BRPI0719440A2 - Sistema acústico de escuta passico e de perfilagem de leito do mar, e, método para determinar exatamente a posição de uma fonte eletromagnética rebocada e um ou mais receptores eletromagnéticos para uso em uma prospecção por perfilagem de leito do mar. - Google Patents

Description

“SISTEMAS ACÚSTICO DE ESCUTA PASSIVO E DE PERFILAGEM DE LEITO DO MAR, E, MÉTODO PARA DETERMINAR EXATAMENTE A POSIÇÃO DE UMA FONTE ELETROMAGNÉTICA REBOCADA E UM OU MAIS RECEPTORES ELETROMAGNÉTICOS PARA USO EM UMA PROSPECÇÃO POR PERFILAGEM DE LEITO DO MAR”

A presente invenção é dirigida a um sistema de posicionamento para uso em prospecção eletromagnética ou prospecções por perfilagem do leito do mar e em particular para uso em prospecções tridimensionais.

Métodos de perfilagem do leito do mar podem ser usados para detectar diretamente reservatórios de hidrocarboneto embaixo do fundo do mar. Estes métodos compreendem dispor uma fonte eletromagnética próxima ao fundo do mar e medir a resposta usando um ou mais instrumentos receptores posicionados a intervalos espaçados através do fundo do mar. Os instrumentos receptores podem ser na forma de braços rígidos longos que portam sensores elétricos, que se estendem de um corpo central, que facilita a detecção de sinais elétricos de baixo nível na água do mar. Os sensores na extremidade dos braços são, portanto colocados próximos ou no fundo do mar.

De acordo com um método existente, instrumentos são dispostos como segue: o instrumento positivamente flutuante e uma âncora de concreto afixada são lançados de uma embarcação de prospecção em um local escolhido; o instrumento afunda livremente até o fundo do mar; a posição do instrumento durante o afundamento pode ser monitorada por métodos acústicos usando um ou mais transpondores; o instrumento é posicionado próximo ou sobre o fundo do mar em um local desejado, o qual é mantido firme por meio da âncora de concreto. O instrumento é então usado para medir e armazenar dados durante uma prospecção enquanto ele está posicionado sobre ou próximo ao fundo do mar. Depois de as medições estarem completas, comandos acústicos a partir da superfície do mar causam com que o instrumento seja liberado da âncora; o instrumento então flutua até a superfície do mar para recuperação por uma embarcação de prospecção e o dado é extraído do instrumento.

Mais especificamente, inúmeros sistemas diferentes podem ser combinados, no uso, para posicionar uma fonte de perfilagem de leito do mar e um ou mais receptores antes da condução de uma prospecção. Estes incluem, mas não são limitados a, transpondores acústicos (principalmente usados para posicionamento de receptor), sistemas de compasso magnético (principalmente usados for orientação no plano horizontal), transdutores de profundidade e altímetros (principalmente usados para orientação no plano vertical), sensores de inclinação e passo (para orientação espacial dos receptores), e sistemas giroscópicos (para orientação espacial e horizontal). Todavia, cada destes tem vantagens e desvantagens quando se busca a exatidão de dados requeridos para processar e interpretar os dados detectados para prover um mapa de 3D. Exemplos de problemas tipicamente incluem ruído ambiental acústico, reflexões de som, curvatura de raio e a variação das propriedades de transmissão de som em água salgada, principalmente causados pelas variações em propriedades, tais como salinidade e temperatura da água do mar temperatura contra profundidade. Isto pode fornecer erroneamente que a imagem de um alvo, ou transpondor, seja observada com um deslocamento falso tanto em extensão quanto em direção. Em ângulos extremos, o alvo ou transpondor pode até mesmo não ser detectado quando ele cai dentro de uma zona de sombra causada por este curvatura de raio. A direção magnética pode também variar localmente de área para área e este desvio pode adicionalmente se alterar por alguns graus em condições de tempestades magnéticas e pode ser complicado detectar e compensar o mesmo. As condições resultantes podem, por conseguinte, incluir erros que são demasiadamente grandes para uso em soluções de 3D. Um exemplo de problemas é que os conhecidos sistemas de resposta acústicos ou elétricos para posicionamento introduzem ruído externo nos sinais medidos se a fonte estiver posicionada nos, ou na proximidade dos, sensores de perfilagem de leito do mar, altamente sensíveis. Tal ruído pode introduzir erros nas medições de posicionamento e orientação relativa, os quais não podem ser inteiramente removidos durante subsequente processamento dos dados medidos. Estes erros podem ser amplificados em uma análise de 3D.

