MX2013008600A

MX2013008600A - Metodo para calcular la velocidad del agua de un nodo acustico.

Info

Publication number: MX2013008600A
Application number: MX2013008600A
Authority: MX
Inventors: Pierre Baliguet; Christophe L Her
Original assignee: Sercel Rech Const Elect
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2014-01-27
Also published as: US9488745B2; CN103575927B; CA2821738C; US20140029376A1; BR102013019217A2; EP2690461A1; BR102013019217A8; CN103575927A; CA2821738A1; EP2690461B1

Abstract

Se describe un método para calcular la velocidad del agua de un primer nodo acústico D que pertenece a una red de los nodos acústicos, por lo menos algunos de los nodos acústicos están colocados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas. El método comprende las etapas de: a) definir una base N dimensional de N, cuyo centro es dicho primer nodo acústico y comprende un solo eje, cuando N=1, o N = ningún eje colineal, cuando N=2 o N=3, cada dicho eje está asociado con un vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a otro nodo acústico; b) calcular una amplitud de la velocidad del agua, de acuerdo con: para cada otro nodo acústico dado que define dicho vector base: una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al otro nodo acústico dado, y una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida del otro nodo acústico dado al primer nodo acústico; y un valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

Description

MÉTODO PARA CALCULAR LA VELOCIDAD DEL AGUA DE UN NODO ACÚSTICO Campo de la Invención El campo de la invención es la adquisición de los datos geofísicos. Aborda 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 la velocidad del agua de un cable marino, de un paraván, o más generalmente de cualquier dispositivo remolcado por un barco. La velocidad del agua de un dispositivo es la velocidad relativa de este dispositivo a través del agua.

La invención se puede aplicar notablemente a la industria de la prospección petrolífera al usar el método sísmico (estudio acerca del petróleo marino), 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 A continuación en este documento, se intenta más particularmente describir los problemas que existen en el campo de la adquisición de los datos sísmicos para la industria de la prospección petrolífera. Ciertamente, la invención no se limita a este campo de aplicación particular sino es de interés para cualquier técnica que tenga que enfrentarse a las cuestiones y a los problemas estrechamente relacionados o similares.

Las operaciones de adquirir los datos sísmicos en el sitio, usan convencionalmente las redes de sensores sísmicos, como los acelerómetros, los geófonos o los hidrófonos. En un contexto de la adquisición de datos sísmicos en un ambiente marino, estos sensores se distribuyen a lo largo de los cables para formar las antenas acústicas lineales denominadas normalmente como "cables marinos" o "cables marinos sísmicos". Según se mostró en la figura 1, varios cables marinos S1-S4 forman paralelamente una red de cables marinos sísmicos que se remolca por un barco sísmico V.

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 los trenes de ondas sísmicas omnidireccionales. La onda de presión generada por las fuentes sísmicas pasa a través de la columna de agua e ensonifica las diferentes capas del lecho marino. La parte de las ondas sísmicas (es decir, las señales acústicas) reflejadas entonces se detecta por los hidrófonos distribuidos sobre la longitud de los cables marinos sísmicos. Se procesan estas señales acústicas sísmicas y se transmiten nuevamente por telemetría desde los cables marinos sísmicos al puesto del operador ubicado en el barco sísmico, donde se realiza el procesamiento de los datos no analizados (en una solución alternativa, las señales acústicas sísmicas se almacenan para un procesamiento posterior).

Durante los estudios sísmicos, es importante localizar exactamente los cables marinos particularmente para: supervisar 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; detectar los movimientos de los cables marinos con respecto entre sí (los cables marinos se someten frecuentemente a varias cuestiones naturales externas de magnitud variable, como el viento, las olas, las corrientes); y • supervisar la navegación de cables marinos, particularmente en una situación de evitar un obstáculo (como una lanchón petrolero).

Esta función es asegurada por el sistema de posicionamiento acústico, que comprende los nodos acústicos, colocado a lo largo de los cables marinos (regularmente se conectan de manera externa o lineal a los cables marinos), y un sistema controlador principal.

Según también se mostró en la figura 1, los paravanes (o las "puertas") P1-P2 son las láminas hidrodinámicas que se colocan se lateralmente de manera exterior en cada lado de la pluralidad de los cables marinos S1-S4, y permiten mantener la separación lateral entre los cables marinos adyacentes.

Ahora se detalla qué es importante conocer que la velocidad del agua del paraván y la velocidad del agua de los cables marinos externos.

Tradicionalmente, los barcos sísmicos navegan en una línea recta sobre un objetivo, después regresan nuevamente para disparar otra línea paralela a la primera línea. Un problema bien conocido es supervisar a su vez la fuerza de fricción del paraván que es externa a la vuelta. La fuerza de fricción tiene que ser compatible con las especificaciones del aparejo, es decir, con la línea principal del sistema de manipulación del paraván. Otro problema es supervisar a su vez la fuerza lateral producida por el paraván que es interna a la vuelta. Si la fuerza lateral es demasiado baja, entonces la separación lateral entre los cables marinos puede no ser suficiente. La fuerza lateral y la fuerza de fricción dependen principalmente de la velocidad del agua del barco, del radio de la vuelta y de la separación lateral entre el paraván y el barco.

