MX2012014844A - Metodo y dispositivo para el calculo de una distancia entre nodos en medio de los nodos ubicados a lo largo de las antenas lineales acusticas remolcadas. - Google Patents

Abstract

Se propone un método para calcular una distancia entre nodos en medio de un nodo emisor (A) y un nodo receptor (b) que pertenecen a una red que comprende una pluralidad de los nodos ubicados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas (20a-20e), una señal acústica es transmitida desde el nodo emisor al nodo receptor a través de un canal acústico subacuático. El método comprende una etapa del cálculo de la distancia entre nodos en función de un cálculo de un perfil de velocidad de sonido del canal acústico subacuático, dicho perfil de velocidad de sonido depende de la profundidad.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA EL CÁLCULO DE UNA DISTANCIA ENTRE NODOS EN MEDIO DE LOS NODOS UBICADOS A LO LARGO DE LAS ANTENAS LINEALES ACÚSTICAS REMOLCADAS Campo de la Invención El campo de la invención es la adquisición de los datos geofísicos. Trata los equipos requeridos para estudiar el lecho marino y sus propiedades de las capas de sedimento.

Más específicamente, la invención pertenece a una técnica para calcular una distancia entre nodos en una red de los nodos acústicos ubicados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas.

La invención se puede aplicar notablemente a la industria de la prospección petrolera al usar el método sísmico (prospección petrolera marina), pero puede ser de interés para cualquier otro campo que requiera un sistema que realice la adquisición de los datos geofísicos en un ambiente marino.

Antecedentes de la Invención Más particularmente, posteriormente en este documento, se intenta describir los problemas que existen en el campo de la adquisición de datos sísmicos para la industria de prospección petrolera. La invención, ciertamente, no se limita a este campo de aplicación particular sino que es de interés para cualquier técnica que tenga que hacer frente a los inconvenientes y problemas estrechamente relacionados o similares.

Las operaciones para adquirir los datos sísmicos en el sitio, usan convencionalmente las redes de sensores (posteriormente señalados como "hidrófonos" con respecto a la adquisición de los datos en un ambiente marino). Los hidrófonos se distribuyen a lo largo de los cables para formar las antenas acústicas lineales referidas normalmente como "cables marinos" o "cables marinos sísmicos". Según se mostró en la figura 1, la red de los cables marinos sísmicos 20a a 20e se remolca por una embarcación sísmica 21. Los hidrófonos son referidos con el número 16 en la figura 2, que ilustra detalladamente el bloque referido con la letra C en la figura 1 (es decir, una porción del cable marino referida con el número 20a).

El método sísmico se basa en el análisis de las ondas sísmicas reflejadas. Por lo tanto, para recolectar los datos geofísicos en un ambiente marino, una o más fuentes sísmicas sumergidas se activan para propagar el sistema omnidireccional de ondas sísmicas. La onda de presión generada por la fuente sísmica pasa a través de la columna de agua y ensonifica las diferentes capas del lecho marino. Parte de las ondas sísmicas (es decir, las señales acústicas) reflejadas entonces se detecta por los hidrófonos distribuidos a lo largo de la longitud de los cables marinos sísmicos. Estas señales acústicas se procesan y retransmiten por telemetría desde los cables marinos sísmicos a la estación de operador ubicada en la embarcación sísmica, donde se realiza el procesamiento de los datos sin procesar.

Un problema bien conocido en este contexto es la ubicación de los cables marinos sísmicos. De hecho, es importante colocar exactamente los cables marinos, particularmente para: • la supervisión de la posición de los hidrófonos (distribuidos a lo largo de los cables marinos sísmicos) para obtener una precisión satisfactoria de la imagen del lecho marino en la zona de exploración; • la detección de los movimientos de los cables marinos respectivamente entre sí (los cables marinos se someten frecuentemente a varias limitaciones naturales externas de magnitud variable, como el viento, olas, y corrientes); y • la supervisión de la navegación de los cables marinos, particularmente en una situación de superación de un obstáculo (como una barcaza de aceite).

En la práctica, se intenta realizar un análisis del lecho marino con un número mínimo de pasos de la embarcación en el área en cuestión. Para ese propósito, el número de cables marinos implementado en la red acústica se aumenta sustancialmente. El problema anterior de la ubicación de los cables marinos es, por lo tanto, particularmente notable, especialmente debido a la longitud de los cables marinos, que por ejemplo, puede variar entre 6 y 15 kilómetros.

El control de las posiciones de los cables marinos consiste en la implementación de los dispositivos de control de navegación, comúnmente referidos como "transductores de profundidad" (los cuadros blancos referidos con el número 10 en la figura 1). Se instalan en intervalos regulares (por ejemplo, cada 300 metros) a lo largo de los cables marinos sísmicos. La función de esos transductores de profundidad es dirigir los cables marinos entre sí mismos. Es decir, los transductores de profundidad se utilizan para controlar la profundidad así como la posición lateral de los cables marinos. Para este propósito, y según se ilustró en la figura 2, cada transductor de profundidad 10 comprende un cuerpo 11 equipado con las aletas giratorias motorizadas 12 (o más generalmente, los medios de movimiento mecánico) que permiten modificar la posición de los cables marinos lateralmente entre ellos (esto es referido como un movimiento horizontal) y que permiten el movimiento para sumergir los cables marinos (esto es referido como un movimiento vertical).

Para realizar la localización de los cables marinos sísmicos (que permite un movimiento horizontal exacto de los cables marinos por los transductores de profundidad), los nodos acústicos se distribuyen a lo largo de los cables marinos. Estos nodos acústicos se representan con los cuadrados entramados, referidos con el número 14, en las figuras 1 y 2. Según se mostró en la figura 1, algunos nodos acústicos 14 de la red se asocian con un transductor de profundidad 10 (el caso de la figura 2), y otros no.

