CN1321250A - 海洋地震拖缆定位控制系统 - Google Patents

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Abstract

公开了控制拖缆定位装置(18)的方法,该配置的拖缆定位装置与海洋地震拖缆(12)连接,由地震勘测航船(10)拖动,并具有翼和用于改变该翼方位的翼马达。该方法包括以下步骤:获得拖缆定位装置的估算速度,利用拖缆方位装置的估算速度来计算所述翼方位上所希望的变化量,以及启动翼马达,以便在翼方位上产生所述所希望的变化。本发明还涉及一种控制拖缆定位装置的装置,它包括:获得拖缆定位装置估算速度的装置,利用拖缆方位装置的估算速度来计算翼方位上所希望的变化量的装置,以及启动翼马达以便在翼方位上产生所希望的变化的装置。

Description

海洋地震拖缆定位控制系统
发明技术背景
本发明涉及控制地震数据采集设备的系统，特别是涉及用于控制海洋地震拖缆定位装置的系统。
海洋地震拖缆为长条状的电缆形结构，通常可达几千米长，它包括称作水听器的地震传感器阵列，以及沿拖缆长度联接的电子设备，该拖缆用于海洋地震勘测。为进行3D海洋地震勘测，在地震勘测航船后面大约5节处拖有多条这样的拖缆，该勘测航船还拖有一个或多个地震源，通常为气枪。由地震源产生的声音信号被导向下方，通过海水进入地壳深处，在那里声音信号被各地层反射。反射信号由水听器接收，然后被数字化并被处理，以便建立地下地质状况的表象。
通常由位于拖缆前端或头端的偏导仪和位于拖缆后端或尾端的尾浮筒控制拖缆的水平位置。这些装置在拖缆上产生控制拖缆运动并使拖缆约略呈直线形的拉力。横向水流和瞬态作用力使拖缆弯曲并成波浪形，由此将偏移引入了该所希望得到的直线形。
为促进消除不希望得到的水面“虚反射”，通常在10米左右的恒定深度拖动拖缆。为将拖缆保持在该恒定深度，通常在沿偏导仪和尾浮筒之间的每条拖缆的多个位置悬挂称为吊舱(birds)的控制装置，吊舱间的间隔通常在200到400米间变化。吊舱具有称作翼的水动力偏导表面，当它在水中被拖动时，它能控制拖缆位置。当吊舱仅用于深度控制的目的时，吊舱可以利用一个集成压力传感器来定期感应其深度，并且吊舱内的局部控制器可以调整翼角度，以便仅利用从中央控制系统收到的所希望深度值将拖缆保持在所希望的深度附近。
虽然迄今使用的大多数吊舱仅能控制拖缆深度，但可利用精确控制水平转向的吊舱、特别是利用我们公开的PCT国际申请No.WO98/28636中披露的水平和垂直可控制型吊舱能得到附加益处。通过利用精确控制的水平可控吊舱得到的益处包括：减少了水平方向不在适当位置的情况，这时需要重新获得特殊区域(即加密发射(in-fill shooting))内的地震数据，减少了相邻拖缆缠结的可能性，以及减少了3D地震勘测中结束一个通道并开始另一个通道时地震勘测航船转向所需要的时间。
可以预计的是，水平方向未在适当位置的情况降低了当时3D地震勘测工作约5％到10％的效率，这依赖于天气和水流状况。虽然相邻拖缆缠结的事故相对较少，但当其发生时总是致使航船长期停工。与地震勘测航船转向相关的效率损失将很大程度上依赖于地震勘测的线路安排，但通常估计范围为5～10％。仿真实验推断出精确控制的水平可控吊舱应该能减少约30％的该类费用。
正如英国专利GB2093610B中所公开的，用于控制水平可控吊舱的一个系统是利用手动中央控制系统来向吊舱发送任何翼角度变化所需的大小和方向。虽然该方法大大简化了吊舱自身内所需的电路，但对于这种精密调节吊舱水平位置的系统，由于需要人工输入和监督，因此实质上是不可能的。当同时配备了大量拖缆，并且必须被控制的吊舱数目相应增加时，这就成为特别突出的问题。