Elevados graus de exatidão em posicionamento de sensor são requeridos para novas técnicas de coleta, por exemplo, coleta de 3D, bem como são desejados para melhorar a exatidão de resultados obtidos de outras técnicas de processamento. Campos elétricos e magnéticos são dimensionais vetoriais de 3D e, conseqüentemente, é necessário compreender e incluir uma compreensão total da orientação espacial dos sensores. Existe, por conseguinte, uma necessidade de melhorar o desempenho de instrumentos receptores, a fim de melhorar a exatidão e eficiência com as quais prospecções podem ser realizadas e a coleta de dados é efetuada.

Por conseguinte, é um objetivo da presente invenção prover um sistema de posicionamento que resulta na posição e orientação da fonte e receptores serem conhecidas até um grau de exatidão de modo que a contribuição para a incerteza no campo eletromagnético (campo EM) medido é menor que 5% de todas as fontes de erro. Isto inclui exigências circunstanciais (temporização posicionai e relativa) bem como exigências não circunstanciais, tais como orientação dos sensores.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, um sistema acústico de escuta passivo é provido, compreendendo: meios de fonte para prover sinais acústicos contínuos, pulsados ou codificados por pulso em duas ou mais freqüências diferentes; e pelo menos dois sensores acústicos ou hidrofones, ditos sensores acústicos ou hidrofones compreendendo meios para detectar dito sinal acústico e meios para registrar o sinal detectado. Em uma forma de concretização, o sistema pode ser usado para medir a posição de um receptor de perfilagem de leito do mar, o qual é posicionado no fundo do mar. O receptor pode compreender braços flexíveis que se estendem no mesmo plano em aproximadamente 90° um com relação ao outro. Na extremidade de cada braço está um sensor de campo elétrico. Associado a cada destes sensores está um sensor acústico ou hidrofone que é posicionado próximo ao sensor de campo elétrico. Uma vez que a posição exata de cada hidrofone em relação a cada sensor de campo elétrico é conhecida, medições um partir dos hidrofones podem ser convertidas em medições para a posição e orientação reais de cada sensor de campo elétrico. Posições relativas precisas dos sensores de campo elétrico em cada receptor para cada outro podem, por conseguinte, também ser obtidas.

O receptor pode ser disposto sobre uma armação rígida que terá pelo menos dois hidrofones seguros na mesma de modo que a posição e orientação exatas da armação podem também ser medidas. A armação de receptor pode também incluir sensores magnéticos. Os hidrofones são preferivelmente posicionados em lados opostos da armação para maximizar sua separação. A solução de posição calculada um partir destas medições pode suplementar a leitura um partir de qualquer outra profundidade aprovada, projetos de sensores de inclinação e passo que podem também ser afixados na armação. Qualquer diferença entre a solução de posição calculada e a solução de suplemento pode em seguida ou confirmar ou corrigir as outras leituras correspondentes de hidrofone sobre o receptor.

O sinal acústico que é transmitido tem um uma baixa tomada de corrente de transdutor em relação ao limite de detecção na distância de detecção e, por conseguinte, um sinal de medição de baixo nível que não interferirá com os sensores de perfilagem de leito do mar, altamente sensíveis. Os sensores EM não são sensíveis a um tal sinal acústico transmitido, dedicado, desde que a distância entre a fonte de som e receptor seja suficientemente grande e os sensores e/ou fios de conexão não detectam o movimento adequado devido à onda de choque acústica. Os sensores magnéticos de EM tipicamente não seriam capazes de detectar a elevada tomada de corrente um partir de um transmissor acústico selecionado em faixas mais próximas que aproximadamente 10 metros. Os sensores EM poderiam possivelmente ser saturados em faixas muito estreitas, mas seriam fortemente danificados somente pelo campo acústico ou elétrico irradiado. A fonte pode ser rebocada a qualquer distância apropriada do fundo do mar, por exemplo na faixa de 5-100 m, ou 10-70 m, ou 15-50 m, por exemplo 15-40 m ou 20-30 m. Em outras formas de concretização, a fonte pode ser rebocada para mais próximo da superfície da água.