Realmente, la fuerza lateral y la fuerza de fricción se supervisan con dos medidas independientes, la tensión de la cuerda de remolque del paraván y la velocidad del agua de los cables marinos externos. Un alto umbral en la tensión de la cuerda de remolque asegura que la fuerza de fricción del paraván sea aceptable y un umbral bajo asegura que la fuerza lateral generada por el paraván sea suficiente para mantener una separación lateral entre los cables marinos adyacentes.

Algunos paravanes usados en operación tienen aletas con una altura de 10 m, suspendida debajo de los flotadores cilindricos más de 9 m en longitud. Es recurrente que el objete como la rama o el tronco de árbol sea capturado por los paravanes, lo cual aumenta significativamente la fuerza de fricción. En ese caso, la velocidad del agua del paraván permite comprobar la coherencia de la medición de tensión y puede permitir determinar si una alta tensión es causada por un objeto capturado por el paraván. Es decir, además de la medida de la tensión de la cuerda de remolque, la velocidad del agua del paraván tiene que conocerse para identificar la causa de un valor de alta tensión. De hecho, además de la velocidad del agua del barco, del radio de la vuelta y de la separación lateral del paraván, un objeto capturado por el paraván puede aumentar significativamente la fuerza de fricción.

De igual manera, no se puede asumir que la fuerza lateral del paraván sea siempre proporcional a la tensión en la cuerda de remolque del paraván. Éste es el caso en las condiciones ideales, pero algunos acontecimientos pueden alterar esta hipótesis. Por ejemplo, una fuerza lateral baja se puede ocultar por un objeto capturado por el paraván. En ese el caso la velocidad del agua del paraván no es afectada y aún traduces la fuerza lateral aplicada por la puerta.

La velocidad del agua del paraván es medida tradicionalmente por un instrumento con baterías, denominado "registrador de velocidad", que se conecta en los cables marinos externos, cerca del paraván.

Una desventaja de este instrumento de medición específico es que requiere un mantenimiento regular, para cambiar las baterías, limpiar el sensor y comprobar la calibración.

Otra desventaja de este instrumento de medición específico es que, cuando se usa para medir la velocidad del agua de un cable marino, da solamente la velocidad del agua en un eje, el eje del cable marino. Por lo tanto, no se puede usar para predecir la distorsión de los cables marinos, lo cual es útil para manejar la forma de la red de cables marinos. Realmente, la distorsión del cable marino se calcula principalmente con un medidor de corriente colocado en el casco del barco, también denominado ADCP (perfilador de corriente de efecto Doppler acústico), y un algoritmo de predicción que permite calcular la corriente que se considerará por el cable marino cuando alcanzará la posición del barco. Cuanto más largos sean los cables marinos, peores serán las predicciones de corriente en los extremos del cable marino debido al tiempo que separa la medida de ADCP y el tiempo en el cual el cable marino estará en la posición de ADCP de la medida. 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, es un objetivo, de por lo menos una modalidad de la invención, proporcionar una técnica para calcular la velocidad del agua de un dispositivo (cable marino, paraván, o cualquier otro dispositivo), que no requiera ningún equipo de medición específico y que permita reducir el plan de mantenimiento general y ganar tiempo durante el despliegue y la recuperación.

También es un objetivo, de por lo menos una modalidad de la invención, proporcionar una técnica de esta clase, que proporcione una medición de la dirección de la velocidad del agua que permite notablemente (pero no exclusivamente) mejorar el cálculo de la distorsión del cable marino, que finalmente mejora el manejo de la geometría de la red de cables marinos.

Es un objetivo adicional, de por lo menos una modalidad de la invención, proporcionar una técnica de esta clase que sea simple de implementar y que sea económica.

Breve Descripción de la Invención Una modalidad particular de la invención propone un método para calcular la velocidad del agua de un primer nodo acústico D que pertenece a una red de los nodos acústicos, por lo menos algunos de dichos nodos acústicos están colocados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas. Este método para calcular la velocidad del agua comprende las etapas de: a) definir una base N dimensional, cuyo centro es dicho primer nodo acústico y que comprende un solo eje, cuando N = 1, o N = ningún eje colineal, cuando N = 2 o N = 3, cada dicho eje está asociado con un vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a otro nodo acústico; b) calcular una amplitud de la velocidad del agua, de acuerdo con: * cada otro nodo acústico dado que define dicho vector base: una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al otro nodo acústico, y una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde los otros nodos acústicos dados al primer nodo acústico; * un valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

Por lo tanto, esta modalidad particular se basa en un método completamente nuevo e inventivo basado en un uso astuto de los nodos acústicos, para una nueva función (que calcula la velocidad del agua), además de su función primaria (sistema de posicionamiento acústico).

El valor calculado de la velocidad del agua de un primer nodo acústico D se puede usar como un valor calculado de la velocidad del agua de un dispositivo, particularmente un cable marino o un paraván (pero otros dispositivos se pueden considerar sin apartarse del alcance de la presente invención) que incluye el nodo D o está cercano al nodo D.

Es decir, en el caso particular de la velocidad del agua de un paraván, es posible usar un nodo D que está incluido en el paraván, o en un nodo D que está cercano al paraván (por ejemplo, el nodo D es el nodo acústico más cercano al paraván, entre los nodos acústicos incluidos en los cables marinos).