在我们公开的PCT国际申请WO98/28636中公开了另一种控制水平可控吊舱的系统。利用该类型的控制系统，就可以从远程控制系统接收需要的水平位置和实际水平位置，然后吊舱内的局部控制系统利用这些位置信息来调整翼角度。每5到10秒就确定一次吊舱的实际水平位置，在进行测量和确定实际拖缆位置之间会有5秒钟延迟。虽然该类系统能提供吊舱翼角度更为自动化的调节，但是位置测量间的延迟时间和相对较长的周期会妨碍该类控制系统迅速而有效地控制吊舱的水平位置。由此希望有一种用于控制该类型拖缆定位装置的更为确定性的系统。
由此，本发明的一个目的是提供一种用于控制拖缆定位装置的改进的方法和装置。
本发明的一个优点是拖缆位置可得到更好地控制，由此减少了加密发射的需要，减少了拖缆缠结的可能性，并减少了地震勘测航船转向所需的时间。
本发明的另一个优点是大大减少了与拖缆位置过调和拖缆定位误差有关的海洋地震数据中的干扰。
发明概述
本发明涉及控制拖缆定位装置的方法，其中拖缆定位装置连接在海洋地震拖缆上，并由地震勘测航船拖动，该拖缆定位装置还具有翼和用于改变翼方位的翼马达。该方法包括下列步骤：获得拖缆定位装置的估算速度，利用拖缆定位装置的估算速度计算翼方向上所希望的改变量，以及启动翼马达以产生翼方向上所希望的改变量。本发明还涉及控制拖缆定位装置的装置。该装置包括用于获得拖缆定位装置估算速度的装置，利用拖缆定位装置的估算速度估算翼方向上所希望的改变量的装置，和启动翼马达以产生翼方向上所希望的改变量的装置。参照下面的详细描述和附图将能更好地理解发明及其优点。
附图简要说明
图1是地震勘测航船和相关地震数据采集设备的示意图；
图2是穿过海洋地震拖缆和相连的拖缆定位装置的水平剖视示意图；
图3是穿过图2拖缆定位装置的垂直剖视示意图；以及
图4是图2拖缆定位装置的局部控制系统结构示意图。
发明详细描述
在图1中示出了拖有8条海洋地震拖缆12的地震勘测航船10，例如每条拖缆长3000米。阵列中最外侧拖缆12相隔700米远，导致在所示固定水平间隔的结构中，拖缆间的水平间距是100米。也示出了通常为气枪或气枪阵列的地震源14，它由地震勘测航船10拖带。在每条拖缆12的前端示有偏导仪16，在每条拖缆的尾部示有尾浮筒20。偏导仪16一般水平地设置在最接近地震勘测航船10的拖缆末端，而尾浮筒20在离地震勘测航船10最远的拖缆末端产生拉力。由偏导仪16和尾浮筒20在地震拖缆上产生的拉力致使图1所示的地震拖缆12大致呈直线形。
位于偏导仪16和尾浮筒20之间有多个叫做吊舱18的拖缆定位装置。该吊舱18优选地既可水平转向，又可垂直转向。这些吊舱18沿拖缆以固定间隔布置，例如每200到400米。垂直和水平可控吊舱18可控制位于偏导仪16和尾浮筒20间的地震拖缆12在垂直(深度)和水平方向的形状。
在本发明的优选实施例中，吊舱18的控制系统分布在全局控制系统22和局部控制系统之间，全局控制系统位于地震勘测航船10上或在其附近，而局部控制系统位于吊舱18内或在其附近。全局控制系统22通常与地震勘测航船的导航系统相连，并从导航系统获得例如系统范围参数(system wide parameters)的估算，例如航船拖动方向和速度，以及水流方向和速度。
对于控制系统最为重要的要求是防止拖缆缠结。该要求随着拖动设备的复杂性和总体价值的增加而变得愈加重要。工业上的发展趋势是在每艘地震勘测航船10上设置更多的拖缆12，并减少拖缆间的水平间隔。为获得对拖缆12的更好控制，水平控制变得必要。如果吊舱18没有得到适当控制，水平控制就会增加而不是减少相邻拖缆缠结的可能性。局部水流波动能显著地影响正确定位拖缆所需的侧面控制的幅度。为了补偿这些局部水流波动，本发明的控制系统利用分布式处理控制结构和基于预报运行状态模型的控制逻辑来正确控制拖缆定位系统。