Os receptores e/ou a armação sobre a qual eles são montados podem incluir adicionalmente um ou mais transpondores acústicos. Os transpondores podem ser usados para rastrear a posição do receptor durante a colocação ou durante a recuperação e ser uma ligação acústica para dados e/ou transferência de comando entre receptores e equipamento de superfície. Eles também podem ser usados para ativar e/ou acionar a liberação do receptor um partir do fundo do mar durante o processo de recuperação.

Os receptores e/ou armações podem incluir adicionalmente um ou mais de sensores de profundidade, de inclinação e de passo, para permitir que outros dados sejam coletados e incorporados no mapa gerado.

A invenção também compreende um método de determinar exatamente a posição de uma fonte eletromagnética rebocada e um ou mais receptores eletromagnéticos para uso em uma prospecção por perfilagem de leito do mar; os receptores incluindo pelo menos um sensor acústico ou hidrofone associado estreitamente com cada sensor eletromagnético, o método compreendendo abaixar cada receptor na água do mar e permitir que ele afunde até o leito do mar; ativar uma primeira fonte acústica em uma primeira freqüência e medir a posição, tempo e movimento da primeira fonte acústica, ativar uma segunda fonte acústica em uma segunda freqüência e medir a posição tempo e movimento da segunda fonte acústica, registrar simultaneamente os sinais acústicos detectados em cada hidrofone tanto na primeira quanto na segunda freqüências, e passar os dados medidos para um computador central para calcular a diferença de fase e/ou tempo de deslocamento entre pares de hidrofones.

Pelo conhecimento da velocidade constante de reboque e da posição aproximada da embarcação em movimento e da posição aproximada da fonte acústica em qualquer instante particular, e dos ângulos relativos entre a fonte e receptores, as posições e orientações médias de fonte e receptor podem ser calculadas por técnicas de solução de Rede. Técnicas similares foram usadas, por exemplo, para posicionar cabos sísmicos verticais/de fundo e para localização de um alvo em relação a arranjos de receptores em terra ou sob o mar. Na presente invenção, esta técnica é usada para medir a orientação e posição de objetos estacionários durante o uso de uma fonte em movimento, ao invés de uma fonte estacionária. Isto fornecerá resultados tanto no plano horizontal quanto no volume em 3-D.

O sistema pode ainda incluir uma armação rígida para cada receptor e a armação pode incluir um ou mais componentes adicionais selecionados de: sensores de orientação, sensores de profundidade, sensores de inclinação e passo, sensores magnéticos e hidrofones.

O sistema pode incluir um sensor acústico ou hidrofone para cada sensor de campo elétrico, o hidrofone sendo posicionado próximo a cada sensor de campo elétrico. Este arranjo pode levar em conta variações no ângulo entre sensores, as quais podem ser causadas por correntes submarinas ou desalojamento dos sensores quando o receptor foi colocado.

O método preferivelmente utiliza várias medições de fase para cada receptor de leito do mar para aumentar a exatidão de um posicionamento. A solução um partir desta rede de medições de fase tomadas de múltiplos receptores irá melhorar a exatidão. O número de medições aumenta a exatidão através de métodos estatísticos e o uso de análise de média quadrática. O método pode usar uma forte fonte acústica não direcional que pode ser detectada a uma longa distância entre fonte e receptores. A faixa que pode ser usada para um sinal de fonte acústica pode variar na dependência do traçado da prospecção e propriedades marítimas e batimétricas. Uma faixa acústica normal que pode ser usada para resultados de orientação estará tipicamente entre 100 metros no caso mais próximo e variando até tipicamente 1000 metros no caso mais longe.

A fonte pode tipicamente ser rebocada por aproximadamente metros acima do fundo do mar. Ou uma ou ambas as fontes acústicas podem ser posicionadas na mesma antena de galhardete que a fonte eletromagnética. Ambas as fontes acústicas poderiam ser posicionadas em um galhardete eletromagnético rebocado atrás da embarcação, uma à frente do “tow fish”, e a outra numa parte traseira ou extremidade traseira do galhardete de antena rebocado. Alternativamente, uma ou duas das fontes acústicas podem estar no um galhardete e uma ou duas podem estar em uma fonte separada, rebocada, em um galhardete separado. Cada fonte acústica é reconhecida com assinatura de fonte única e individual.