Los nodos acústicos 14 usan los medios subacuáticos de comunicación sonora, de aquí en adelante referidos como transductores electroacústicos, que permiten calcular las distancias entre los nodos acústicos (nombradas posteriormente como "distancias entre nodos"). Más específicamente, estos transductores son transmisores y receptores de las señales acústicas, que se pueden usar para calcular una distancia entre nodos que separa dos nodos acústicos (que actúan como nodo emisor y nodo receptor, respectivamente) ubicados en dos diferentes cables marinos (que puedan ser adyacentes o no) en función de una duración de propagación de señal acústica medida entre estos dos nodos (es decir, un periodo de recorrido de la señal acústica desde el nodo emisor al nodo receptor). Desde la red acústica, de tal modo, estos forman una red de las distancias entre nodos que permite saber la ubicación horizontal exacta de todos los cables marinos.

Aquí se entiende que el transductor significa un solo dispositivo electroacústico que consiste en un transceptor (emisor/receptor) de las señales acústicas, o una combinación de un dispositivo emisor (por ejemplo, un emisor de sondeo acústico) y un dispositivo receptor (por ejemplo, un sensor de presión de partículas (hidrófono) o un sensor de movimiento de partículas (acelerómetro, geófono, etcétera)).

Generalmente, cada nodo acústico comprende un transductor electroacústico que permite que se comporte alternativamente como un nodo emisor y nodo receptor (para la transmisión y recepción, respectivamente, de las señales acústicas). En una modalidad alternativa, un primer conjunto de nodos actúa solamente como los nodos emisores y un segundo conjunto de nodos actúa solamente como los nodos receptores. Un tercer conjunto de nodos (cada uno actúa alternativamente como un nodo emisor y nodo receptor) se puede también usar en combinación con el primero y segundo conjunto de nodos.

La distancia entre nodos dAB entre los dos nodos A y B se puede calcular comúnmente con base en la siguiente fórmula: • el nodo A que actúa como un nodo emisor que transmite una señal acústica S al nodo B que actúa como un nodo receptor (ver el ejemplo en la figura 1, con la señal acústica S mostrada como una flecha entre los nodos referidos como A y B); • tA8. la duración de propagación (tiempo de recorrido) transcurrida entre el instante de emisión y el instante de recepción de la señal acústica transmitida desde el nodo emisor A al nodo receptor B (calculando que el nodo receptor y el nodo emisor estén sincronizados); y • c, un valor de la velocidad del sonido "medido" o "calculado" (también referido como velocidad del sonido) de la señal acústica.

El cálculo de una distancia entre nodos se puede realizar con el sistema de navegación (para el posicionamiento del conjunto de hidrófonos), o con el sistema de gestión de nodos (para proporcionar la información útil a los transductores de profundidad para el movimiento horizontal), o con los nodos acústicos en sí (en caso de que se equipen con los elementos electrónicos previstos para este cálculo). Los nodos acústicos se sincronizan adicionalmente mediante el sistema de gestión de nodos a través de un bus de comunicación alámbrica colocado dentro de los cables marinos.

En los métodos conocidos para calcular una distancia entre nodos, la velocidad de sonido c que se usa se supone que es constante en el plano vertical. Sin embargo, en la práctica este no será el caso. La velocidad de sonido en el océano depende ampliamente de la temperatura, presión y salinidad del agua (especialmente) y, por lo tanto, es casi siempre dependiente de la profundidad (z) considerada; en ese caso se menciona el perfil de la velocidad de sonido (SSP, por sus siglas en inglés) c(z).

La forma del perfil de la velocidad de sonido en el área donde se realiza la prospección sísmica puede modificar las trayectorias acústicas del sonido. El sonido no seguirá una línea recta (según se supuso en el método de cálculo de la distancia entre nodos descrito anteriormente) pero una trayectoria de recorrido curvada debido a los fenómenos de refracción (de acuerdo con las leyes de Snell Descartes). De hecho, en un medio no uniforme el recorrido del sonido se puede curvar (refractar) debido al cambio de la velocidad de sonido y más exactamente a su gradiente. Los frentes de onda del sonido se refractan hacia la capa donde es más baja la velocidad de sonido, la refracción serán más pronunciada si el cambio en la velocidad de sonido es rápido.

Las figuras 3 a 5 ilustran el efecto de un gradiente de la velocidad de sonido en el canal. Para cada una de estas figuras, la parte izquierda presenta un perfil de la velocidad de sonido y la parte derecha presenta las trayectorias de recorrido correspondientes, obtenidas con un método de trazado de trayectoria de recorrido para un lanzamiento de abertura de 10°, y una distancia de 300 m. Esas figuras permiten comparar las trayectorias de recorrido seguidas por el sonido en los dos medios.

Según se puede observar en la parte izquierda de estas figuras, el primer medio (figura 5) es una columna de agua de profundidad de 50 m con una velocidad de sonido constante y el segundo medio (figuras 3 y 4) es un medio constituido con una columna de agua de 50 m y un mínimo de profundidad de 25 m de velocidad de sonido con un gradiente constante.

Según se puede observar en la parte derecha de estas figuras, la profundidad de la fuente (nodo emisor) es de 25 m en las figuras 3 y 5, y de 30 m en la figura 4. El sonido seguirá las trayectorias rectas en el primer caso (figura 5), y las trayectorias muy curvadas en el segundo caso, dependiendo de la profundidad (figuras 3 y 4).