在本发明的优选实施例中，全局控制系统22监控每个吊舱18的实际位置，并利用所希望的位置或所希望的地震拖缆12间的最小间隔设计方案。例如，可利用在我们的美国专利号4992990或我们的PCT国际专利申请号WO98/21163中公开的一种声音定位系统得到吊舱18的水平位置。可以替换或可以补充的是，使用基于卫星的全球定位系统设备来确定设备的位置。如下所述，通常利用与吊舱18相连的压力传感器监控吊舱18的垂直位置。
全局控制系统22优选地保持每条地震拖缆12的动态模型，并利用吊舱18的所希望位置或实际位置来粗略计算最新的希望垂直和水平作用力，吊舱将该作用力施加给地震拖缆12，以便使拖缆从其实际位置移动到所希望位置。因为地震拖缆12的移动会引起噪声(既来自海水流过吊舱翼结构，又来自横向水流流过拖缆外壳本身)，所以重要的是控制拖缆的移动，并保持正确定位拖缆所需的最小校正量。任何拖缆定位装置控制系统都会一贯地过度估算所需的校正类型，并使吊舱将其需要的位置调整过头，这将使不希望的噪音引入到由拖缆采集的地震数据中。在当前系统中，该种过度校正噪音总是不能与拖缆12中地震传感器从其所希望位置移动时引起的“噪音”或“拖尾效应”相抵。
全局控制系统22基于每条拖缆的运行状态估算所希望的垂直和水平作用力，并也考虑整个拖缆阵列的运行状态。由于相对低的采样率和与水平位置测定系统相关的时间延迟，全局控制系统22运行位置预测程序软件来估算每个吊舱18的实际位置。全局控制系统22还检查从航船导航系统收到的数据，如果数据丢失，它还要补充这些数据。全局控制系统22和局部控制系统之间的接口通常以至少0.1Hz的采样频率运行。全局控制系统22通常将从航船导航系统采集以下参数：航船速度(m/s)，航船方向(度)，水流速度(m/s)，水流方向(度)，以及航船固定坐标系中每个吊舱在水平面上的位置。基于由吊舱18作用在拖缆12上的平均作用力也可以估算水流速度和方向。全局控制系统22优选地将下列数值发送到局部吊舱控制器：需要的垂直作用力，需要的水平作用力，拖动速度，以及横向水流(crosscurrent)速度。
拖动速度和横向水流速度优选为“以水为参考”的值，这些值是由航船速度和方向值、水流速度和方向值以及任何地震勘测航船10和吊舱18(例如航船转向时)间的相对运动计算出的，由此产生吊舱18相对于“同向(in-line)”和“横向(cross-line)”水的相对速度。可以替换的是，全局控制系统22能为局部控制系统提供水平速度和水流动的角度(water in-flow angle)。在控制系统运行期间，该作用力和速度值作为每条拖缆12上每个吊舱18的个别值由全局控制系统22连续传送。
另外，可利用直接设置在吊舱18上的流量计或其它类型的水流速传感器测定“以水为参考”的拖动速度和横向水流速度。尽管这种传感器通常非常贵重，但该种速度测定系统的一个优点是所传感的同向和横向速度能从本质上补偿作用在所述拖缆定位系统上的洋流速度和方向，并补偿航船10和吊舱18间的相对运动。
图2表示一种吊舱18，该吊舱能够在垂直和水平方向上控制地震拖缆12的位置。在我们的PCT国际申请WO98/28636中也公开了该类型的吊舱18。尽管一定数量可选择的垂直和水平可控吊舱18是可能的，其包括那些利用一个具有副翼的全动(full-moving)翼，三个全动翼，以及四个全动翼，但从概念上独立双翼的原理是最简单也是最稳固的设计。
在图2中，地震拖缆12的一部分示有附加吊舱18。通信线路24由一束光纤数据传输电缆和电力传输线构成，该通信线24沿地震拖缆12的长度设置，它连接地震传感器，即水听器26，并连接吊舱18，其中水听器沿拖缆的长度分布。吊舱18优选地具有一对能独立移动的翼28，该翼与可转动轴32相连，通过翼马达34转动可转动轴32，该可转动轴32使翼28相对于吊舱舱体30的方位发生变化。当吊舱18的轴32不水平时，该转动引起翼28的水平方位变化，由此改变了由吊舱施加给拖缆12的水平作用力。