Em contraste, os hidrofones são posicionados próximos aos sensores de campo E, ou seja, posicionados sobre o fundo do mar. Diferentes propriedades de transmissão de som determinam a faixa que pode ser usada entre fonte e receptor. Exemplos:

- Batimetria,

- Reflexões e refrações de som,

- Intensidade de fonte e atenuação,

- Curvatura de raio devido a variações locais em salinidade e temperatura, ou seja, termoclinas, etc., - Propriedades de sinais para ruído do receptor.

A figura 2 mostra em uma maneira esquemática como alguns dos diferentes fatores de limitação interagem para produzir uma área onde um sinal de fonte acústica pode ser recebido. Batimetria e os efeitos de 5 cancelamento de som devidos à reflexão introduzirão uma zona sombreada ao longo do fundo do mar com uma área de prospecção dependente do ângulo de inclinação. Esta distância máxima que pode ser usada é considerada que varia por aproximadamente 1000 metros, se existir uma linha de visão “clara” entre a fonte e elementos receptores. Se a batimetria do leito do mar é acidentada 10 ou ondulada, a faixa pode ser correspondentemente reduzida. A intensidade de fonte, freqüência e relação de sinal para ruído são também fatores contributivos que determinam a faixa máxima detectável entre fonte e receptor. Todavia, os efeitos destes fatores podem ser minimizados por uma seleção crítica dos produtos de hardware.

Outro fator limitativo de faixa é o ângulo entre fonte e os pares

de hidrofones. Se o ângulo horizontal é maior que acima de um dado limite (ou seja, a fonte é próxima ao receptor), os erros nos ângulos de fase para medições de orientação relativas ao plano horizontal são consideráveis. Uma distância mínima para medições de fase horizontais seria tipicamente 20 aproximadamente 100 m para uma fonte acústica rebocada em tipicamente 30 m acima do fundo do mar. A distância mais próxima relativa a este erro será também levada em conta para cálculos de posição espacial e, por conseguinte, mais provavelmente reduzida para um mínimo. De fato, para um ângulo horizontal de 90°, ou seja, diferença de fase zero entre pelo menos um par de 25 hidrofones, a solução de posição está dentro de um plano de superfície perpendicular à linha entre os dois hidrofones. Esta informação de fase zero pode preferivelmente ser utilizada para uma melhor estimativa de posição na estreita vizinhança. Sobretudo, isto conduz a uma dada área anular pastosa dependente de prospecção (a área sombreada na figura 2) em tomo de cada receptor onde a fonte pode ser posicionada, durante o uso das medições de fase para determinar a posição e orientação exatas do receptor.

O dado registrado em cada receptor é descarregado a bordo da embarcação de prospecção depois da finalização da prospecção. As 5 indicações de tempo e medições de fase de cada par de hidrofones são armazenadas como parte dos dados de perfilagem de leito do mar, registrados nos receptores. As posições e orientações relativas são então subseqüentemente calculadas por um pacote de software de navegação, dedicado e proprietário.

A presente invenção pode ser colocada em prática em

inúmeras maneiras e algumas delas serão descritas aqui em maior detalhe com referência às seguintes figuras, nas quais:

a figura 1 mostra esquematicamente a estrutura básica para determinar o posicionamento de um receptor;

a figura 2 mostra a área em tomo de cada receptor onde

medições podem ser feitas;

a figura 3 mostra um receptor sobre a armação com pares de hidrofones, pares de sensores de campo elétrico, tripletos ou pares de sensores magnéticos e uma onda acústica (som) propagando-se para além do receptor;

a figura 4 mostra esquematicamente os diferentes sinais

medidos pelos hidrofones em uma primeira forma de concretização da medição de fase e cálculo; e

a figura 5 mostra esquematicamente os diferentes sinais medidos pelos hidrofones em uma segunda forma de concretização da medição de fase e cálculo.