Cuando se curva la trayectoria, la distancia a lo largo de la trayectoria será más importante que en el caso de la línea recta. Por lo tanto, la distancia entre nodos obtenida con el método anterior (si se asume un perfil de velocidad de sonido constante) se sobrevalorará lo cual es un sinónimo de una carencia de precisión de ubicación o una desviación en el resultado de ubicación (la ubicación de los cables marinos que se basa en las distancias entre nodos obtenidas con una pluralidad de pares de nodos acústicos).

Según se describió en los párrafos anteriores, el valor de la velocidad de sonido que se usa, en los métodos conocidos, para calcular la distancia entre nodos se supone que sea constante en el plano vertical, que es generalmente un cálculo incorrecto. Por otra parte, las condiciones ambientales (temperatura, presión o salinidad del agua), pueden cambiar de una manera rápida dependiendo de la posición y de las condiciones atmosféricas (estado del mar, efecto del sol, corrientes, etcétera). La forma del perfil de la velocidad de sonido puede, por lo tanto, implicar los fenómenos de refracción que curvan las trayectorias de recorrido. La fórmula clásica usada para calcular la distancia entre nodos (dAB = c.TAB) ya no será válida y el tiempo de recorrido tAB será un tiempo de recorrido en una curva (es decir, una longitud en arco LAB) y no en una línea recta.

Si se asume una velocidad de sonido constante, un error en este valor de la velocidad de sonido implicará un pequeño error en la distancia calculada entre dos nodos cercanos. Por ejemplo, para una distancia entre nodos de dAB = 300 m, un error 0.5 ms-1 (valor clásico para un velocímetro de sonido) es equivalente a un error de 10 cm en la distancia entre nodos. Por el contrario, si se asume que, por ejemplo, el perfil de la velocidad de sonido de la parte izquierda de la figura 6 (columna de agua de 50 m y un mínimo de profundidad de 25 m de la velocidad de sonido con un gradiente constante), y una fuente de profundidad de 15 m, la trayectoria directa se ilustra en la parte derecha de la figura 6 (obtenida con un método de trazado de la trayectoria de recorrido para un lanzamiento de abertura de 10°, y una distancia de 300 m). La longitud de trayectoria directa es igual a 300.70 m, que corresponden a un error de 70 cm en la distancia entre nodos si se asume una velocidad de sonido constante de 1482 ms-1 (a una profundidad de 15 m) y una distancia verdadera de 300 m.

Por otra parte, si los dos nodos A y B considerados no están a la misma profundidad, la trayectoria de recorrido del nodo A al nodo B y una del nodo B al nodo A puede ser diferente y, por lo tanto, el tiempo de recorrido puede ser diferente dependiendo de la ruta de la señal.

Según se mostró en la figura 7, en la región caliente del océano, un perfil común de la velocidad de sonido tiene tres pares que corresponden a las tres capas de la columna de agua: la capa superficial (capa mezclada), la termoclina principal y la capa isotérmica profunda. La capa mezclada puede ser de pocos metros de espesor, pero puede también extenderse a varias docenas de metros (dependiendo de las estaciones, sol, estado del mar, corrientes, etcétera). La capa mezclada puede desaparecer en océanos más fríos. La velocidad de sonido es casi constante para la capa mezclada, pero no para la termoclina principal y la capa isotérmica profunda. La tendencia en el campo de la adquisición de datos sísmicos es aumentar la profundidad del cable marino que puede ocupar el cable marino (y los nodos acústicos) bajo la capa mezclada (y por lo tanto, en la termoclina principal) y, por lo tanto, aumentar los fenómenos de refracción. Según se detalló anteriormente, estos fenómenos de refracción causan un error si la fórmula clásica se usa para calcular la distancia entre nodos.

Objetivos de la invención La invención, en por lo menos una modalidad, se dirige especialmente a superar estas diferentes desventajas de la técnica anterior.

Más específicamente, un objetivo de por lo menos una modalidad de la invención es proporcionar una técnica para calcular la distancia entre nodos que sea más exacta que la solución conocida que se discutió anteriormente.

Un objetivo adicional de por lo menos una modalidad de la invención es proporcionar una técnica de esta clase que sea fácil de implementar y sea económica.

Breve Descripción de la Invención Una modalidad particular de la invención propone un método para calcular una distancia entre nodos entre un nodo emisor y un nodo receptor que pertenecen a una red que comprende una pluralidad de nodos ubicados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas, una señal acústica es transmitida desde el nodo emisor al nodo receptor a través de un canal acústico subacuático. El método comprende una etapa para calcular la distancia entre nodos en función de un cálculo de un perfil de la velocidad de sonido del canal acústico subacuático, dicho perfil de la velocidad de sonido depende de la profundidad.

Esta modalidad particular se basa una novedad e inventiva completa debido a que considera las propiedades ambientales, representadas especialmente por el perfil de la velocidad de sonido del canal acústico subacuático (entre el nodo emisor y el nodo receptor). Por lo tanto, esta técnica para calcular la distancia entre nodos es más exacta que la solución conocida discutida anteriormente, y elimina (o por lo menos reduce) la desviación potencial inducida por los fenómenos de refracción.

En una primera implementación, dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende las etapas de: obtención de un tiempo de recorrido de la señal acústica del nodo emisor al nodo receptor, las profundidades de inmersión del nodo emisor y del nodo receptor, una velocidad de sonido a la profundidad de inmersión del nodo emisor y dicho cálculo del perfil de la velocidad de sonido; determinación de una distancia entre nodos aproximada, que corresponde a una trayectoria de línea recta entre el nodo emisor y el nodo receptor, en función del tiempo de recorrido y de la velocidad de sonido a la profundidad de inmersión del nodo emisor; cálculo de la propagación de sonido entre el nodo emisor y el nodo receptor, que usa un modelo de propagación de sonido y el conocimiento de las profundidades de inmersión del nodo emisor y del nodo receptor, la distancia entre nodos aproximada y el cálculo del perfil de la velocidad de sonido, dicha etapa de calcular la propagación de sonido proporciona una longitud de arco de una trayectoria de arco entre el nodo emisor y el nodo receptor; y determinación de un cálculo de la distancia entre nodos, como la diferencia entre dicha distancia entre nodos aproximada y un error de cálculo de distancia definido como la diferencia entre dicha longitud de arco y dicha distancia entre nodos aproximada.