马达34可由能够改变翼28方位的任何一种装置构成，它们优选地为电动马达或液压传动装置。通过计算翼角度上希望的改变量，然后通过选择性地驱动马达34来实现该变化量，由此局部控制系统36控制了翼28的运动。虽然所描述的优选实施例为每个翼28使用了独立式电动机34，但也可以利用一个马达34和可选择的可驱动传动机构来独立地移动翼28。
当吊舱18利用两个翼28来产生作用于拖缆12的水平和垂直作用力时，局部控制系统36的所需输出就相对简单，每个翼28所需的翼运动的方向和幅度，或需要驱动马达34来产生该翼运动的等同大小和方向。虽然对于这样两个全运动翼的设计局部控制系统36所需的输出非常简单，但协同控制装置所需的整个系统的结构和操作就会相对复杂。
图3表示穿过图2所示拖缆定位装置的垂直剖视示意图，它使本发明控制系统的运行得以更详细地描述。图3所示吊舱18的部件包括翼28和舱体30。在图3中也示出了水平坐标轴38和垂直坐标轴40。在拖缆定位控制系统运行期间，全局控制系统22优选地以一定间隔(例如每五秒种)向局部控制系统36传送所希望的水平作用力42和所希望的垂直作用力36。
所希望的水平作用力42和所希望的垂直作用力44在局部控制系统36内合并，以便计算所需合力46的大小和方向，该合力是全局控制系统22控制局部控制系统施加给拖缆12的。全局控制系统22能为局部控制系统36选择性地提供所需合力46的大小和方向，而不是所希望的水平作用力42和所希望的垂直作用力44。
虽然优选由全局控制系统22计算所希望的水平作用力42和所希望的垂直作用力44，但本发明控制系统中的局部控制系统36也可以利用局部位移/力转换程序来计算一个或两个这种力。例如，该类局部转换程序使用查阅表或转换程序，它们能将某一垂直或水平位移的大小和方向与某一所需变化的垂直或水平作用力大小和方向联系在一起。利用该类型的实施例，全局控制系统22能将位置信息、而不是作用力信息传送到局部控制系统36。全局控制系统22能传送所希望的垂直深度，而不是所希望的垂直作用力44，而局部控制系统36能计算所希望深度和实际深度间偏差的大小和方向。类似地，全局控制系统22能传送吊舱18所希望的水平位置和实际水平位置间位移的大小和方向，而不是传送所希望的水平作用力42。该替代型系统的一个优点是当局部控制系统从集成压力传感器收到更新的深度信息时，所需垂直作用力能得到迅速更新。该替代型系统的另一个优点包括：减少了通信线24中的通信拥堵，并简化了将所测垂直和/或水平位移转换成由吊舱18施加的相应作用力所需的程序。
当局部控制系统36具有新的将被施加的所希望水平作用力42和所希望垂直作用力44时，翼28通常不会在适当方位提供所需的所希望合力46的方向。从图3中可以看到，翼28将作用力沿垂直于翼28的转动轴和垂直于拖缆12的轴传入拖缆。当从全局控制系统22收到或由局部控制系统36确定的新所希望的水平和垂直作用力值时，该力轴48通常不会与所希望的合力46完全对准成直线，并且在吊舱18能产生该所希望的合力46之前需要吊舱的一些转动。可以看到，力轴与吊舱旋转角度直接相关，在图3中表示为φ。
通过将所希望的合力46投影到力轴48上(即所希望合力的大小乘以偏移角50的余弦值)产生中间所希望的力52，然后通过调整翼公共角α(翼相对于吊舱舱体30的角度，或如果存在非零张角，则指平均角度)产生沿力轴的力大小，局部控制系统36能调整优化控制过程。将该计算得到的所希望公共翼角度与当前公共翼角度作比较，以便计算在公共翼角度上所希望的变化量，然后启动翼马达34来实现该翼方位上所希望的变化。