Este método no requiere ningún equipo de medición específico para calcular la velocidad del agua. Por lo tanto, elimina la necesidad del mantenimiento de tal equipo de medición específico.

Por otra parte, este método permite calcular la velocidad del agua en la extensión total (es decir, en cualquier punto de la red de cables marinos).

De acuerdo con una característica particular, para cada dicho eje asociado con dicho vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico D, a otro nodo acústico, genéricamente indicado con la letra X, la etapa b) comprende el cálculo de una amplitud S¾ de una proyección de la velocidad del agua en dicho eje, de acuerdo con: una duración de propagación acústica tDx de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico D al otro nodo acústico X; un duración de propagación acústica tXD de una señal acústica transmitida desde el otro nodo acústico X al primer nodo acústico D; dicho valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

Por lo tanto, se obtiene la amplitud calculada N, que corresponde a las proyecciones N de la velocidad del agua (cada una en un diferente eje).

De acuerdo con una característica particular, la amplitud DX se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula: Por lo tanto, el cálculo es fácil de realizar.

De acuerdo con una característica particular, cuando N = 2 o N = 3, la etapa b) comprende: obtener la dirección de cada uno de los ejes N; - calcular la amplitud y los ángulos de orientación N-1 de la velocidad del agua, de acuerdo con: * las direcciones de los ejes N; y * para cada uno de los ejes N, la amplitud calculada de la proyección de la velocidad del agua en dicho eje.

Por lo tanto, con una base de bidimensional o una base tridimensional, es posible calcular no sólo la amplitud de la velocidad del agua, sino también su dirección (dada por los ángulos de orientación N-1). Para permitir esto, el conocimiento de las direcciones de los ejes N es necesario: estas direcciones se pueden ya sea calcular (es decir, contabilizado), según se detallará posteriormente, o ser predeterminadas (por ejemplo, deducirse a partir de la disposición de la red de nodos acústicos).

De acuerdo con una característica particular, N = 2 y la etapa a) comprenden la definición de una base de bidimensional que comprende el primer y el segundo eje no colineal, el primer eje está asociado con un vector de primera base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a un segundo nodo acústico A, el segundo eje está asociado con un vector de la segunda base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a un tercer nodo acústico C, el segundo y el tercer nodo acústico están colocados a lo largo de una primera antena lineal acústica. Por otra parte, la etapa b) comprende calcular, en el plan que comprende el primer, el segundo y el tercero nodo acústico, una amplitud ||l/V9¾||y un ángulo de orientación y, por la comparación a un eje de dicha primera antena lineal acústica, de la velocidad del agua, al solucionar el siguiente sistema de dos ecuaciones: con: una duración de propagación acústica tDA de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al segundo nodo acústico; una duración de propagación acústica tAD de una señal acústica transmitida desde el segundo nodo acústico al primer nodo acústico; una duración de propagación acústica tDC de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al tercer nodo acústico; una duración de propagación acústica tCo de una señal acústica transmitida desde los terceros nodos acústicos al primer nodo acústico; dicho valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática; la dirección a del primer eje, por la comparación con eje de referencia; la dirección ß del segundo eje, por la comparación con el eje de referencia.

Por lo tanto, el cálculo es fácil de realizar.

De acuerdo con una característica particular, la etapa b comprende el cálculo de la dirección del primer eje y de la dirección del segundo eje, de acuerdo con las siguientes fórmulas: con una distancia dDH entre el primer nodo acústico y un punto H definido como una proyección ortogonal de dicho primer nodo acústico en dicha primera antena lineal acústica.

En este caso, las direcciones de los ejes N se calculan fácilmente.

De acuerdo con una característica particular, se repiten las etapas a) y b): con dicho segundo y dicho tercer nodo acústico, para obtener un primer valor de la amplitud y un primer valor del ángulo de orientación, por la comparación con el eje de dicha primera antena lineal acústica, de la velocidad del agua; y por lo menos una vez, con otro par de nodos acústicos colocados a lo largo de dicha primera antena lineal acústica y que comprende por lo menos un nodo acústico diferente de dicho lugar y dicho tercer nodo acústico, obtener por lo menos un segundo valor de la amplitud y por lo menos un segundo valor del ángulo de orientación, por la comparación con el eje de dicha primera antena lineal acústica, de la velocidad del agua; y el método comprende otro etapa de: c) obtener un valor final de la amplitud de acuerdo con el primer valor y por lo menos un segundo valor de la amplitud, y obtener un valor final del ángulo de orientación de acuerdo con el primer valor y por lo menos un segundo valor del ángulo de orientación .

Esta redundancia hace al método más exacto y robusto con la falla de uno o varios nodos acústicos.

De acuerdo con una característica particular, se repiten las etapas a) y b): con dicho segundo y dicho tercer nodo acústico A y C; y con otro par del cuarto y del quinto nodo acústico A' y C, colocados a lo largo de una segunda antena lineal acústica; y el método comprende una etapa adicional de solucionar el siguiente sistema de cuatro ecuaciones, para obtener la amplitud calculada WS¾ el ángulo de orientación calculado ? por la comparación con eje de dicha primera antena lineal acústica, y un ángulo de orientación calculado ?' por la comparación con el eje de dicha segunda antena lineal acústica, de la velocidad del agua: Esta redundancia hace al método más exacto y resistente contra la falla de uno o vario nodos acústicos.

