает:The step of cross-correlating the received signals further includes:
- компенсацию принимаемых сигналов на эффекты Доплера;- compensation of received signals for Doppler effects;
- хранение копий сигналов передатчика в процессорах;- storage of copies of transmitter signals in processors;
- создание копий сигналов передатчика в процессорах; В рамках этого способа предполагается:- creation of copies of transmitter signals in processors; This method assumes:
- определение абсолютных опорных позиций на косах;- determination of absolute reference positions on streamers;
- использование абсолютных исходных положений для определения абсолютных положений кос из относительных положений кос.- the use of absolute initial positions to determine the absolute positions of the braids from the relative positions of the braids.
В предлагаемом способе передатчики и приемники работают в полосе частот приблизительно от 10 до 40 кГц, а в качестве сигналов используются шумоподобные последовательности Голда или Кассами или линейно-частотно модулированные (ЛЧМ) сигналы.In the proposed method, transmitters and receivers operate in a frequency band of approximately 10 to 40 kHz, and Gold or Cassami noise-like sequences or linear frequency modulated (chirp) signals are used as signals.
К недостаткам предлагаемого способа следует отнести:The disadvantages of the proposed method include:
1. Использование шумоподобных последовательностей или ЛЧМ сигналов приводит к существенному увеличению длительности этих сигналов. За время излучения и регистрации транспондеры на буксируемых сейсмокосах могут существенно сместиться, что может привести к ухудшению точности определения их пространственного положения. Кроме того, одновременный прием и излучение одним транспондером длительных широкополосных сигналов сопряжен с целым рядом технических трудностей, а при последовательном излучении и приеме сигналов большой длительности вокруг транспондера образуется «мертвая зона», внутри которой сигналы от других транспондеров не регистрируются. Размер этой «мертвой зона» прямо пропорционален длительности излучаемого сигнала. Таким образом, может быть потеряна наиболее точная информация о ближайших связях акустической сети.1. The use of noise-like sequences or chirp signals leads to a significant increase in the duration of these signals. During the emission and registration, transponders on towed seismic streamers can shift significantly, which can lead to a deterioration in the accuracy of determining their spatial position. In addition, the simultaneous reception and emission of long-term broadband signals by one transponder is associated with a number of technical difficulties, and in the case of successive emission and reception of long-duration signals, a “dead zone” is formed around the transponder, inside which signals from other transponders are not recorded. The size of this "dead zone" is directly proportional to the duration of the emitted signal. Thus, the most accurate information about the nearest acoustic network links may be lost.
2. Взаимная корреляция принятых сигналов с копиями широкополосных сигналов передатчиков для определения идентичности является весьма ресурсоемкой процедурой. Это может приводить к перегрузке процессоров и ограничениям при большом числе различных одновременно идентифицируемых сигналов. Необходимость хранения большого числа копий сигналов передатчика в оперативной памяти процессоров также ограничивает их ресурс. Использование более высокопроизводительных процессоров с высоким энергопотреблением для встроенного оборудования может быть затруднено из-за габаритных ограничений, и критически увеличивает расход батареи для навесного оборудования.2. Cross-correlation of received signals with copies of broadband transmitter signals to determine identity is a very resource-intensive procedure. This can lead to processor overload and limitations with a large number of different simultaneously identified signals. The need to store a large number of copies of transmitter signals in the RAM of processors also limits their resource. The use of higher performance, high power processors for embedded equipment can be difficult due to space limitations and critically increases battery consumption for attachments.
3. В патенте не раскрыты детали решения сетевого представления трилатерации, которые представляют существенную часть достижения конечного результата по определению положения буксируемых сейсмических кос.3. The patent does not disclose the details of the trilateration network representation solution, which is an essential part of achieving the final result of determining the position of towed seismic streamers.