然后将张角引入翼28，以产生吊舱舱体30的旋转运动(即转动力轴48，使其与所希望的合力46对准成一线)。在相对于吊舱舱体30的翼28的角度中，张角是不同的。随着吊舱舱体30转动、并且力轴48变得与所希望的合力46接近成一线时，监控吊舱旋转角度和吊舱旋转角速度，张角被递增地减小，而公共角度递增地增加，直到中间(intermediate)所希望的作用力52与所希望合力在同一方向，且具有同样大小。局部控制系统36仔细地调整张角，以保证拖缆在自由旋转角度内稳定。也通过局部控制系统36调整该计算所得的公共翼角度和张角，以防止翼28停转，并保证张角优先化。
当利用我们公开的PCT国际申请WO98/28636中描述的吊舱类型时，其中吊舱18与拖缆12刚性连接，但不能相对于拖缆12转动，这对于控制系统考虑拖缆缠绕是很重要的。如果不考虑这些，吊舱18能利用所有可得的张角来反对拖缆12缠绕。而后吊舱12就不能达到所要求的转动角度，所产生的作用力也减少。为处理该情况，本发明的控制系统包括两种功能：抗缠绕功能和解缠功能。
在抗缠绕功能方面，为提高估算频带宽度，通过加权函数过滤张角测量值而不是求张角测量值的平均值来估算拖缆的缠绕。当估算的缠绕达到极限值并然后超过所计算的转动角度的正常最短路径控制时，该抗缠绕功能起作用。通过向所要求的转动角度加上+/-180度，抗缠绕功能迫使吊舱18以缠绕的相反方向转动。一旦缠绕已经减少到可以接受的值，抗缠绕功能就不起作用，并继续进行正常最短路径计算。
由全局控制系统22完成解缠功能，该全局控制系统监控每条拖缆12上所有吊舱18的张角。以一定间隔或当张角达到极限值时，全局控制系统22控制每个局部控制系统36以缠绕的相反方向转动。监控由吊舱18作出的转动量，并且一旦缠绕达到可接受的水平，解缠功能就不再其作用。
图4是吊舱18局部控制系统的结构示意图。局部控制系统36由以下部件构成：中央处理器54，它具有EEPROM56和RAM58存储器，与一对马达驱动器62相连的输出/输入子系统60，以及模数转换器66。马达驱动器62与翼马达34相连，并启动翼马达34产生相对于吊舱舱体30的翼28所希望的方位变化。
翼马达34/翼28部件也与翼位置指示器64相连，该指示器感应翼的相对位置，并将测量值提供给模数转接器66，模数转换器66将翼位置指示器64的模拟测量值转换成数字格式，并将这些数字值输送到中央处理器54。可以使用多种类型的翼位置指示器64，包括角度或位移电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、霍尔式传感器或磁阻式(magneto-restrictive)传感器。
水平加速计68和垂直加速计70彼此相关地设置在适当角落，它们也连接于模数转换器66，并且这些加速计传输测量值，该测量值能使中央处理器54确定吊舱18的转动角度和转动速度。也可使用角速度振动速度陀螺仪(速度陀螺仪)来测量吊舱18的振动速度。温度传感器72与模数转换器66连接，以便提供温度测量值，该温度测量值能校正水平加速计68和垂直加速计70。
压力传感器74也与模数转换器66连接，以便为中央处理器54提供吊舱18处的水压测量值。为计算适当的深度值，必须对测得的压力值进行滤波，以便限制波浪带来的扰动。在本发明控制系统中利用加权函数滤波器作这些工作，加权函数滤波器能避免由平均值滤波器带来的较大相位移。本发明的控制系统使用差动加权压力滤波模式，而不是利用瞬时深度值或简单计算给定时间内的平均深度值(并由此给深度值带来大的相位移)。首先，通过将压力传感器的读数除以海水密度和重力加速度而将压力值转换成深度值。然后利用加权函数滤波器为这些深度值过滤。通常递增的权重函数值范围是从0.96到0.90(采样计权(sample weights)是1.0、0.9、0.81、0.729等)，滤波器通常处理至少100秒时间内收到的深度值。