En una primera implementación, dicho primer nodo acústico D se incluye en una de dichas antenas lineales acústicas.

En una segunda implementación, dicho primer nodo acústico D se incluye en un paraván que es adyacente o no a una de dichas antenas lineales acústicas.

De acuerdo con una característica particular, el método se ejecuta en un sistema controlador principal, que maneja un sistema de posicionamiento acústico que comprende dichos nodos acústicos, o en un sistema de navegación, a bordo de un barco que remolca dichas antenas lineales acústicas.

De acuerdo con una característica particular, el método comprende una etapa de usar por lo menos uno de dichos ángulos de orientación N-1 de la velocidad del agua, para realizar por lo menos una acción que pertenece al grupo que comprende: cálculo de la distorsión de la antena lineal acústica; - cálculo del flujo transversal de la antela lineal acústica; manejo de la forma de la red de la antena lineal acústica; construir un mapa de la velocidad del agua a lo largo de una red de la antena lineal acústica.

En otra modalidad, la invención pertenece a un producto del 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 en 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 el procesador realicen el método mencionado anteriormente (en cualquiera de sus diferentes modalidades).

En otra modalidad, la invención propone un dispositivo para calcular la velocidad del agua de un primer nodo acústico D que pertenece a una red de los nodos acústicos, por lo menos algunos de dichos nodos acústicos están colocados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas. Este dispositivo que calcula la velocidad del agua, comprende: los medios para definir una base N dimensional, cuyo centro es dicho primer nodo acústico y comprende un solo eje, cuando N = 1, o N = ningún eje colineal, cuando N = 2 o N = 3, cada dicho eje está asociado con un vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a otro nodo acústico; los medios para calcular una amplitud de la velocidad del agua, de acuerdo con: * para cada otro nodo acústico dado que define dicho vector base: una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al otro nodo acústico dado, y una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde los otros nodos acústicos al primer nodo acústico; * un valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

De acuerdo con una característica particular, cuando N-2 o N = 3, el dispositivo para calcular la velocidad del agua comprende: los medios (61-63) para obtener la dirección de cada uno de los ejes N; los medios (61-63) para calcular la amplitud y los ángulos de orientación N-1 de la velocidad del agua, de acuerdo con: * las direcciones de los ejes N; y * para cada uno de los ejes N, la amplitud calculada de la proyección de la velocidad del agua en dicho eje.

Ventajosamente, el dispositivo comprende los medios para implementar las etapas realizadas en el método para el cálculo según se describió anteriormente, en cualquiera de sus varias modalidades.

Breve Descripción de los Dibujos Otras características y ventajas de las modalidades de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción, dada mediante un ejemplo indicativo y no exhaustivo y mediante los dibujos anexados, en los cuales: La figura 1, que ya se describió con referencia a la técnica anterior, presenta un ejemplo de la red de los cables marinos sísmicos remolcada por un barco sísmico; La figura 2 ilustra el principio general de un método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una primera modalidad de la invención; - La figura 3 es un diagrama de flujo de una modalidad particular del método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con la primera modalidad ilustrada en la figura 2; La figura 4 ilustra el principio general de un método para calcular velocidad del agua, de acuerdo con una segunda modalidad de la invención; La figura 5 ilustra el principio general de un método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una tercera modalidad de la invención; La figura 6 muestra la estructura simplificada de un dispositivo para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una modalidad particular de la invención.

Descripción Detallada de la Invención En todas las figuras del presente documento, los elementos y las etapas idénticos se indican por el mismo signo alfanumérico de referencia.

Ahora se presenta, con la figura 2, el principio general de un método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una primera modalidad de la invención.

Según se detallará a continuación, el principio general del método de acuerdo con la invención es usar los resultados del sistema de posicionamiento acústico (es decir, los nodos acústicos), para calcular la amplitud y también, en las modalidades particulares, la dirección de la velocidad del agua de un nodo dado (denominado a continuación como el "nodo D") que se incluye en un cable marino (por ejemplo, un cable marino externo cerca del paraván), para calcular la velocidad del agua del cable marino, o en un paraván, para calcular la velocidad del agua del paraván. Se debe observar que en una modalidad alternativa, la velocidad del agua del paraván se calcula por la velocidad del agua de un nodo D que no se incluye en el paraván en sí sino en un cable marino, y está cerca al paraván (por ejemplo, el nodo D es el nodo acústico más cercano, con relación al paraván, entre los nodos acústicos colocados a lo largo de los cables marinos).

Este método se beneficia del hecho a que, debido a la baja velocidad acústica del sonido en el agua (~1500 m/s), entonces una señal acústica (también denominada "intervalo acústico") se afecta en gran medida por el componente de la velocidad del agua que está en la dirección de la señal. La velocidad del agua del paraván o la velocidad del agua del cable marino son inducidas por la corriente marina y por la velocidad del barco.