Отмеченные в прототипе и аналогах недостатки отсутствуют в способе акустической локализации узлов сети транспондеров для определения положения гибкой протяженной буксируемой антенны, который является предметом предлагаемого изобретения, а именно:The disadvantages noted in the prototype and analogues are absent in the method of acoustic localization of transponder network nodes for determining the position of a flexible extended towed antenna, which is the subject of the present invention, namely:
Способ акустической локализации узлов сети транспондеров для определения положения (позиционирования) совокупности совместно буксируемых сейсмокос (гибких протяженных буксируемых антенн) (см. фиг. 1), состоящий из нескольких этапов:A method for acoustic localization of transponder network nodes for determining the position (positioning) of a set of jointly towed seismic streamers (flexible extended towed antennas) (see Fig. 1), consisting of several stages:
1. Буксировка судном 1 множества автономных навесных или встроенных в сейсмокосы 2 акустических приемников-передатчиков (транспондеров) 3, при этом транспондеры приспособлены для приема и передачи коротких последовательностей тоновых акустических импульсов с различными несущими частотами, имеющих низкую фигурвзаимную корреляцию между сигналами разных передатчиков, передаваемых между транспондерами, установленными как вдоль одной и той же сейсмокосы, так и на разных косах;1. Towing by a vessel 1 of a plurality of autonomous mounted or built-in
2. Буксировка начальных и концевых буев 4 с установленными на них GPS/ГЛОНАСС антеннами 5 для их спутникового позиционирования и для синхронизации по глобальному времени, и радиомодемом 6 для передачи этой информации на борт судна, а также с установленными на буях акустическими транспондерами 7, при этом начальные и концевые буи используются для определения абсолютных координат опорных точек сети акустических транспондеров. На схеме также показан комплект пневмопушек 8, и параваны 9, с помощью которых разводятся сейсмокосы 2;2. Towing of the initial and
3. Излучение и прием акустических сигналов, синхронизированный по глобальному времени, сетью транспондеров, установленных на сейсмокосах и начальных и концевых буях, при этом синхронизация транспондеров, расположенных на/в сейсмокосах, осуществляется по линиям связи в сейсмокосах, а транспондеров, расположенных на начальных и концевых буях - по радиоканалу или глобальному времени по данным с установленных на них GPS/ГЛОНАСС антенн.3. Emission and reception of acoustic signals, synchronized in global time, by a network of transponders installed on streamers and initial and end buoys, while synchronization of transponders located on / in streamers is carried out via communication lines in streamers, and transponders located on initial and end buoys - by radio channel or global time according to data from GPS / GLONASS antennas installed on them.
4. Обработка принятых акустических сигналов процессорами в транспондерах, включающая выделение сигналов, излучаемых предварительно заданным набором других транспондеров сети и определение времен задержек прохождения акустических сигналов до них.4. Processing of the received acoustic signals by processors in the transponders, including the selection of signals emitted by a predetermined set of other network transponders and the determination of the delay times for the passage of acoustic signals to them.
5. Передача в бортовой компьютер информации о временах задержек прохождения акустических сигналов от предварительно заданного набора транспондеров сети до заданного транспондера, в том числе дополнительной информации о глубине транспондеров, их пространственной ориентации, заряде батареи и др., при этом передача информации от транспондеров, расположенных на сейсмокосах, осуществляется по линиям связи в косах, а от транспондеров, расположенных на начальных и концевых буях - по радиоканалу;5. Transfer to the on-board computer information about the delay times of the passage of acoustic signals from a predetermined set of network transponders to a given transponder, including additional information about the depth of transponders, their spatial orientation, battery charge, etc., while transmitting information from transponders located on seismic streamers, it is carried out via communication lines in the streamers, and from transponders located on the initial and end buoys - via a radio channel;
6. Решение с помощью специального программного обеспечения оптимизационной задачи о пространственном положении сети транспондеров на основе минимизации функционала невязок между искомыми и измеренными расстояниями между транспондерами с учетом жесткой привязки сети к положению транспондеров на начальных и концевых буях.6. Using special software to solve the optimization problem of the spatial position of the transponder network based on minimizing the functional of residuals between the sought and measured distances between transponders, taking into account the tight binding of the network to the position of the transponders on the initial and end buoys.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и стабильности определения пространственного положения буксируемых сейсмокос при проведении сейсморазведочных работ, что в конечном итоге позволяет получить данные о структуре морского дна с более высоким разрешением.The technical result of the invention is to increase the accuracy and stability of determining the spatial position of towed streamers during seismic surveys, which ultimately makes it possible to obtain data on the structure of the seabed with a higher resolution.