中央处理器54也与RS485通信单元76相连，通过沿拖缆12传递的通信线24，该通信单元使信息在局部控制系统36和全局控制系统22间交换。例如，RS485总线利用神经元芯片(Neuron chips)来控制数据传输，其中神经元芯片利用局域网协议进行通信。
优选地，中央处理器54及其相连的部件包括MicroChip17C756处理器。该类型的微处理器具有非常低的供电要求，并具有双UART芯片，12个通道，10比特ADC芯片，908×8RAM,16K×16ROM，以及50个数字I/O通道。在中央处理器单元54上运行的软件通常由两个单元组成，即局部控制单元和硬件控制单元。通常不可能将这两个程序单元预装入EEPROM56中，并且可能无需打开吊舱18就能更新这些程序单元。由此芯片存储器一开始仅包含一个引导程序，该程序能通过RS485通信单元76将软件单元装入到外部存储器中。外部存储器(EEPROM56)通常是一种非易失性的存储器，由此每次断电后无需再重装这些程序单元。
中央处理器单元54必须能足够快地运行局部控制系统软件，以确保有效局部吊舱控制所需的采样频率。例如，这意味着采样速度为10Hz，这可能比全局控制系统22和局部控制系统36间通信的采样速度快10到100倍。如上所述，中央处理器单元54也收到来自设置于吊舱18上的传感器的数据。感应值包括吊舱转动角度、吊舱转动角速度(转动速度)、翼角度、以及水的静压力。这些值通常以至少10Hz的采样速度传送到中央处理器单元54。利用RS485通信单元76将以下数值从局部控制系统36传送到全局控制系统22：测得的转动角度，测得的转动速度，测得的翼角度，测得地水压，计算出的深度，以及计算出的翼作用力。
系统设计有一个备用系统以提高其总可靠性。吊舱18通常具有备用通信通道，例如通过覆盖(overlaying)除电源线电流之外的备用控制信号。该备用通信通道是特别重要的，原因是在传向吊舱18的通信丢失的情况下，如果没有备用通道，将没有办法控制吊舱18将拖缆带到水面，所以备用通道能修理或代替损坏的通信设备。
与先前的拖缆定位装置控制系统相比，该控制系统通过确定性的计算将所希望的水平作用力42和所希望的垂直作用力44转换成所希望的转动角φ和所希望的公共翼角度α，而不是“递增变化/测得响应/基于测得响应的进一步递增变化”型的反馈控制电路。以上面描述图3的正文中所讨论的方式计算所希望的转动角度φ。例如，沿力轴48并由翼28施加的作用力F的大小可通过下列公式确定性地计算：
F=1/2ρ*A*CL(V拖cos(α)-V水流sin(α))2
其中：
ρ=水密度
A=翼面积
CL=翼升力系数
α=公共翼角度
V拖=拖动速度
V水流=横向水流速度
利用计算出的系数能进行类似的确定性计算，其中该系数结合了吊舱18的拖动速度。例如，增益系数GF可按下式计算：
GF=1/2p*A*CL(V拖)2
将其简单地乘以cos(α)2来估算应施加于给定公共角度的力。
本发明控制系统的一个有利要素是利用吊舱18的估算速度来计算翼28方位上所希望的变化量，而不是简单地依赖于不考虑航船速度而以相同方式运行的反馈电路类型的控制系统。因为由翼28产生的作用力与装置速度的平方成正比，所以通过利用装置的估算速度能更为精确地计算翼方位上所希望的变化量。
本发明的控制系统基于位于地震勘测航船10上的全局控制系统22和位于吊舱18的局部控制系统36之间所分配的职责。全局控制系统22的任务是监控拖缆12的位置，并向局部控制系统36提供所希望的作用力或所希望的位置信息。位于每个吊舱18内的局部控制系统36的责任是调整翼张角，以便将吊舱转动到适当位置，并调整翼的公共角度，以便产生所需的所希望合力的大小。