La figura 2 representa una parte de una red de cables marinos. A, C y D son los nodos acústicos (también denominados como los "módulos acústicos") que integran los medios de posicionamiento acústicos, con los nodos A y C en un mismo cable marino S, en este ejemplo. WSPD es la velocidad del agua en el nodo D. Forma un ángulo ? (también denominado "ángulo de orientación") con la dirección del cable marino (AC).

Es decir, se define una base bidimensional , cuyo centro es el nodo D y comprende dos ejes no colineales (DA) y (DC). Cada uno de estos dos ejes no colineales se asocia con un vector base distinto: D¾ y DC , respectivamente.

Si los nodos A, C y D están en el mismo plan, entonces la norma y la dirección del vector IIQ^ (en el plan de ACD) se pueden calcular si se proyecta en las dos ejes no colineales (DA) y (DC) y si las proyecciones se conocen en norma y la dirección.

La velocidad del agua que afecta a la señal acústica que está propagada desde A a D y la señal acústica que está propagada desde D a A, es la proyección del vector U S^ en el eje (DA). Este vector se denomina SPDA . su norma SP DA y forma un ángulo a con el segmento [DH] que es ortogonal al cable marino.

A continuación se describe el cálculo de: Con: • doA = toA-C tDA es el tiempo de propagación acústica entre los nodos D y A, medido por la media de posicionamiento acústico (incluida en el nodo A, por ejemplo, si la señal acústica se transmite desde el nodo D al nodo A) c es la velocidad del sonido dDH es la separación de la línea de cruce.

En una modalidad alternativa, a es un parámetro de entrada (por ejemplo, un valor predeterminado o un valor proporcionado por el sistema de navegación que deduce este valor a partir de la disposición de la red de nodos acústicos).

Ahora se explica cómo la distancia de línea de cruce dHo puede calcularse si se conoce la longitud de los lados del triángulo DAC. Se observan las longitudes de los lados como sigue: dAC = d, dCD = a> AD = b y h es la longitud de la altitud HD. Por la fórmula de Heron, el área de este triángulo es: ÁreeDñC = Js(s-a)(s-b)(s-d) donde s=-^(a+b + d) es la mitad del perímetro del triángulo.

Pero el área de un triángulo se puede también escribir con la fórmula bien conocida: donde h (también conocida como d H D ) es la altitud que tiene la base H y la etapa con el vértice D, y d es la longitud de la base AC base del triángulo DAC.

A partir de estas dos fórmulas anteriores para calcular el d2 área del triángulo DAC, se obtiene lo siguiente: s(s-a)(s-b)(s-d) =— que, después de la simplificación, conduce a la siguiente fórmula (I): A continuación se describe el cálculo de SP DA Se obtiene: Por l Por consiguiente: Se demostró que la proyección del vectolcVS^ en el eje es completamente conocida, en la amplitud y la dirección. De la misma manera, se pudo demostrar que la proyección del vector el eje (DC) es completamente conocida, en la amplitud y la dirección. La velocidad del agua que afecta la señal acústica que está propagada desde C a D y la señal acústica que está propagada desde D a C, es la proyección del vector WS Q en el eje (DC). Este vector se denomina SPDC , su norma es m DO forma un ángulo ß con el segmento [DH] que es ortogonal al marino.

A continuación se describe el cálculo de ß: Con: * d DC = ÍDC¦ C tDc es el tiempo de propagación acústica entre los nodos D y C, medido por el medio de posicionamiento acústico (incluido en el nodo C, por ejemplo, si la señal acústica se transmite desde el nodo D al nodo C) c es la velocidad del sonido d D H es la separación de la línea de cruce.

En una modalidad alternativa, ß es un parámetro de entrada (por ejemplo, un valor predeterminado o un valor proporcionado por el sistema de navegación que deduce este valor a partir de la disposición de la red acústica de los nodos).

Se obtiene también: A continuación se describe el cálculo de WSPr al usar el cálculo anterior de SP DA Se obtiene la siguiente ecuación (II): Con el mismo método aplicado en el eje (DC), se obtiene la siguiente ecuación (III): Según se detalló anteriormente, los ángulos a y ß se pueden determinar con tDA, tDC, si se conoce la velocidad del sonido c y la de distancia dAc- Entonces se obtienen dos ecuaciones (II) y (III) en dos datos desconocidos, ?0¾ y ?, que son posibles de deducir.

Si más de dos nodos del cable marino S (es decir, si hay otros nodos que los nodos A y C) que pueden intercambiar las señales acústicas con el nodo D, entonces la exactitud del cálculo de la velocidad del agua se puede aumentar. Por ejemplo, un valor final de W9¾ y un valor final ? se pueden calcular al usar un algoritmo de cuadrado mínimo que tiene como las entradas todos los valores calculados de la norma (amplitud) y de la dirección de la velocidad del agua. De hecho, cuando el método descrito anteriormente se usa con los pares de nodos A y C, da un primer valor de WSP0 y un primer valor de ?. Si el método descrito anteriormente se usa con uno o varios otros pares de nodos, da para cada par de nodos otro valor de | lK3P¾ y otro valor de ?. Dos pares de nodos son diferentes si por lo menos un nodo es diferente (por ejemplo, el par (A, D) es diferente del par (A, B)).