Esta primera implementación implica determinar una distancia entre nodos aproximada de acuerdo con el método conocido (si se asume una velocidad de sonido constante en el canal), y entonces corregir el error en esta distancia entre nodos aproximada. El error se determina al usar un modelo de propagación de sonido (por ejemplo, el modelo de la teoría de recorrido) y, entre otras suposiciones, el cálculo del perfil de la velocidad de sonido del canal acústico subacuático.

Se ha hecho la hipótesis en cuanto a que la longitud de la trayectoria de arco proporcionada por la etapa de calcular la propagación de sonido (cuyo extremo se coloca, en línea recta, en la distancia entre nodos aproximada del nodo emisor) es aproximadamente igual a la longitud de la trayectoria de arco verdadera (cuyo extremo se coloca, en línea recta, en la distancia entre nodos verdadera del nodo emisor).

De acuerdo con una característica particular, la etapa de obtener el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se realiza al usar por lo menos un método que pertenece al grupo que comprende: los métodos para consultar por lo menos una base de datos de los perfiles de la velocidad de sonido; y los métodos de medición directa, que usan un dispositivo de medición y/o un método acústico.

Es decir, el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se obtiene de una manera convencional y simple.

De acuerdo con una característica particular, la etapa de obtener el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se realiza con un método de medición indirecta, que usa un proceso de inversión que extrae el cálculo del perfil de la velocidad de sonido de por lo menos una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de una señal acústica entre un par de nodos a través de dicho canal acústico subacuático.

Por lo tanto, el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se obtiene al usar un proceso de inversión. Esto es más exacto que consultar las bases de datos, sin requerir el dispositivo de medición y corresponde al perfil de la velocidad de sonido entre los dos nodos del par de nodos considerado.

De acuerdo con una característica particular, dicho proceso de inversión extrae el cálculo del perfil de la velocidad de sonido de una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de dicha señal acústica entre dicho nodo emisor y dicho nodo receptor a través de dicho canal acústico subacuático.

Por lo tanto, solamente se usa un par de nodos (el par de nodos para el cual se calcula la distancia entre nodos).

De acuerdo con una característica particular, por lo menos dos iteraciones de dicho proceso de inversión se ejecutan para aprovechar una diversidad espacial, que usa por lo menos dos diferentes pares de nodos, y/o una diversidad de tiempo, que usa un mismo par de nodos en por lo menos dos diferentes instantes, cada iteración proporciona un cálculo intermedio del perfil de la velocidad de sonido, y la etapa de obtener el cálculo del perfil de la velocidad de sonido comprende una etapa de combinar los cálculos intermedias del perfil de la velocidad de sonido para obtener un cálculo final del perfil de la velocidad de sonido.

Cuanto mayor sea el número de iteraciones (y por lo tanto, el número de cálculos intermedios), mejor será el cálculo final del perfil de la velocidad de sonido.

De acuerdo con una característica particular, por lo menos dos diferentes pares de nodos tienen diferentes profundidades, un primero y segundo par de nodos se definen como que tienen diferentes profundidades si un nodo emisor del primer par no tiene la misma profundidad que un nodo emisor del segundo par, y/o si un nodo receptor del primer par no tiene la misma profundidad que un nodo receptor del segundo par.

Esto permite un muestreo de columna de agua vertical que da mejores resultados para el cálculo final del perfil de la velocidad de sonido.

En una segunda ¡mplementación, dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende una etapa de usar un proceso de inversión que extrae conjuntamente un cálculo del perfil de la velocidad de sonido y un cálculo de la distancia entre nodos, una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de dicha señal acústica entre dicho nodo emisor y dicho nodo receptor a través de dicho canal acústico subacuático.

En esta segunda ¡mplementación, contrario a la primera modalidad, no existe suposición con referencia al perfil de la velocidad de sonido y ninguna necesidad de una etapa anterior del cálculo de la propagación de sonido (el perfil de la velocidad de sonido se invierte al mismo tiempo que la distancia entre nodos). Por lo tanto, lógicamente, el cálculo del perfil de la velocidad de sonido y el cálculo de la distancia entre nodos son más exactos.

En una tercera implementación, dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende las etapas de: obtención de dicho cálculo del perfil de la velocidad de sonido; y uso de un proceso de inversión que extrae un cálculo de la distancia entre nodos, una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de dicha señal acústica entre dicho nodo emisor y dicho nodo receptor a través de dicho canal acústico subacuático, y el conocimiento de dicho cálculo del perfil de la velocidad de sonido.

En esta tercera implementación, como en la primera modalidad, existe una suposición con referencia al perfil de la velocidad de sonido, pero contrario a la primera modalidad no hay necesidad de una etapa anterior del cálculo de la propagación de sonido (se invierte la distancia entre nodos). Por lo tanto, el cálculo de la distancia entre nodos es más exacto.. La tercera modalidad es menos costosa que la segunda modalidad en términos del tiempo de cálculo.

De acuerdo con una característica particular (de la tercera implementación), la etapa de obtener el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se realiza al usar por lo menos un método que pertenece al grupo que comprende: los métodos para consultar por lo menos una base de datos de los perfiles de la velocidad de sonido; y los métodos de medición directa, que usan un dispositivo de medición y/o un método acústico.

Es decir, el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se obtiene de una manera convencional y simple.