Технический результат достигается за счет ряда разработанных технических решений, сгруппированных в 3 блока (оригинальные способы генерации (1) и детектирования акустических сигналов (2), а также эффективный способ решения оптимизационной задачи о пространственном положении сети транспондеров на основе минимизации функционала невязки с дополнительными условиями регуляризации (3)), а именно:The technical result is achieved due to a number of developed technical solutions grouped into 3 blocks (original methods for generating (1) and detecting acoustic signals (2), as well as an effective method for solving the optimization problem of the spatial position of the transponder network based on minimizing the residual functional with additional regularization conditions (3)), namely:
1. На этапе излучения и приема акустических сигналов сетью транспондеров, техническое решение, отличающееся тем, что дополнительно включает:1. At the stage of emission and reception of acoustic signals by a network of transponders, a technical solution, characterized in that it additionally includes:
- циклическое или управляемое излучение последовательности коротких тоновых сигналов, называемых буквами, и формированием слов из этих букв, как их строго упорядоченных во времени последовательностей.- cyclic or controlled emission of a sequence of short tone signals, called letters, and the formation of words from these letters, as their sequences strictly ordered in time.
- излучение коротких тоновых сигналов производится на ограниченном наборе (~8÷16) несущих частот из диапазона 40-80 кГц;- short tone signals are emitted on a limited set (~8÷16) of carrier frequencies from the range of 40-80 kHz;
- длительность отдельного тонового сигнала (буквы) может меняться, составляя, например 1÷2 мс;- the duration of a separate tone signal (letter) can vary, for example, 1÷2 ms;
- между различными тоновыми сигналами могут быть пустые интервалы (задержки) любой, но заранее предписанной длительности;- between different tone signals there can be empty intervals (delays) of any but predetermined duration;
- количество букв в словах и интервалы между буквами могут быть различными;- the number of letters in words and the intervals between letters can be different;
- слова, излучаемые разными транспондерами, выбираются так, чтобы в группе транспондеров, находящихся в зоне взаимной слышимости, они были максимально ортогональными;- words emitted by different transponders are chosen so that in the group of transponders located in the zone of mutual audibility, they are maximally orthogonal;
Данное техническое решение позволяет избавиться от жестких требований к временным окнам для выделения сигналов при большом количестве одновременно работающих транспондеров и относительно малом числе частотных каналов, поскольку позволяет легко выделять искомый сигнал из одновременно приходящих других сигналов, состоящих возможно из тех же частотных компонент, но излучаемых в другой последовательности. Предлагаемый способ кодирования сигналов отличается от прототипа и аналогов и позволяет использовать ограниченный набор частот для формирования сигналов в условиях одновременного излучения большого числа транспондеров.This technical solution allows you to get rid of strict requirements for time windows for signal extraction with a large number of simultaneously operating transponders and a relatively small number of frequency channels, since it makes it easy to select the desired signal from simultaneously arriving other signals, possibly consisting of the same frequency components, but emitted in another sequence. The proposed method of encoding signals differs from the prototype and analogues and allows the use of a limited set of frequencies for generating signals in conditions of simultaneous emission of a large number of transponders.