La figura 3 es un diagrama de flujo de una modalidad particular del método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con la primera modalidad ilustrada en la figura 2.

Este método se puede ejecutar en el sistema controlador principal, que maneja el sistema de posicionamiento acústico, o en el sistema de navegación (a bordo del barco que remolca los cables marinos), que ubica los cables marinos en tiempo real y con referencia a la tierra.

En una etapa 31, se define la base bidimensional (DA, DC).

En una etapa 32, se obtiene tDA, tAD, tDc> tCD, c, dAc y d D H (ver las fórmulas anteriores).

En una etapa 33, se calculan los ángulos a y ß (ver las anteriores).

En una etapa 34, se calcula SPDA y SPDC (ver 'as fórmulas anteriores).

En una etapa 35, se calcula y y (ver el sistema de las ecuaciones anterior (II) y (III)).

Este método tiene varias ventajas, notablemente: • ninguna necesidad de un equipo específico y dedicado para calcular la velocidad del agua de un dispositivo (particularmente un cable marino o un paraván) que incluye el nodo D o que está cercano al nodo D; · ningún mantenimiento de tal equipo específico y dedicado (equipo registrador de velocidad), es decir, ningún mantenimiento referente a la batería, calibración, limpieza del sensor, redes de pesca atrapadas, etcétera; tiempo de despliegue y de recuperación no aumentado en la instalación de un equipo dedicado; resistente a la falla de uno o vario nodos acústicos; la velocidad del agua en toda la extensión (es decir, en cualquier punto de la red de cables marinos).

En una modalidad particular, la información de la dirección ? se usa para por lo menos una de las siguientes acciones (operaciones): cálculo de la distorsión del cable marino, cálculo del cruce de corrientes del cable marino, manejo de la forma de la red de cables marinos, construcción de un mapa de la velocidad del agua a lo largo de una red de cables marinos (que permite aumentar los cálculos de la forma del cable marino), etcétera.

La figura 4 ilustra el principio general de un método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una segunda modalidad de la invención.

En esta segunda modalidad, el método descrito anteriormente con relación a las figuras 2 y 3, se usa dos veces: una vez con el par de nodos A y C, y una vez con otro par de nodos A' y C colocado en otro cable marino S'.

Entonces se obtiene el siguiente sistema de cuatro ecuaciones: Este sistema de cuatro ecuaciones tiene tres datos desconocido Y y ?', que por lo tanto, es posible deducir: • y es la dirección WS*-^ por la comparación con el cable marino S, y ?' es la dirección WSPD por la comparación con el otro cable marino S'.

La figura 5 ilustra el principio general de un método para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una tercera modalidad de la invención. Esta tercera modalidad es diferente a la segunda solamente en cuanto a que el nodo D está entre los cables marinos S y S' (es decir entre (CA) y (A'C)) en la figura 4, y no en la figura 5.

Es importante observar que el método propuesto, descrito anteriormente con las modalidades ejemplares (ver las figuras 2-5), se puede extrapolar al uso de cualquier número de pares de nodos, en los mismos cables marinos o en diferentes cables marinos (que sean adyacentes o no). La única cuestión a respetar es poder saber (calcular) la dirección relativa de cada eje (entre el nodo D y un nodo de un par de nodos) usada para la cálculo de la velocidad del agua.

En una modalidad alternativa, el método se usa con una base unidimensional (es decir N = 1): el nodo acústico D se usa con solamente otro nodo acústico (por ejemplo, el nodo A). En ese caso, se puede calcular solamente la proyección del vector US^. en el eje (DA). Según se lo ya mencionado anteriormente, este vector se denomina SPDA¦ La dirección de la velocidad del agua no se puede calcular.

El método propuesto, descrito anteriormente con las modalidades ejemplares (ver las figuras 2-5) con una base bidimensional, se puede extrapolar fácilmente por el experto en la técnica a una base tridimensional. De hecho, si se usan tres ejes no colineales (el nodo D es el centro de la base), y si estos tres ejes no están en el mismo plan, entonces el vector de la velocidad del agua se puede conocer en un espacio tridimensional.

Cuanto mayor sea el número de pares de nodos usados para calcular la velocidad del agua, mejor será la exactitud del cálculo.

No se ha detallado en el presente texto cómo se soluciona un sistema de gran tamaño o cómo se filtra a tiempo el ruido en las medidas, pero hay muchas maneras convencionales de hacerlo. Si el sistema es de gran tamaño, entonces cuando uno o varios módulos acústicos han fallado el método aún funciona pero la exactitud de la medida se disminuye.

La forma de la base N dimensional (bidimensional o más) formada para determinar la amplitud y la dirección de la velocidad del agua, tiene un impacto en el funcionamiento.

Si la base bidimensional es ortonormal, es decir, ortogonal y normalizada, entonces el funcionamiento será el mismo sin importar la dirección de la velocidad del agua.

Si la base es ortonormal pero si un vector base es mayor que el otro, entonces un mismo error en el tiempo de propagación que forma los vectores base, afectará menos la medición de la velocidad del agua en la dirección del vector grande. Por lo tanto, es beneficioso tener uno de los vectores base en la dirección principal de la velocidad del agua. En el caso descrito anteriormente, la velocidad del agua es generada principalmente por la velocidad del barco, por lo tanto, es beneficioso que uno de los vectores base esté en línea con el cable marino (por ejemplo, los nodos D y A están en un mismo cable marino y el nodo C está en otro cable marino).