De acuerdo con una característica particular (de cualquiera de la segunda y tercera implementación), dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende las etapas de: obtención de un tiempo de recorrido de la señal acústica del nodo emisor al nodo receptor, una profundidad de inmersión del nodo emisor, una velocidad de sonido en la profundidad de inmersión del nodo emisor; determinación de una distancia entre nodos aproximada, que corresponde a una trayectoria de línea recta entre el nodo emisor y el nodo receptor, en función del tiempo de recorrido y de la velocidad de sonido en la profundidad de inmersión del nodo emisor; y dicho proceso de inversión se inicia con dicha distancia entre nodos aproximada.

Es decir, el proceso de inversión (que extrae el cálculo de la distancia entre nodos) se inicia con una distancia entre nodos aproximada determinada simplemente (de acuerdo con el método conocido, si se asume una velocidad de sonido constante en el canal).

De acuerdo con una característica particular (de cualquiera de la primera, segunda y tercera implementación), el método se implementa por dicho nodo receptor o un sistema centralizado.

En otra modalidad, la invención pertenece a un producto de programa de computadora que comprende las instrucciones del código de programa para implementar el método mencionado anteriormente (en cualquiera de sus diferentes modalidades) cuando dicho programa se ejecuta en una computadora o un procesador.

En otra modalidad, la invención pertenece a un medio portador legible por computadora no transitorio, que almacena un programa que, cuando se ejecuta por una computadora o un procesador, hace que la computadora o procesador realice el método mencionado anteriormente (en cualquiera de sus diferentes modalidades).

En otra modalidad, la invención propone un dispositivo para calcular una distancia entre nodos entre un nodo emisor y un nodo receptor que pertenecen a una red que comprende una pluralidad de los nodos ubicados a lo largo de las antenas lineares acústicas remolcadas, una señal acústica que es transmitida desde el nodo emisor al nodo receptor a través de un canal acústico subacuático, caracterizado porque el dispositivo comprende los medios para calcular la distancia entre nodos en función de un cálculo de un perfil de la velocidad de sonido del canal acústico subacuático, dicho perfil de la velocidad de sonido depende de la profundidad.

Breve Descripción de los Dibujos Otras características y ventajas de las modalidades de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción, dada por medio de los ejemplos indicativos y no exhaustivos y a partir de los dibujos anexados, en los cuales: La figura 1, ya descrita con referencia a la técnica anterior, presenta un ejemplo de la red de los cables marinos sísmicos remolcada por una embarcación sísmica; La figura 2, ya descrita con referencia a la técnica anterior, ilustra detalladamente el bloque referido con C en la figura 1 (es decir, una porción de la cable marino); - Las figuras 3 a 6, ya descritas con referencia a la técnica anterior, presentan un perfil de la velocidad de sonido (parte izquierda de la figura) y las trayectorias de recorrido correspondientes (parte derecha de la figura); La figura 7, ya descrita con referencia a la técnica anterior, presente un ejemplo del perfil de la velocidad de sonido, común de la región caliente del océano; La figura 8 es un diagrama de flujo de una primera modalidad del método de acuerdo con invención; La figura 9 es un diagrama de flujo de una segunda modalidad del método de acuerdo con la invención; La figura 10 es un diagrama de flujo de una tercera modalidad del método de acuerdo con la invención; La figura 11 es un diagrama de flujo de un proceso de inversión que proporciona un cálculo del perfil de la velocidad de sonido, que se usará como la entrada en la primera modalidad de la figura 8; y La figura 12 muestra la estructura simplificada de un dispositivo de cálculo de acuerdo con una modalidad particular de la invención.

Descripción Detallada de la Invención Las figuras 1 a 7 ya se han descrito anteriormente con relación a la técnica anterior.

En la siguiente descripción, se considera como ejemplo del cálculo de la distancia entre nodos entre el nodo emisor A y el nodo receptor B, que se muestra en la figura 1 y que pertenece a una red de los nodos 14 ubicados a lo largo de los cables marinos sísmicos 20a a 20e.

Ahora con referencia a la figura 8, se presenta una primera modalidad del método de acuerdo con la invención.

En la etapa 81 , el nodo emisor A transmite una señal acústica al nodo receptor B, a través de un canal acústico subacuático En la etapa 82, el nodo receptor B recibe la señal acústica.

La etapa 83 consiste en la medición del tiempo de recorrido t B entre el nodo emisor A y el nodo receptor B.

En la etapa 84, sabiendo la velocidad de sonido C(zA) en la profundidad de inmersión zA del nodo A, una distancia entre nodos aproximada DAB entre los nodos A y B se determina, al usar la siguiente fórmula clásica: DAB = C(zA)*tAB.

También en la etapa 84, sabiendo las profundidades de inmersión de los nodos A y B (zA y zB respectivamente, que pueden ser mutuamente diferentes), la distancia entre nodos aproximada DAB (ver anteriormente), y un cálculo del perfil de la velocidad de sonido C(z), se calcula la propagación de sonido entre los nodos A y B (al usar un modelo de propagación de sonido, por ejemplo, el modelo de la teoría de recorrido; el método correspondiente se llama "método de trazado de trayectoria de recorrido"), es decir, se calcula la forma (que es un arco) de la trayectoria verdadera entre los nodos A y B (la longitud LAB de este arco se calcula en la etapa 85).

Otros modelos de propagación de sonido se pueden utilizar en lugar del modelo de la teoría de recorrido para determinar la señal recibida en el nodo B, como la ecuación parabólica, integración de número de onda o los modos normales (la elección depende de la frecuencia considerada, profundidad del agua, dependencia del intervalo, etcétera).

Las diferentes maneras de obtener un cálculo del perfil de la velocidad de sonido C(z) se describirán posteriormente.