Com referência à figura 1, é mostrada uma representação básica das posições relativas de uma embarcação 1, galhardete de reboque 2 que inclui dois eletrodos de alta corrente 3, 4. O galhardete também inclui duas fontes acústicas 5, 6 que emitem sinais acústicos em diferentes freqüências e/ou formas de pulso, aqui denominados sinal acústico 1 e sinal acústico 2. A embarcação poderia, alternativamente, rebocar mais que um galhardete com os eletrodos ou fontes acústicas sobre eles (não mostrados). Um receptor 10 é posicionado sobre a armação e foi lançado até o fundo do mar 20. O receptor tem, em princípio, quatro sensores de campo elétrico 11,

12, 13, 14 arranjados substancialmente ortogonalmente em substancialmente o mesmo plano. O receptor pode também ter, em princípio, outros pares de sensores de campo elétrico 15, 16 arranjados substancialmente no plano vertical. Cada sensor 11, 12, 13, 14, 15, 16 tem um hidrofone Hl, H2, H3, H4, H7, H8, respectivamente associados a ele. A armação pode também ter números de pares de hidrofones H5, H6 arranjados em lados opostos da armação (ver figura 3). Outros tipos de sensores podem ser posicionados dentro da armação, relacionados à orientação da armação. Estes são tipicamente sensores de campo magnético e sensores de profundidade e sensores de inclinação e passo e são mostrados como 17, 18, 19 na figura 3.

A embarcação pode ter um transpondor de Linha de Base Ultra Curta (USBL) 21, provido no fundo da embarcação para medir a posição do galhardete eletromagnético, tanto na extremidade frontal quanto na traseira. A embarcação pode adicionalmente ter um outro transmissor 22 com sinal acústico 3, o qual pode ser usado para medir a posição da embarcação 1 em relação ao receptor 10. Este transmissor adicional pode ser ou montado no casco (não mostrado) ou rebocado separadamente do galhardete eletromagnético, como mostrado na figura I. Neste caso, o transmissor rebocado pode ser posicionado em relação à embarcação pelo transpondor de USBL 21.

Como descrito acima, a figura 2 mostra a área preferida em tomo de cada receptor, dentro da qual as medições podem ser otimamente feitas. A formação precisa da área variará de prospecção para prospecção, pois ela é afetada por variáveis tais como intensidade de fonte e atenuação, variações locais em salinidade e temperatura, reflexões de som, etc. Todavia, muitas destas variáveis serão conhecidas e a área preferida pode ser selecionada por meio de software de processamento de navegação, dada a altitude de fonte de reboque atual, tal como aquele dado, como registras do em cada hidrofone, exatamente determina a posição de cada receptor e cada sensor sobre cada receptor.

A figura 3 mostra uma vista superior do receptor 10 montado sobre a armação 25. O receptor compreende braços flexíveis 30, 31, sobre os quais são montados sensores de campo elétrico. Os braços são arranjados para se estender substancialmente ortogonalmente um ao outro dentro do mesmo plano. Todavia, isto não pode ser assegurado depois de o receptor ter sido lançado até o fundo do mar e ângulos podem, por conseguinte, variar ligeiramente, como mostrado na figura 3. Portanto, estão presentes hidrofones Hl H2, H3, H4 associados com cada sensor 11, 12, 13, 14 para medir os sinais acústicos recebidos na posição adjacente ao sensor.

A armação 25 também tem hidrofones H5, H6 montados nos lados opostos. Isto é para medir a orientação do receptor, uma vez quando ele foi assentado sobre o fundo do mar. Para modelação teórica, é normalmente assumido que o fundo do mar é substancialmente plano e que os receptores irão, por conseguinte, ficar situados de modo que os sensores estão, todos, no mesmo plano horizontal. Na prática, isto não será o caso e os hidrofones H5 e H6 determinam a orientação horizontal da armação e, conseqüentemente, também dos sensores que estão posicionados/fixos sobre a armação. Hidrofones H7 e H8 podem ser adicionalmente montados verticalmente um em relação ao outro sobre a armação ou sobre um pólo vertical fixado na armação para determinar a orientação espacial. Um exemplo de montagem vertical H7 e H8 é mostrado na figura 1. A figura 3 também mostra as ondas acústicas ou de som sendo propagadas na direção da seta 40 e a diferença de fase entre dois hidrofones H3 e H4 por meio da seta 50. Descritas abaixo estão duas formas de concretização para o método de analisar e usando os dados para medir a fase entre pares de sinais de hidrofone. A figura 4 mostra esquematicamente os diferentes sinais recebidos por um par de hidrofones de acordo com uma primeira forma de concretização da presente invenção.