La base puede ser no ortogonal, como en las modalidades de las figuras 2, 4 y 5. En ese caso, el objetivo es optimizar el funcionamiento de la medición en línea de la velocidad del agua en lugar del valor de la línea de cruce ("en línea" se refiere a "paralelo al cable marino" y "línea de cruce" se refiere a "perpendicular al cable marino"). Por lo tanto, los dos vectores base que forman la base se cierran a los intervalos acústicos en línea, que ofrecen la redundancia. De hecho, cuando los dos vectores base no son ortogonales, hay una correlación entre las proyecciones del vector lVQP en cada uno de los vectores base de la base, que proporciona la información de redundancia. Esta modalidad es compatible con el sistema de posicionamiento acústico para el cual los intervalos en línea no están disponibles.

El método es tolerante a una forma en V entre los cables marinos a partir de cuyos intervalos acústicos se usan y a un ángulo de empalme de los cables marinos.

Ahora con referencia a la figura 6, se presenta la estructura simplificada de un dispositivo (por ejemplo, un sistema controlador principal o un sistema de navegación) para calcular la velocidad del agua, de acuerdo con una modalidad particular de la invención.

El dispositivo de cálculo 60 comprende una memoria de solo lectura (ROM, por sus siglas en inglés) 63, una memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés) 61 y un procesador 62. La memoria de solo lectura 63 (medio portador legible por computadora no transitorio) almacena las instrucciones del código de programa ejecutable, que son ejecutadas por el procesador 62 para permitir la implementación de la técnica de la invención (por ejemplo, las etapas 31 a 36 de la figura 3).

Tras el inicio, las instrucciones del código de programa mencionadas anteriormente se transfieren desde la memoria de solo lectura 63 a la memoria de acceso aleatorio 61 para que se ejecuten por el procesador 62. La memoria de acceso aleatorio 61 incluye además los registros para almacenar las variables y los parámetros requeridos para esta ejecución. El procesador 32 recibe, como entradas 64, la siguiente información: los tiempos de propagación acústica (en el ejemplo de las figuras 2 y 3: tDA, tAD, tDC, tCD); las distancias entre nodos conocidas (en el ejemplo de las figuras 2 y 3: dAc); un valor medido c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática. En una modalidad alternativa, se calcula este valor (ver la Solicitud de Patente EP 11305835.8).

De acuerdo con las instrucciones del código de programa, el procesador 62 suministra, como las salidas 65, un valor calculado de la norma WSPDj y la dirección ? de la velocidad del agua.

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

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para calcular la velocidad del agua de un primer nodo acústico D que pertenece a una red de los nodos acústicos, por lo menos algunos de dichos nodos acústicos que están colocados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas, donde dicho método comprende las etapas de: a) definir una base N dimensional, cuyo centro es dicho primer nodo acústico y que comprende un solo eje, cuando N = 1, o N = ningún eje colineal, cuando N = 2 o N = 3, cada dicho eje está asociado con un vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a otro nodo acústico; b) calcular una amplitud de la velocidad del agua, de acuerdo con: * cada otro nodo acústico dado que define dicho vector base: una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al otro nodo acústico, y una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde los otros nodos acústicos dados al primer nodo acústico; * un valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde, para cada dicho eje asociado a dicho vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico D, a otro nodo acústico, genéricamente indicado con la letra X, etapa b) comprende el cálculo de una amplitud ||SFo | de una proyección de la velocidad del agua en dicho eje, de acuerdo con: un duración de propagación acústica tDx de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico D al otro nodo acústico X; una duración de propagación acústica tXD de una señal acústica transmitida desde el otro nodo acústico X al primer nodo acústico D; dicho valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde la plitud se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde, cuando N = 2 o N = 3, la etapa b) comprende: obtener la dirección de cada uno de los ejes N; calcular la amplitud y los ángulos de orientación N-1 de la velocidad del agua, de acuerdo con: * las direcciones de los ejes N; y * para cada uno de los ejes N, la amplitud calculada de la proyección de la velocidad del agua en dicho eje.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 4, donde N = 2, en esa etapa a) comprende definir una base bidimensional que comprende el primer y el segundo eje no colineal, el primer eje está asociado con un vector de la primera base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a un segundo nodo acústico A, el segundo eje está asociado con un segundo vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a un tercer nodo acústico C, el segundo y el tercer nodo acústico están colocados a lo largo de una primera antena lineal acústica, y donde etapa b) comprende el cálculo, en el plan, que comprende el primer, el segundo y el tercer nodo acústico, una y un ángulo de orientación ?, por la comparación de dicha primera antena lineal acústica, de la agua, al solucionar el siguiente sistema de dos H-D'|-(ícD + fDc)siri( ?+y) con: una duración de propagación acústica tDA de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al segundo nodo acústico; una duración de propagación acústica tAD de una señal acústica transmitida desde el segundo nodo acústico al primer nodo acústico; una duración de propagación acústica tDC de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al tercer nodo acústico; una duración de propagación acústica tCo ele una señal acústica transmitida desde los terceros nodos acústicos al primer nodo acústico; dicho valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática; la dirección a del primer eje, por la comparación con un eje de referencia; la dirección ß del segundo eje, por la comparación con el eje de referencia.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, donde la etapa b comprende el cálculo de la dirección ß del primer eje y la dirección ß del segundo eje, de acuerdo con las siguientes fórmulas: con una distancia dDH entre el primer nodo acústico y un punto H definidos como una proyección ortogonal de dicho primer nodo acústico en dicha primera antena lineal acústica.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 5, donde se repiten la etapa a) y b): con dicho segundo y dicho tercer nodo acústico, para obtener un primer valor de la amplitud y un primer valor del ángulo de orientación, por la comparación con el eje de dicha primera antena lineal acústica, de la velocidad del agua; y por lo menos una vez, con otro par de nodos acústicos colocados a lo largo de dicha primera antena lineal acústica y que comprende por lo menos un nodo acústico diferente de dicho lugar y dicho tercer nodo acústico, obtener por lo menos un segundo valor de la amplitud y por lo menos un segundo valor del ángulo de orientación, por la comparación con el eje de dicha primera antena lineal acústica, de la velocidad del agua; y donde dicho método comprende otra etapa de: c) obtener un valor final de la amplitud de acuerdo con el primer valor y por lo menos un segundo valor de la amplitud, y obtener un valor final del ángulo de orientación de acuerdo con el primer valor y por lo menos un segundo valor del ángulo de orientación.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 5, donde se repiten las etapa a) y b): con dicho segundo y dicho tercer nodo acústico A y C; y con otro par del cuarto y del quinto nodo acústico A' y C, colocados a lo largo de una segunda antena lineal acústica; y donde dicho método comprende una etapa adicional de solucionar el siguiente sistema de cuatro ecuaciones, para obtener la amplitud calculada I WSFQ , el ángulo de orientación calculado ? por la comparación con eje de dicha primera antena lineal acústica, y un ángulo de orientación calculado ?' por la comparación con el eje de dicha segunda antena lineal acústica, de la velocidad del agua:

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho primer nodo acústico D se incluye en una de dichas antenas lineales acústicas.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho primer nodo acústico D se incluye en un paraván que es adyacente o no a una de dichas antenas lineales acústicas.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho método está implementado en un sistema controlador principal, que maneja un sistema de posicionamiento acústico que comprende dichos nodos acústicos, o en un sistema de navegación, abordo de un barco que remolca dichas antenas lineales acústicas.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, donde dicho método comprende una etapa de usar por lo menos uno de dichos ángulos de orientación N-1 de la velocidad del agua, para realizar por lo menos una acción que pertenece al grupo que comprende: calcular la distorsión de la antena lineal acústica; calcular el cruce de corrientes de la antena lineal acústica; manejar la forma de la red de la antena lineal acústica; construir un mapa de la velocidad del agua a lo largo de una red de la antena lineal acústica.

13. Un medio portado legible por computadora no" transitorio que almacena un programa que, cuando se ejecuta por una computadora o un procesador, hace que la computadora o el procesador realice un método para calcular la velocidad del agua de un primer nodo acústico D que pertenece a una red de nodos acústicos, por lo menos algunos de dichos nodos acústicos están colocados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas, donde dicho método comprende las etapas de: a) definir una base N dimensional, cuyo centro es dicho primer nodo acústico y que comprende un solo eje, cuando N = 1, o N = ningún eje colineal, cuando N = 2 o N = 3, cada dicho eje está asociado con un vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a otro nodo acústico; b) calcular una amplitud de la velocidad del agua, de acuerdo con: * para cada otro nodo acústico dado que define dicho vector base: una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al otro nodo acústico dado, y una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el otro nodo acústico dado al primer nodo acústico; * un valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

14. Un dispositivo para calcular la velocidad del agua de un primer nodo acústico D que pertenece a una red de los nodos acústicos, por lo menos algunos de dichos nodos acústicos están colocados a lo largo de las antenas lineales acústicas remolcadas, donde dicho dispositivo comprende: los medios para definir una base N dimensional, cuyo centro es dicho primer nodo acústico y comprende un solo eje, cuando N = 1, o N = ningún eje colineal, cuando N = 2 o N = 3, cada dicho eje está asociado con un vector base que se extiende desde dicho primer nodo acústico a otro nodo acústico; los medios para calcular una amplitud de la velocidad del agua, de acuerdo con: * para cada otro nodo acústico dado que define dicho vector base: una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde el primer nodo acústico al otro nodo acústico dado, y una duración de propagación acústica de una señal acústica transmitida desde los otros nodos acústicos al primer nodo acústico; * un valor c de la velocidad del sonido de la acústica subacuática.

15. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, donde, cuando N = 2 o N = 3, comprende: los medios para obtener la dirección de cada uno de los ejes N; los medios para calcular la amplitud y los ángulos de orientación N-1 de la velocidad del agua, de acuerdo con: * las direcciones de los ejes N; y * para cada uno de los ejes N, la amplitud calculada de yección de la velocidad del agua en dicho eje.