En la etapa 85, se calcula la longitud LAB del arco (trayectoria verdadera) entre los nodos A y B.

En la etapa 86, conociendo la longitud LAB del arco, se puede calcular un error de cálculo de distancia: e = LAB-DAB.

Finalmente, en la etapa 87, se puede determinar una distancia corregida D'AB, es decir, un cálculo de la distancia entre nodos en medio de los nodos A y B, al calcular: D'AB = DAB-£.

Por lo tanto, la distancia entre nodos en medio de los nodos A y B se calcula más exactamente.

Existen diferentes maneras de obtener un cálculo del perfil de la velocidad de sonido C(z): • usar el conocimiento anterior en el ambiente: consultar las bases de datos mundiales del perfil de la velocidad de sonido; • usar un método de medición directa: usar el dispositivo de medición (como batitermógrafo, batitermógrafo consumible (XBT, por sus siglas en inglés), velocímetro de sonido consumible (XSV, por sus siglas en inglés), velocímetro de sonido, etcétera); o • usar un método de medición indirecta: usar un proceso de inversión (ver más adelante la descripción de la figura 11); o • usar un método acústico en los diferentes nodos de la distribución para aprovechar sus diferentes profundidades potenciales (ver también, el método BroadSeis (marca registrada)).

La figura 11 es un diagrama de flujo de un proceso de inversión que proporciona un cálculo del perfil de la velocidad de sonido C(z), que se usará como entrada en la primera modalidad de la figura 8.

En la etapa 111, un nodo emisor (por ejemplo, el nodo A o un nodo cerca del nodo A) transmite una señal acústica al nodo receptor (por ejemplo, el nodo B o un nodo cerca del nodo B), a través del canal acústico subacuático.

En la etapa 112, el nodo receptor recibe la señal acústica, como la señal recibida distorsionada dependiendo de las propiedades de canal. De hecho, la señal emitida por los nodos experimentará las reflexiones en la superficie oceánica y en el lecho marino, o las refracciones debido al gradiente de la velocidad de sonido.

En la etapa 113, se obtiene un conjunto de elementos observables (datos) de la señal recibida distorsionada. Por ejemplo, los elementos observables pueden ser la respuesta de impulso del canal entre los dos nodos.

En la etapa 114, los elementos observables se utilizan para realizar una inversión de las propiedades ambientales y especialmente del perfil de la velocidad de sonido, si se asume que se conoce la distancia entre nodos (entre el nodo emisor y el nodo receptor) y que es igual a la distancia entre nodos aproximada previamente obtenida entre los nodos A y B (DAB = C(zA)*tAB)- Es decir, al usar los elementos observables extraídos de la señal recibida distorsionada y al igualarlos a un modelo de propagación (además de un proceso de optimización de una función de coste) que permite obtener un cálculo del perfil de la velocidad de sonido. Por ejemplo, si los elementos observables son la respuesta de impulso de canal entre los dos nodos, por lo tanto, la ejecución de un proceso de respuesta de impulso igualado (MIR, por sus siglas en inglés) proporciona un cálculo del perfil de la velocidad de sonido (por la comparación de la respuesta de impulso observada con las respuestas de impulso modeladas que corresponden a un diferente perfil conocido de la velocidad de sonido).

En la etapa 114, el proceso de inversión se puede iniciar con un cálculo obtenido al consultar las bases de datos mundiales del perfil de la velocidad de sonido o al usar un método de medición directa (ver los detalles anteriores).

En una variante, para obtener los mejores resultados, se ejecutan varias iteraciones (también llamadas realizaciones) del proceso de inversión de la figura 11, para aprovechar una diversidad espacial (al usar diferentes pares de nodos) y/o una diversidad de tiempo (al usar un mismo par de nodos en por lo menos dos diferentes instantes). Cada iteración proporciona un cálculo intermedio del perfil de la velocidad de sonido (por ejemplo, al calcular un promedio).

En esta variante, si los diferentes nodos se colocan a diferentes profundidades, el muestreo de columna vertical de agua obtenido da mejores resultados para el cálculo del perfil de la velocidad de sonido. Es decir, es ventajoso que los diferentes pares de nodos tengan diferentes profundidades. Se usó la siguiente definición: un primer y segundo par de nodos tiene diferentes profundidades si un nodo emisor del primer par no tiene la misma profundidad que un nodo emisor del segundo par, y/o si un nodo receptor del primer par no tiene la misma profundidad que un nodo receptor del segundo par.

Ahora con referencia a la figura 9, se presenta una segunda modalidad del método de acuerdo con la invención (el proceso de inversión que extrae conjuntamente un cálculo del perfil de la velocidad de sonido y un cálculo de la distancia entre nodos).

En la etapa 91, el nodo emisor A transmite una señal acústica al nodo receptor B, a través de un canal acústico subacuático (es decir, una columna del agua).

En la etapa 92, el nodo receptor B recibe la señal acústica, como la señal recibida distorsionada dependiendo de las propiedades de canal. De hecho, la señal emitida por los nodos experimentará las reflexiones en la superficie oceánica y en el lecho marino, o las refracciones debido al gradiente de la velocidad de sonido.

En la etapa 93, se obtiene un conjunto de elementos observables (datos) de la señal recibida distorsionada. Por ejemplo, los elementos observables pueden ser la respuesta de impulso del canal entre los dos nodos.