2. На этапе обработки принятых акустических сигналов процессорами в транспондерах, техническое решение, отличающееся тем, что дополнительно включает:2. At the stage of processing the received acoustic signals by processors in transponders, a technical solution, characterized in that it additionally includes:
- фильтрацию регистрируемых сигналов набором полосовых фильтров, соответствующих частотам излучаемых тоновых сигналов;- filtering the recorded signals with a set of bandpass filters corresponding to the frequencies of the emitted tone signals;
- фильтрация осуществляется аппаратным образом, заменяя более трудоемкую цифровую корреляционную обработку;- filtering is carried out in hardware, replacing more time-consuming digital correlation processing;
- определение огибающей отфильтрованных полосовыми фильтрами зарегистрированных сигналов;- determination of the envelope of the recorded signals filtered by bandpass filters;
- выделение широких, робастных временных интервалов (окон), в которых производится идентификация требуемых сигналов (слов);- allocation of wide, robust time intervals (windows) in which the required signals (words) are identified;
- идентификация требуемых слов осуществляется по критерию превышения определенного порога произведений огибающих тоновых сигналов, сдвинутых на время задержки последовательности букв в слове.- identification of the required words is carried out according to the criterion of exceeding a certain threshold of the products of the envelopes of tone signals shifted by the delay time of the sequence of letters in the word.
- время, соответствующее максимуму произведения огибающих тоновых сигналов, превышающих заданный порог, принимается в качестве времени прохождения сигналов между транспондерами, называемого задержкой.- the time corresponding to the maximum product of the envelopes of tone signals exceeding a given threshold is taken as the time of passage of signals between transponders, called the delay.
Данное техническое решение позволяет простым, не затратным способом определять задержки между сигналами, излучаемыми одновременно большим числом транспондеров при ограниченном числе частотных каналов. В отличие от прототипа и аналогов, этот способ детектирования позволяет использовать широкие временные окна и измерять одновременно большое количество временных задержек (до нескольких десятков), поскольку количество сигналов, которые таким способом можно детектировать и различить, существенно больше, чем при использовании сигналов сложной формы или сигналов одной несущей частоты со сложной огибающей.This technical solution makes it possible to determine delays between signals emitted simultaneously by a large number of transponders with a limited number of frequency channels in a simple, inexpensive way. Unlike the prototype and analogues, this method of detection allows using wide time windows and simultaneously measuring a large number of time delays (up to several tens), since the number of signals that can be detected and distinguished in this way is significantly greater than when using signals of complex shape or signals of one carrier frequency with a complex envelope.
Другим преимуществом предложенного способа детектирования являются уменьшение требуемых ресурсов процессора при вычислении ресурсоемких операций корреляций, поскольку вместо корреляции используется простая фильтрация, которая производится на аппаратном уровне одновременно на всем наборе полосовых частотных фильтров. Таким образом, процессор транспондера может одновременно детектировать десятки сигналов за время, необходимое для выполнения одной корреляции. Кроме того, нет необходимости хранить в памяти процессора все детектируемые сигналы. Вместо этого нужно хранить лишь их короткие коды (слова).Another advantage of the proposed detection method is the reduction in the required processor resources when calculating resource-intensive correlation operations, since instead of correlation, simple filtering is used, which is performed at the hardware level simultaneously on the entire set of bandpass filters. Thus, the transponder processor can simultaneously detect dozens of signals in the time it takes to perform one correlation. In addition, there is no need to store all detected signals in the processor memory. Instead, only their short codes (words) need to be stored.
3. На этапе решения оптимизационной задачи о пространственном положении сети транспондеров техническое решение, отличающееся тем, что дополнительно включает:3. At the stage of solving the optimization problem of the spatial position of the transponder network, a technical solution, which additionally includes:
- определение набора валидных задержек, при этом считаются валидными и принимаются в расчетах лишь те временные задержки между транспондерами, разность между которыми на встречных направлениях не превышает заданной погрешности, при этом валидная задержка определяется как полусумма задержек на встречных направлениях;- determination of a set of valid delays, while only those time delays between transponders are considered valid and are taken into account in the calculations, the difference between which in opposite directions does not exceed a given error, while the valid delay is defined as half the sum of delays in opposite directions;
- преобразование времени прохождения сигнала в расстояние между идентифицированными транспондерами производится умножением времени валидной задержки на скорость звука в воде, при этом для оценки скорости звука в воде может браться величина, получаемая от деления известной длины между парами ближайших транспондеров на одной и той же сейсмокосе к валидному времени прохождения сигнала между ними;- the signal propagation time is converted into the distance between the identified transponders by multiplying the valid delay time by the speed of sound in water, while to estimate the speed of sound in water, the value obtained from dividing the known length between pairs of nearest transponders on the same seismic stream to the valid value can be taken signal propagation time between them;
- совокупность одновременно измеренных валидных расстояний между транспондерами позволяет построить сеть и поставить задачу определения координат всех узлов сети, на основе минимизации целевого функционала невязки.- a set of simultaneously measured valid distances between transponders allows you to build a network and set the task of determining the coordinates of all network nodes, based on minimizing the target residual functional.