De acordo com a primeira forma de concretização, cada dos dois ou, alternativamente, três sinais de fonte acústica é uma mono freqüência modulada de amplitude contínua, também conhecida como um sinal de AM. Faça referência ao sinal acústico 1, sinal 2 e sinal 3 na figura I. Um sinal de AM é designado por duas freqüências, ou seja, a freqüência modulada com a informação de interesse e uma freqüência portadora usável for o meio de transmissão. A seleção das freqüências portadoras é dada pela propagação de som na água do mar e a melhor seleção de correspondentes transceptores e receptores para as atuais profundidades de água e freqüências tipicamente variando entre 12 kHz a 50 kHz. A seleção de freqüências não deve interferir com as comunicações submarinas de prospecção, tais como, por exemplo, comandos de posicionamento de USBL, altímetros e sondas acústicas. O comprimento de onda máximo das freqüências moduladas, na presente invenção, é definido como a metade de comprimento de onda que é igual à distância entre os citados pares de hidrofones. Por exemplo, para um comprimento de braço de sensor de 8 metros e usando o som de velocidade em água como 1500 m/s, a freqüência modulada máxima é aproximadamente 100 Hz. A velocidade verdadeira de som próxima ao fundo do mar pode ser medida e levada em conta para os cálculos.

As fontes acústicas e pares de receptores de hidrofone podem ser associados com a seguinte similaridade de transmissor/receptor de rádio AM. Cada das fontes acústicas é um transmissor de AM de radiodifusão sintonizado para enviar sinais de zumbido de 100 Hz. Cada dos hidrofones é uma antena de rádio de AM. Um par de hidrofones faz uma antena de dipolo direcional de receptores. Todos os componentes eletrônicos depois dos hidrofones são receptores de rádio individuais sintonizados para ouvir programas individuais e, conseqüentemente, capazes de filtrar todos dos outros sinais radio difundidos modulados em AM.

Os hidrofones medem todos os sinais portadores de freqüência individuais quando eles continuamente chegam aos hidrofones. Os sinais são então condicionados por amplificadores de carga individuais e ainda enviados para os filtros passa-banda individuais. Os filtros são projetados de forma que somente uma freqüência portadora pode passar através de cada filtro de passa- banda. O sinal filtrado por passa-banda é então enviado através de filtros de passa-baixa de forma que somente a baixa freqüência de aproximadamente 100 Hz passa através dos mesmos. Por meio deste método, cada conjunto de circuitos de fase de comparação somente detectará o sinal de somente um dos transmissores de fonte acústica designados. Cada dos pares de dois sinais de hidrofone pode ser subseqüentemente comparado em um conjunto de circuitos fora de série onde a diferença de fase é fornecida como sinal analógico escalado como V/grau. Estes sinais de saída analógicos podem ou ser medidos diretamente em canais de entrada analógicos no registrador de dados no fundo do mar nos receptores de Registrador de Leito do Mar ou preferivelmente ser digitalizados em um conjunto de circuitos eletrônicos separado e os resultados de diferença de fase pode ser finalmente exportados em intervalos de tempo real selecionados para o registrador de dados como valores digitais e armazenados como uma parte dos dados de Perfilagem de leito do mar “indicativos de tempo”, registrados.

A figura 5 mostra esquematicamente uma segunda forma de concretização da presente invenção para medir a fase entre um par de hidrofones. Nesta forma de concretização, as diferentes fontes de sinal podem consistir de qualquer tipo de sinal, desde que eles difiram um do outro e o sinal pode ser detectado sobre a faixa requerida e preferivelmente conhecendo sua forma transmitida original e a duração é conhecida. A figura mostra um exemplo de dois sinais aplicáveis, que é construído de uma varredura para cima e o outro de uma varredura para baixo, também chamados "sinal de chilro", com suficiente ciclo de operação, cada a partir de uma fonte individual - fontes acústicas 5,6 na figura I. O sinal será, nesta aplicação, tipicamente varrido através de todas as freqüências variando entre 15-25 kHz sobre um período de tempo de 5 segundos. O sinal pode também ser composto de pulsos simples ou outros diferentes sinais de tipo codificado como "espectro alargado" ou "código deslocado em fase", conhecidos a partir de tecnologias de transmissão em banda larga.