En la etapa 94, los elementos observables se usan para realizar una inversión de las propiedades ambientales y especialmente un cálculo del perfil de la velocidad de sonido y conjuntamente un cálculo de la distancia entre nodos LAB- Es decir, al usar los elementos observables extraídos de la señal recibida distorsionada e igualarlos a alguno obtenido con un modelo de propagación (aunque un proceso de optimización de una función de coste) permite obtener conjuntamente un cálculo del perfil de la velocidad de sonido y un cálculo de la distancia entre nodos. Por ejemplo, si los elementos observables son la respuesta de impulso de canal entre los dos nodos, por lo tanto, la ejecución de un proceso de respuesta de impulso igualada (MIR, por sus siglas en inglés) da un cálculo del perfil de la velocidad de sonido y un cálculo de la distancia entre nodos (por la comparación de la respuesta de impulso observada con las respuestas de impulso modeladas que corresponden a un diferente par de un perfil de la velocidad de sonido conocido y de una distancia entre nodos conocidas).

En la etapa 94, el proceso de inversión se puede iniciar con la distancia entre nodos aproximada DAB (determinada según se describió para la primera modalidad ilustrada en la figura 8: DAB = C(zA)*tAE)), es decir, una distancia entre nodos calculada si se asume una velocidad de sonido constante.

Ahora con referencia a la figura 10, se presenta una tercera modalidad del método de acuerdo con la invención (el proceso de inversión que extrae solamente un cálculo de la distancia entre nodos).

En la etapa 101, el nodo emisor A transmite una señal acústica al nodo receptor B, a través de un canal acústico subacuático (es decir, una columna de agua).

En la etapa 102, el nodo receptor B recibe la señal acústica, como la señal recibida distorsionada dependiendo de las propiedades de canal. De hecho, la señal emitida por los nodos experimentará las reflexiones en la superficie oceánica y en el lecho marino, o las refracciones debido al gradiente de la velocidad de sonido.

En la etapa 103, se obtiene un conjunto de elementos observables (datos) de la señal recibida distorsionada. Por ejemplo, los elementos observables pueden ser la respuesta de impulso del canal entre los dos nodos.

En la etapa 104, los elementos observables se usan para realizar una inversión de las propiedades ambientales y especialmente un cálculo de la distancia entre nodos, si se asume que se sabe el perfil de la velocidad de sonido (por ejemplo, al consultar las bases de datos mundiales del perfil de la velocidad de sonido o al usar un método de medición directa — ver los detalles anteriores). Es decir, al usar los elementos observables extraídos de la señal recibida distorsionada e igualarlos a un modelo de propagación (aunque un proceso de optimización de una función de coste) permite obtener un cálculo de la distancia entre nodos. Por ejemplo, si los elementos observables son la respuesta de impulso del canal entre los dos nodos, por lo tanto, la ejecución de una proceso de respuesta de impulso igualada (MIR, por sus siglas en inglés) da un cálculo de la distancia entre nodos (por la comparación de la respuesta de impulso observada con las respuestas de impulso modeladas que corresponden a una diferente distancia entre nodos conocida).

En la etapa 104, el proceso de inversión se puede iniciar con la distancia entre nodos aproximada DAB (determinada según se describió para la primera modalidad ilustrada en la figura 1), es decir, una distancia entre nodos calculaba si se asume una velocidad de sonido constante.

Ahora con referencia a la figura 12, se presenta la estructura simplificada de un dispositivo de cálculo 120 (para calcular una distancia entre nodos) de acuerdo con una modalidad particular de la invención.

El dispositivo de cálculo 120 puede ser un nodo acústico (como el nodo receptor B en el ejemplo anterior), el sistema gestor de nodo o el sistema de navegación. Comprende una memoria de sólo lectura (ROM, por sus siglas en inglés) 123, una memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés) 121 y un procesador 122. La memoria de sólo lectura 123 (medio portador no transitorio legible por computadora) almacena las instrucciones del código de programa ejecutable, que se ejecutan por el procesador 122 para permitir la implementación de la técnica de la invención (por ejemplo, las etapas 82 a 87 de la figura 8; o las etapas 92 a 94 de la figura 9; o las etapas 102 a 104 de la figura 10).

Tras la inicialización, las instrucciones de código de programa mencionadas anteriormente se transfieren de la memoria sólo lectura 123 a la memoria de acceso aleatorio 121 para ejecutarse por el procesador 122. La memoria de acceso aleatorio 121 incluye además los registros para almacenar las variables y los parámetros requeridos para esta ejecución. El procesador 122 recibe la siguiente información (referida como 124a a 124e, respectivamente): • la señal acústica (transmitida por el nodo emisor y recibida por el nodo receptor), • la velocidad de sonido C(zA) a la profundidad de inmersión zA del nodo A, • las profundidades de inmersión de los nodos A y B, zA y zB respectivamente, • el cálculo del perfil de la velocidad de sonido C(z), y • un modelo de propagación.

De acuerdo con las instrucciones de código de programa, el procesador 122 proporciona un cálculo de la distancia entre nodos 125.