本发明的控制系统将首先以两种不同的控制模式运行：周期变距(feather)角度控制模式和转向控制模式。在周期变距角度控制模式中，全局控制系统22努力使每条拖缆保持在与拖动方向间隔某个周期变距角度的一条直线上。既可以通过使用测流计手动输入周期变距角度，也可以基于平均水平吊舱作用力利用估算值来输入周期变距角度。只有当横向水流速度非常小时，才能将周期变距角度设定为零，并且所希望的拖缆位置与拖动方向对准成精确直线。
当在3D地震勘测中结束一个通道并开始另一个通道时使用转向控制模式，有时称之为“变线”。转向控制模式由两个阶段构成。在转向的第一阶段，每个吊舱18通过产生与转向方向相反的作用力，试图“脱开”拖缆12。在转向的最后阶段，控制吊舱18定位于由周期变距角度控制模式限定的位置。通过这些工作，就能达到比较稳固的转向，并能实质性地减少航船和设备的转向时间。在转向模式期间，通常用深度来分离相邻拖缆，以避免转向时可能的缠结，并在完成转向后拖缆尽快回到平常深度。航船导航系统通常将开始投出拖缆12和开始将拖缆弄直的时刻通知给全局控制系统22。
在极端恶劣的气候条件下，本发明的控制系统也能运行拖缆分离控制模式，该分离控制模式努力将拖缆缠结的风险减到最小。在该控制模式中，全局控制系统22努力使相邻拖缆间的距离最大化。通常用深度分离拖缆12，并将最外面的拖缆定位成相互间尽可能远。然后内侧拖缆在该最外侧拖缆间匀称地间隔开，即每个吊舱18收到所希望的水平作用力42或所希望的水平位置信息，该信息控制吊舱18在其相邻拖缆间的中点位置。
虽然上述本发明控制系统的实施例示出连有“吊舱”类的拖缆定位系统，但容易理解的是也可以将控制系统的方法和装置连接上描述为“偏导仪”或转向“尾浮筒”的拖缆定位装置，原因是这些装置既可以设置在拖缆12的头端，也可以设置在拖缆12的尾端。
本发明包括在此公开的任何新特征或新特征的组合，即既包括明示的，也包括隐含的。

Claims (24)

1．一种控制拖缆定位装置的方法，该拖缆定位装置适合于设置在海洋地震拖缆上，由地震勘测航船拖动，并具有一个翼和用于改变所述翼方位的翼马达，所述方法包括以下步骤：
获得所述拖缆定位装置的估算速度，
利用所述拖缆方位装置的所述估算速度来计算所述翼方位上所希望的变化量；以及
启动所述翼马达，以便在所述翼的所述方位上产生所述所希望的变化。
2．根据权利要求1所述的方法，其中所述估算速度是利用从地震勘测航船导航系统收到的航船速度计算的。
3．根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中所述估算速度是以水为参考拖动速度，该以水为参考拖动速度能补偿作用在所述拖缆定位装置上的洋流的速度和方向。
4．根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中所述估算速度能补偿所述地震勘测航船和所述拖缆定位装置间的相对运动。
5．根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中所述计算所述翼方位上所希望的变化量的步骤进一步使用所述拖缆定位装置上的横向水流速度的估算。
6．根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中调整计算所述翼方位上所希望的变化量的所述步骤，以防止所述翼停转。