A seleção das freqüências transmitidas é novamente dada pela propagação de som na água do mar e a melhor seleção de transceptores e receptores correspondentes para as atuais profundidades de água e tipicamente freqüências variando entre 12 kHz a 50 kHz. A seleção qualificada de sinal codificado variando sobre uma variedade de freqüências, sob condições normais, não interferirá com outras comunicações submarinas de prospecção, tais como, por exemplo, comandos de posicionamento de USBL, altímetros e sondas acústicas. Depois da medição dos sinais nos hidrofones, os sinais são novamente condicionados por amplificadores de carga individuais e detectados por um "processador de sinal digital" (DSP) com conversores de analógico para digital, já integrados. O DSP é programado para calcular a correlação cruzada entre os diferentes sinais de hidrofone. A diferença de tempo entre as duas saídas máximas da correlação cruzada é uma medida dieta de tempos de chegada relativos ou da diferença de tempo direta pelo conhecimento da velocidade de som que se desloca entre os hidrofones. Os resultados são exportados em intervalos de tempo real selecionados para o registrador de dados como valores digitais e armazenados como uma parte dos dados de perfilagem de leito do mar “indicados em tempo”, registrados.

Este método de DSP tem a vantagem que todas as combinações entre diferenças de fase e/ou tempos de chegada relativos entre números múltiplos de pares de hidrofones podem ser calculadas dentro de um chip. Isto toma os subseqüentes componentes eletrônicos menores, com menos consumo de energia, e tomando o processamento para formar o volume de 3D da área que está sendo prospectada mais fácil.

A presente invenção provê um aparelho e um método para determinar exatamente as posições relativas da embarcação, fonte eletromagnética e receptores no mesmo quadro de tempo e permitindo assim a determinação de um volume em 3-D da área sendo prospectada, depois de os resultados da prospecção de EM terem sido analisados. O aparelho e método da presente invenção não danificam o sensível equipamento sensor usado em Prospecções por perfilagem do leito do mar e também permitem que a posição do receptor seja medida ao mesmo tempo em que os sinais eletromagnéticos estão sendo transmitidos e recebidos pelos sensores - ou seja, em um único passe.

Para que um exato volume em 3-D seja determinado, é necessário ter posicionamento exato tanto de fonte quanto de receptor. A invenção determina as posições relativas e geometria de embarcação, fonte eletromagnética e receptores no mesmo quadro de tempo. As posições relativas são associadas com as posições verdadeiras das coordenadas do mundo por meio de posicionamento de embarcação de superfície, como por meio do "Sistema de Posicionamento Global". Satélites de GPS são comumente referências usadas hoje em dia. Uma seleção de dois ou mais receptores de fundo de mar pode adicionalmente ser posicionada mais exatamente por outros métodos de prospecção padronizados, tais como, por exemplo, triangulação e giro da embarcação no topo de cada receptor selecionado para anular desalinhamento e erros de posicionamento de USBL. Este é normalmente um processo demorado e inadequado, se muitos receptores forem colocados sobre uma área de uma prospecção. Todavia, conhecendo a posição mais exata de poucos receptores irá ajudar em aperfeiçoar a associação das posições de rede relativas às posições verdadeiras das coordenadas do mundo.

Para uma fonte de perfilagem de leito do mar, a incerteza dos ângulos de orientação de fonte deve ser menor que 2 graus. Por exemplo, se o comprimento de antena é 300 metros, isto significa que as posições relativas de cabeça e base da antena devem ser conhecidas dentro de 15 metros. A incerteza da temporização deve ser menor que 4 ms a fim de produzir a fase correta. A fim de produzir amplitudes corretas, o desvio em temporização é requerido que seja menor que 1 ms.

A incerteza da posição de fonte paralela ao leito do mar deve ser menor que 13 metros. A incerteza em profundidade de fonte deve ser menor que 7,5 metros. A incerteza da elevação de fonte deve ser menor que 7,5 metros e a incerteza do comprimento de fonte deve ser menor que 5 porcento. A incerteza da corrente de fonte deve ser menor que 5 porcento e finalmente o desvio padrão relativo da fonte deve ser menor que 0,02.