- формирование целевого функционала в форме невязки между искомыми и измеренными (валидными) расстояниями сети транспондеров с начальным приближением, полученным из проектного расположения или из предыдущего цикла измерений;- formation of the target functional in the form of a discrepancy between the desired and measured (valid) distances of the transponder network with an initial approximation obtained from the design location or from the previous measurement cycle;
- учет в целевом функционале информации о заглублении транспондеров, передаваемой от них на борт по линиям связи в сейсмокосах;- taking into account in the target functionality information about transponder deepening transmitted from them to board via communication lines in seismic streamers;
- учет в целевом функционале в виде регуляризирующих слагаемых информации о координатах транспондеров, размещенных на концевых буях, пневмопушках, параванах, которая передается на борт от размещенных на них же GPS/ГЛОНАСС приемников по радиоканалу;- taking into account in the target functional in the form of regularizing terms information about the coordinates of the transponders located on the end buoys, air guns, paravanes, which is transmitted on board from the GPS / GLONASS receivers located on them via a radio channel;
- учет в целевом функционале в виде регуляризирующих слагаемых информации о длине кабельных связей между транспондерами вдоль сейсмокос;- taking into account in the target functional in the form of regularizing terms information about the length of cable connections between transponders along the streamers;
- минимизация нелинейного целевого функционала на основе метода Ньютона-Рафсона и метода сопряженных градиентов для определения пространственного положения сети транспондеров, и следовательно, пространственного положения сейсмокос, включая изменения положения в результате их движения, изгиба и схождения-расхождения;- minimization of the non-linear objective functional based on the Newton-Raphson method and the conjugate gradient method to determine the spatial position of the transponder network, and consequently, the spatial position of the streamers, including changes in position as a result of their movement, bending and convergence-divergence;
- контроль точности получаемого решения для каждого узла сети на основе оценки средней невязки, определяемой как среднее от невязок всех валидных расстояний от данного узла сети до других узлов.- control of the accuracy of the resulting solution for each network node based on an estimate of the average residual, defined as the average of the residuals of all valid distances from a given network node to other nodes.
Данное техническое решение повышает достоверность исходных данных, используемых для решения оптимизационной задачи о пространственном положении сети транспондеров, известную в геодезии как задача уравнивания сети, за счет использования только валидных расстояний между транспондерами. Кроме того, в рамках единого подхода при формировании целевого функционала используется дополнительная информация о координатах транспондеров на начальных и концевых буях, об индивидуальном заглублении транспондеров, длине кабельных связей и локальной скорости звука. Итерационные шаги Ньютона-Рафсона обеспечивают высокую скорость сходимости и, следовательно, уменьшают время решения задачи, а использование метода сопряженных градиентов, позволяет регуляризировать процесс сходимости и получить решение даже в случае неудачного начального приближения, когда метод Ньютона-Рафсона неустойчив. Таким образом, в совокупности повышается эффективность получаемого решения, обеспечивая его более высокую производительность, точность и устойчивость, а также контроль этой точности.This technical solution increases the reliability of the initial data used to solve the optimization problem of the spatial position of the transponder network, known in geodesy as the network adjustment problem, by using only valid distances between transponders. In addition, within the framework of a unified approach, when forming the target functionality, additional information is used about the coordinates of transponders on the initial and end buoys, about the individual depth of transponders, the length of cable links and the local speed of sound. Newton-Raphson iterative steps provide a high rate of convergence and, therefore, reduce the time for solving the problem, and the use of the conjugate gradient method makes it possible to regularize the convergence process and obtain a solution even in the case of an unsuccessful initial approximation, when the Newton-Raphson method is unstable. Thus, in the aggregate, the efficiency of the resulting solution is increased, providing its higher performance, accuracy and stability, as well as control of this accuracy.