7．根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中通过位于所述地震勘测航船上或在其附近的全局控制系统调整计算所述翼方位上所希望的变化量的所述步骤，该全局控制系统可以配置成周期变距角度模式，其中所述全局控制系统努力控制所述拖缆定位装置将所述海洋地震拖缆保持在从所述海洋地震航船拖动方向间隔某一周期变距角度的直线上，并可配置成转向控制模式，其中所述全局控制系统控制所述拖缆定位装置在转向开始时产生与转向方向相反的作用力。
8．根据权利要求7所述的方法，全局控制系统可进一步配置成拖缆分离模式，其中所述全局控制系统努力控制所述拖缆定位装置保持由所述地震勘测航船拖动的相邻海洋地震拖缆间最小的分隔距离。
9．根据在前权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在地震勘测航船上显示所述拖缆定位装置位置的步骤。
10．根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中所述拖缆定位装置连接在所述海洋地震拖缆上，并且不能相对于所述海洋地震拖缆转动，还进一步包括监控所述海洋地震拖缆缠绕的步骤，并包括为减少所述缠绕而计算所述翼方位上所希望的改变量的步骤。
11．根据在前权利要求中任一项所述的方法，进一步包括获得所述拖缆定位装置当前位置估算的步骤，和获得所述拖缆定位装置所希望的位置的步骤。
12．根据权利要求11所述的方法，其中利用所述定位装置的当前位置和所述定位装置的所述所希望位置的所述估算来产生由所述拖缆定位装置施加给所述拖缆的所希望作用力。
13．根据权利要求12所述的方法，其中将所述所希望的作用力投影到当前力轴上，并且计算翼方位，该翼方位将以所述估算的速度产生所述投影作用力。
14．根据权利要求13所述的方法，其中拖缆定位装置转动以便使当前力轴与所述所希望作用力成一直线，并且在当前力轴变得与所述所希望作用力非常接近成一直线时，改变所述翼的方位。
15．一种控制拖缆定位装置的装置，该拖缆定位装置适合于连接在海洋地震拖缆上，由地震勘测航船拖动，并具有一个翼和用于改变所述翼水平方位的翼马达，所述装置包括：
获得所述拖缆定位装置估算速度的装置，
利用所述拖缆方位装置的所述估算速度来计算在所述翼的所述方位上所希望的变化量的装置；以及
启动所述翼马达以便在所述翼所述方位上产生所述所希望的变化的装置。
16．根据权利要求15所述的装置，其中所述翼是第一个翼，而所述拖缆定位装置进一步具有第二个翼，所述第一个翼和所述第二个翼能独立活动。
17．根据权利要求15或16中任一项所述的装置，其中所述拖缆定位装置与所述海洋地震拖缆刚性连接，并且该拖缆定位装置不能相对于所述海洋地震拖缆转动。
18．根据权利要求15到17中任一项所述的装置，进一步包括确定所述拖缆定位装置角速度的装置。
19．根据权利要求15到18中任一项所述的装置，其中所述全局控制系统位于所述地震航船上或在其附近，局部控制系统位于所述拖缆定位装置内部或在其附近，所述全局控制系统和所述局部控制系统利用沿所述海洋地震拖缆传递的通信线通信。
20．根据权利要求19所述的装置，其中所述局部控制系统的程序单元可从所述通信线上下载。
21．根据权利要求19或20所述的装置，进一步包括位于所述全局控制系统和所述局部控制系统间的备用通信通道。
22．根据权利要求19到21中任一项所述的装置，其中所述局部控制系统具有比所述通信线数据传送速度至少快10倍的循环速度。
23．根据权利要求19到22中任一项所述的装置，其中所述局部控制系统包括一个微处理器，其被编程以监控所述翼的当前方位，并基于全局控制系统的输出计算在所述翼方位上所希望的变化量。
24．根据权利要求15到23中任一项所述的装置，进一步包括产生权重过滤深度值的装置。
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