Estão presentes similarmente altas exigências para cada dos receptores de perfilagem de leito do mar. A incerteza de ângulos de orientação dos receptores deve ser menor que 2 graus. A incerteza da temporização deve novamente ser menor que 4 ms a fim de produzir a fase correta, para reduzir amplitudes incorretas contra deslocamentos, o desvio em temporização é requerido que seja menor que 1 ms. A incerteza da posição de receptor deve ser menor que 13 metros na direção horizontal e menor que 7,5 metros em profundidade. A incerteza das distâncias de eletrodo deve ser menor que 5 porcento (40 cm com 8 metros de separação de eletrodo nominal).

Pela determinação das posições da fonte eletromagnética e receptores até tal exatidão, é possível determinar o volume de 3-D para a área sendo prospectada. Em particular, o método e aparelho da presente invenção provêm medições que satisfazem a exigência que a contribuição para incerteza no campo eletromagnético medido deve ser menor que cinco porcento de todas as fontes de erro.

Claims (20)

1. Sistema acústico de escuta passivo, caracterizado pelo fato de que compreende: meios de fonte para prover sinais acústicos contínuos, pulsados ou codificados por pulso em duas ou mais freqüências diferentes; e pelo menos dois sensores acústicos ou hidrofones, ditos sensores acústicos ou hidrofones compreendendo meios para detectar dito sinal acústico e meios para registrar o sinal detectado.

2. Sistema de perfilagem de leito do mar, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte eletromagnética; um ou mais receptores eletromagnéticos e um sistema acústico de escuta passivo como definido na reivindicação 1.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os hidrofones são fixados aos receptores.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2 ou reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o receptor é suportado sobre uma armação rígida e dita armação tem pelo menos dois hidrofones fixados.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os hidrofones são fixados em lados opostos da armação.

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente transpondores na fonte eletromagnética e/ou nos receptores.

7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que os receptores e/ou armações incluem adicionalmente sensores de profundidade e/ou de inclinação e/ou de passo.

8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 7, caracterizado pelo fato de que os receptores eletromagnéticos ainda incluem sensores magnéticos.

9. Método para determinar exatamente a posição de uma fonte eletromagnética rebocada e um ou mais receptores eletromagnéticos para uso em uma prospecção por perfilagem de leito do mar; os receptores incluindo pelo menos um sensor acústico ou hidrofone associado estreitamente com cada sensor eletromagnético, caracterizado pelo fato de que compreende abaixar cada receptor na água do mar e permitir que ele afunde até o fundo do mar; ativar uma primeira fonte acústica em um primeiro sinal de fonte e medir a posição, tempo e movimento da primeira fonte acústica, ativar uma segunda fonte acústica em um segundo sinal de fonte e medir a posição tempo e movimento da segunda fonte acústica, registrar simultaneamente os sinais acústicos detectados em cada hidrofone tanto no primeiro quanto no segundo sinais, e passar os dados medidos para um computador central para calcular a diferença de fase ou tempo de chegada entre pares de hidrofones.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a fonte acústica é rebocada a uma distância do fundo do mar de entre 5-100 m, 10-70 m, 15-50 m, 15-40 m ou 20-30 m.

11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que os receptores e/ou a armação sobre a qual eles são montados incluem adicionalmente um ou mais transpondores.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que a armação inclui um ou mais componentes adicionais selecionados de: sensores de orientação, sensores de profundidade, de inclinação e de passo, sensores magnéticos e hidrofones.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que estão presentes duas ou mais fontes acústicas.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as duas fontes acústicas são posicionadas sobre um galhardete de fonte eletromagnética, rebocado detrás de uma embarcação.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma ou mais fontes acústicas estão sobre um galhardete de fonte eletromagnética e uma ou mais são rebocadas sobre um galhardete separado.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma fonte acústica está sobre a embarcação de superfície ou sobre um corpo rebocado separado relacionado próximo para posicionamento da embarcação de superfície.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado pelo fato de que as medições de fase são registradas e armazenadas como dados indicativos de tempo no sistema.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que as medições de fase são processadas na embarcação depois de todos os dados de prospecção terem sido coletados e baixadas.

19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 18, caracterizado pelo fato de que os sinais acústicos são selecionados de sinais contínuos, pulsados ou codificados.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que os sinais codificados são sinais varridos para cima ou para baixo (sinais de chilro) ou de espectro alargado ou de código deslocado em fase.