Todas las etapas del método de cálculo anterior se pueden ejecutar igualmente bien: • por la ejecución de un conjunto de instrucciones de código de programa ejecutadas por una máquina computacional reprogramable como un aparato tipo PC, un DSP (procesador de señal digital) o un microcontrolador. Estas instrucciones de código de programa se pueden almacenar en un medio portador no transitorio legible por computadora que sea desprendible (por ejemplo, un disco flexible, CD-ROM o DVD-ROM) o no desprendible; o • por una máquina o componente dedicados, como una FPGA (matriz de compuertas programables en el campo), un ASIC (circuito integrado de aplicación específica) o cualquier componente de hardware dedicado.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. El método para calcular una distancia entre nodos entre un nodo emisor (a) y un nodo receptor (b) que pertenece a una red que comprende una pluralidad de nodos ubicados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas (20a-20e), una señal acústica se transmite desde el nodo emisor al nodo receptor a través de un canal acústico subacuático, caracterizado porque comprende una etapa (83-87; 93-94; 103-104) para calcular la distancia entre nodos en función de un cálculo de un perfil de la velocidad de sonido del canal acústico subacuático, dicho perfil de la velocidad de sonido depende de la profundidad.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende las etapas de: obtención (83, 84) de un tiempo de recorrido de la señal acústica desde el nodo emisor al nodo receptor, las profundidades de inmersión del nodo emisor y del nodo receptor, una velocidad de sonido a la profundidad de inmersión del nodo emisor y dicho cálculo del perfil de velocidad de sonido; determinación (84) de una distancia entre nodos aproximada (DAB). que corresponde a una trayectoria de línea recta entre el nodo emisor y el nodo receptor, en función del tiempo de recorrido y de la velocidad de sonido a la profundidad de inmersión del nodo emisor; cálculo (84) de la propagación de sonido entre el nodo emisor y el nodo receptor, que usa un modelo de propagación de sonido y conociendo las profundidades de inmersión del nodo emisor y del nodo receptor, la distancia entre nodos aproximada y el cálculo del perfil de la velocidad de sonido, dicha etapa de calcular la propagación de sonido proporciona una longitud de arco (LAB) de una trayectoria de arco entre el nodo emisor y el nodo receptor; y determinación (86-87) de un cálculo de la distancia entre nodos (D'AB)> como la diferencia entre dicha distancia entre nodos aproximada y un error de cálculo de distancia definido como la diferencia entre dicha longitud de arco y dicha distancia entre nodos aproximada.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la etapa de obtención del cálculo del perfil de la velocidad de sonido se realiza al usar por lo menos un método que pertenece al grupo que comprende: los métodos de consulta de por lo menos una base de datos de los perfiles de la velocidad de sonido; y - los métodos de medición directa, que usan un dispositivo de medición y/o un método acústico.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la etapa de obtención del cálculo del perfil de la velocidad de sonido se realiza con un método de medición indirecta, que usa un proceso de inversión (111-114) que extrae el cálculo del perfil de la velocidad de sonido de por lo menos una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de una señal acústica entre un par de nodos a través de dicho canal acústico subacuático.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque dicha proceso de inversión extrae el cálculo del perfil de la velocidad de sonido de una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de dicha señal acústica entre dicho nodo emisor y dicho nodo receptor a través de dicho canal acústico subacuático.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque por lo menos dos iteraciones de dicho proceso de inversión se ejecutan al aprovechar una diversidad espacial, que usa por lo menos dos diferentes pares de nodos, y/o una diversidad de tiempo, que usa un mismo par de nodos en por lo menos dos diferentes instantes, cada iteración proporciona un cálculo intermedio del perfil de la velocidad de sonido, y caracterizado porque la etapa de obtener el cálculo del perfil de la velocidad de sonido comprende una etapa de combinar las cálculos intermedios del perfil de la velocidad de sonido para obtener un cálculo final del perfil de la velocidad de sonido.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque por lo menos dos diferentes pares de nodos tienen diferentes profundidades, un primero y segundo par de nodos se define como que tiene diferentes profundidades si un nodo emisor del primer par no tiene la misma profundidad que un nodo emisor del segundo par, y/o si un nodo receptor del primer par no tiene la misma profundidad que un nodo receptor del segundo par.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende una etapa de usar un proceso de inversión (94) que extrae conjuntamente un cálculo del perfil de la velocidad de sonido y un cálculo de la distancia entre nodos, de una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de dicha señal acústica entre dicho nodo emisor y dicho nodo receptor a través de dicho canal acústico subacuático.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende las etapas de: obtención de dicho cálculo del perfil de la velocidad de sonido; y uso de un proceso de inversión (104) que extrae un cálculo de la distancia entre nodos, de una señal acústica distorsionada resultante de la transmisión de dicha señal acústica entre dicho nodo emisor y dicho nodo receptor a través de dicho canal acústico subacuático, y el conocimiento de dicho cálculo del perfil de la velocidad de sonido.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la etapa de obtener el cálculo del perfil de la velocidad de sonido se realiza al usar por lo menos un método que pertenece al grupo que comprende: los métodos de consulta de por lo menos una base de datos de los perfiles de la velocidad de sonido; y los métodos de medición directa, que usan un dispositivo de medición y/o un método acústico.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque dicha etapa de calcular la distancia entre nodos comprende las etapas de: obtención de un tiempo de recorrido de la señal acústica del nodo emisor al nodo receptor, una profundidad de inmersión del nodo emisor, una velocidad de sonido a la profundidad de inmersión del nodo emisor; determinación de una distancia entre nodos aproximada (DAB)> que corresponde a una trayectoria de línea recta entre el nodo emisor y el nodo receptor, en función del tiempo de recorrido y de la velocidad de sonido en la profundidad de inmersión del nodo emisor; y caracterizado porque dicho proceso de inversión se inicia con dicha distancia entre nodos aproximada.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se ejecuta por dicho nodo receptor o un sistema centralizado.

13. El producto del programa de computadora caracterizado porque comprende las instrucciones de código de programa para ejecutar el método de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 12, cuando dicho programa se ejecuta en una computadora o un procesador.

14. Un medio portador no transitorio legible por computador que almacena un programa que, cuando se ejecuta por una computadora o un procesador, hace que la computadora o el procesador realice el método de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 12.

15. El dispositivo (120) para calcular una distancia entre nodos en medio de un nodo emisor y un nodo receptor que pertenecen a una red que comprende una pluralidad de los nodos ubicados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas, una señal acústica se transmite desde el nodo emisor al nodo receptor a través de un canal acústico subacuático, caracterizado porque el dispositivo comprende los medios (121-123) para calcular la distancia entre nodos en función de un cálculo de un perfil de la velocidad de sonido del canal acústico subacuático, dicho perfil de la velocidad de sonido depende de la profundidad.