Список использованных источниковList of sources used
1. US20050180263A1 Gps-based underwater cable positioning system (авторы Dale Lambert, Robert Rouquette, Daniel Seale, Clem Guillot владелец Ion Geophysical Corp от 2002-05-23 до 2024-05-06)1. US20050180263A1 Gps-based underwater cable positioning system (authors Dale Lambert, Robert Rouquette, Daniel Seale, Clem Guillot owner Ion Geophysical Corp from 2002-05-23 to 2024-05-06)
2. US5031159A Hydroacoustic ranging system (автор Robert E. Rouquette владелец DIGICOURSE Inc, Ion Geophysical Corp от 1990-02-21 до 2010-02-21)2. US5031159A Hydroacoustic ranging system (by Robert E. Rouquette owner of DIGICOURSE Inc, Ion Geophysical Corp from 1990-02-21 to 2010-02-21)
3. US5321668A Hydroacoustic ranging method using bottom reflections (автор Robert E. Rouquette владелец DIGICOURSE Inc, Ion Geophysical Corp от 1990-02-21 до 2010-02-21)3. US5321668A Hydroacoustic ranging method using bottom reflections (by Robert E. Rouquette owner of DIGICOURSE Inc, Ion Geophysical Corp from 1990-02-21 to 2010-02-21)
4. US20190377099A1 Acoustic ranging apparatus and methods (автор Clement B. Guillot, III, владелец Ion Geophysical Corp, от 2015-10-09 до 2036-11-21)4. US20190377099A1 Acoustic ranging apparatus and methods (by Clement B. Guillot, III, owner of Ion Geophysical Corp, from 2015-10-09 to 2036-11-21)
5. US5359575A Underwater pulse tracking system (авторы Ross E. Williams, Bryant G. Ragan, Robert H. Kemp, Jr., владельцы DIGICOURSE Inc, Ion Geophysical Corp от 1993-09-08 до 2013-09-08)5. US5359575A Underwater pulse tracking system (by Ross E. Williams, Bryant G. Ragan, Robert H. Kemp, Jr., owners of DIGICOURSE Inc, Ion Geophysical Corp from 1993-09-08 to 2013-09-08)
6. RU2739336C2 "Определение положения сейсмического оборудования в буксируемой морской группе" (авторы Годей, Эрик (NO), Уинфилд, Гэри (АЕ) владельцы Годей, Эрик (NO), ПОЛАРКУС ДиЭмСиСи (АЕ) от 2017-10-02)6. RU2739336C2 "Determining the position of seismic equipment in a towed marine group" (authors Godey, Eric (NO), Winfield, Gary (AE) owners Godey, Eric (NO), POLARCUS DMC (AE) dated 2017-10-02)
7. US20130258807A1 Methods and apparatus for node positioning during seismic survey (автор Michael B. ERNELAND, владелец PGS Geophysical AS от 2012-03-27 до 2034-08-21)7. US20130258807A1 Methods and apparatus for node positioning during seismic survey (by Michael B. ERNELAND, owner of PGS Geophysical AS from 2012-03-27 to 2034-08-21)
8. US7376045B2 System and method for determining positions of towed marine seismic streamers (авторы Jon Falkenberg, Nils Lunde, Per Birger Gunnarsson, Nils Gunnar Olof Kröling, Stig Rune Lennart Tenghamn владелец PGS Geophysical AS от 2005-10-21 до 2025-10-21)8. US7376045B2 System and method for determining positions of towed marine seismic streamers (authors Jon Falkenberg, Nils Lunde, Per Birger Gunnarsson, Nils Gunnar Olof Kröling, Stig Rune Lennart Tenghamn owner of PGS Geophysical AS from 2005-10-21 to 2025-10- 21)
Claims (12)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021128688A RU2021128688A (en) | 2023-04-03 |
| RU2797156C2 true RU2797156C2 (en) | 2023-05-31 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989012236A1 (en) * | 1988-06-06 | 1989-12-14 | Geco A.S | Method for determining the position of seismic streamers in a reflection seismic measuring system |
| US7376045B2 (en) * | 2005-10-21 | 2008-05-20 | Pgs Geophysical As | System and method for determining positions of towed marine seismic streamers |
| US20090245019A1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-01 | Jon Falkenberg | Method and system for determining geodetic positions of towed marine sensor array components |
| US20130155807A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Gustav Göran Mattias Südow | Method for determining positions of sensor streamers during geophysical surveying |
| US20150138919A1 (en) * | 2008-04-21 | 2015-05-21 | Pgs Geophysical As | Methods for controlling towed marine sensor array geometry |
| CN111521973A (en) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | Element space position active measurement system and method of hydrophone array |
| RU2739336C2 (en) * | 2016-10-19 | 2020-12-23 | Эрик ГОДЕЙ | Determining position of seismic equipment in a towed sea group |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989012236A1 (en) * | 1988-06-06 | 1989-12-14 | Geco A.S | Method for determining the position of seismic streamers in a reflection seismic measuring system |
| US7376045B2 (en) * | 2005-10-21 | 2008-05-20 | Pgs Geophysical As | System and method for determining positions of towed marine seismic streamers |
| US20090245019A1 (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-01 | Jon Falkenberg | Method and system for determining geodetic positions of towed marine sensor array components |
| US20150138919A1 (en) * | 2008-04-21 | 2015-05-21 | Pgs Geophysical As | Methods for controlling towed marine sensor array geometry |
| US20130155807A1 (en) * | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Gustav Göran Mattias Südow | Method for determining positions of sensor streamers during geophysical surveying |
| RU2739336C2 (en) * | 2016-10-19 | 2020-12-23 | Эрик ГОДЕЙ | Determining position of seismic equipment in a towed sea group |
| CN111521973A (en) * | 2020-04-29 | 2020-08-11 | 中国人民解放军国防科技大学 | Element space position active measurement system and method of hydrophone array |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4669067A (en) | Method and apparatus for locating a submerged marine streamer | |
| AU2007306112B2 (en) | Positioning system | |
| US4635236A (en) | Submerged marine streamer locator | |
| US4532617A (en) | System for locating a towed marine object | |
| US6532192B1 (en) | Subsea positioning system and apparatus | |
| US10989815B2 (en) | Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof | |
| KR101294493B1 (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
| CA1195762A (en) | Submerged marine streamer locator | |
| AU2012202370B2 (en) | Method for global acoustic positioning of a marine or submarine target | |
| US4555779A (en) | Submerged marine streamer locator | |
| US7362655B1 (en) | Time-synchronous acoustic signal ranging system and method | |
| JP4120334B2 (en) | Synthetic aperture sonar, shake correction method and program therefor | |
| RU2797156C2 (en) | Method for acoustic localization of transponder network nodes for determining the position of a flexible extended towed antenna | |
| US10495460B2 (en) | Detection system and method to check the position of a pipeline in a bed of a body of water | |
| US20100102985A1 (en) | Receiver orientation in an electromagnetic survey | |
| RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
| NO146175B (en) | PROCEDURE AND APPARATUS FOR AA DETERMINE THE GEOMETRIC SHAPE AND DEPTH OF THE DIPPED PART OF THE ISFJELL | |
| RU2752018C1 (en) | Method for determining coordinates of underwater object in shelf-deep sea transition zone | |
| RU2715409C1 (en) | Method of determining current coordinates of a target in bistatic sonar mode | |
| JP6922262B2 (en) | Sonar image processing device, sonar image processing method and sonar image processing program | |
| RU2624980C1 (en) | Hydroacoustic rho-rho navigation system | |
| RU2758586C1 (en) | Automatic detection and classification system | |
| RU2791163C1 (en) | Method for detecting probing signals | |
| RU2717578C1 (en) | Method of determining geographic coordinates of an underwater object | |
| RU2021128688A (en) | Method for Acoustic Localization of Transponder Network Nodes for Determining the Position of a Flexible Extended Towed Antenna |