APARATOS Y MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE ORIENTACIÓN DEL APARATO DE DIRECCIÓN DEL
CAPTURADOR
Campo de la Invención La presente invención se refiere al campo de la instrumentación sísmica marina y métodos para utilizarla. Más específicamente, la presente invención se refiere a un aparato y método para mejorar el conocimiento del ángulo de ataque del aparato de dirección de un capturador sísmico. Antecedentes de la Invención La exploración sísmica marina investiga y hace mapas de la estructura y carácter de las formaciones geológicas de la subsuperficie que se encuentra debajo de un cuerpo de agua. Para áreas de investigación grandes, las embarcaciones sísmicas remolcan una o más fuentes sísmicas y múltiples capturadores sísmicos a través del agua. Los capturadores pueden ser colocados utilizando aves que se pueden dirigir de manera controlable, desviadores, boyas que se pueden dirigir y similares. Para colocar los capturadores de una manera más eficiente, se necesita el conocimiento del ángulo de ataque de los aparatos que se pueden dirigir. Actualmente, este conocimiento es obtenido indirectamente utilizando estimados de la precisión y la exactitud variaable. Sería un avance en la técnica si se pudiera obtener directamente el conocimiento del ángulo de ataque de los aparatos de dirección del capturador. Sumario de la Invención De acuerdo con la presente invención , se describen aparatos y métodos para medir un parámetro q ue indica el ángulo de ataque de un cuerpo de un aparato de d i rección de capturador, en vez de capturar el ángulo. Los sistemas y métodos de la presente invención reducen o sol ucionan problemas con los métodos y aparato anteriores de posicionamiento de la dirección del capturador. El aparato y los métodos de la presente invención pueden ser utilizados para recolectar datos en investigaciones sísmicas marinas, por ejemplo, investigaciones sísmicas mari nas de 3 D y 4D. U n pri mer aspecto de la presente invención son los métodos, comprendiendo un método: (a) medir un parámetro que indica un ángulo de ataque de un cuerpo de un elemento de orientación de capturador; y (b) utilizar por lo menos un parámetro medido para ajustar una o más superficies de control del elemento de orientación . Como se usa en la presente descripción el térm ino
"cuerpo" significa una sección substancialmente rígida cuya geometría no cambia de manera importante, opuesto a, por ejemplo, un cable flexible. El cuerpo puede ser substancialmente sólido o puede defin ir u n espacio interno, que tiene una porción la cual define un espacio interno con capacidad de alojar componentes electrónicos, neumáticos, h idráulicos u otros componentes fu ncionales utilizados para dirigir la orientación del elemento y comunicarse con otro eq uipo sísm ico, incl uyendo las computadoras. Los métodos de la presente invención incluyen aquellos en donde la medición es seleccionada de un método acústico , un método magnético, un método de inercia, un método de inclinación y combinaciones de los mismos. El elemento de orientación puede comprender u n ave que se puede dirigir y se puede controlar remotamente que tiene alas que se pueden mover para controlar la superficie. Las alas pueden ser adheridas de manera removible al cuerpo y pueden ser controladas independientemente. Otros métodos de la presente invención son aquellos en donde el ave que se puede dirigir comprende uno o más sensores acústicos localizados dentro o sobre el cuerpo del ave que se puede dirigir y la medición es un método acústico. La medición puede comprender medir en lector de corriente del océano y un vector de movimiento de la embarcación para encontrar el vector de flujo de agua en relación la superficie de control del elemento de orientación . El ave que se puede dirigir puede comprender una extensión rígida del cuerpo q ue tiene un áng ulo conocido para una longitud del cuerpo, comprendiendo la extensión uno o más sensores localizados dentro o sobre la extensión. El método puede incluir la medición de la orientación vertical del cuerpo del elemento de orientación, tal como midiendo el diferencial de presión en el cuerpo, midiendo la inclinación del cuerpo o alguna combinación de los mismos. La medición puede incluir el uso de un magnetómetro tri-axial adherido de manera desmontable al cuerpo, midiendo la resistencia del campo magnético y la dirección en relación con los ejes del cuerpo, midiendo la dirección de una señal acústica relativa a los ejes del cuerpo, midiendo un vector de gravedad relativo a los ejes del cuerpo y combinaciones de estos. El vector de gravedad puede ser medido utilizando un aparato seleccionado de un acelerómetro tri-axial, un inclinómetro, un sistema de balanceo, calibradores de presión y combinaciones de los mismos, tales como un acelerómetro tri-axial balanceado. Otro aspecto de la presente invención son aparatos que comprenden: (a) un capturador sísmico que tiene por lo menos un elemento de orientación que incluye un cuerpo y por lo menos una superficie de control; (b) un sensor del elemento de orientación adaptado para medir uno o más parámetros que indican el ángulo de ataque del cuerpo; y (c) un controlador para ajustar la superficie de control basada en por lo menos el parámetro medido.
El aparato de la presente invención ¡ncluye aq uellos aparatos en donde el sensor es seleccionado de un sensor acústico, un sensor mag nético, un sensor de i nercia , un inclinómetro, un sensor de presión y combinaciones de los mismos. El sensor acústico puede com prender un receptor y transmisor, o un transductor que combina las funciones del receptor y el transm isor. Si es utilizado, el sensor magnético puede comprender un magnetómetro tri-axial y un sensor de inercia puede comprender un acelerómetro tri-axial. Cualquiera de los sensores pueden ser balanceados. El elemento de orientación puede ser un ave que se puede dirigir en donde el cuerpo del ave que se puede dirigir está dentro de la línea del capturador, adherido al capturador o colgado del capturador y la superficie de control puede comprender una o más alas que se pueden controlar independientemente, las cuales son movibles. El aparato y método de la presente invención podrán ser apreciados a partir de la revisión de la Breve Descripción de los Dibujos, la Descripción Detallada de la I nvención y las Reivindicaciones siguientes. Breve Descripción de los Dibujos La manera en la cual los objetivos de la presente invención y otras características deseables pueden ser obten idas, se explica en la sig uiente descripción y en los dibujos adj untos, en los cuales:
La figura 1 es una representación esquemática de un elemento de orientación de la técnica anterior útil en la presente invención; La figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de un aparato de la presente invención; La figura 3 ilustra un esquema de control que puede ser utilizado para controlar el aparato de la presente invención; y
La figura 4 es una vista esquemática en perspectiva de otro aparato de la presente invención. Sin embargo, deberá observarse que los dibujos adjuntos no están hechos a escala y que ilustran solamente modalidades típicas de la presente invención y por lo tanto, no deberán ser considerados como que limitan su alcance, ya que la invención puede admitir otras modalidades igualmente efectivas. Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción, se establecen numerosos detalles para proporcionar el entendimiento de la presente invención. Sin embargo, deberá quedar entendido por aquellos expertos en la técnica que la presente invención puede ser practicada sin estos detalles y que son posibles numerosas variaciones y modificaciones a las modalidades aquí descritas. Todas las frases, derivados, colocaciones y expresiones de palabras múltiples aquí utilizadas, en particular en las reivindicaciones siguientes, no están expresamente limitadas a los sustantivos y verbos. Se podrá apreciar que los significados no son justamente apreciados por el sustantivo y el verbo o palabras ún icas. Los leng uajes utilizan una variedad de medios para expresar el contenido . La existencia de los conceptos inventivos y los modos en los cuales son expresados varía en las culturas y lenguajes. Por ejemplo, muchos compuestos lexicalizados en los idiomas sajones, con frecuencia son expresados como combinaciones de adjetivósustantivo, combinaciones de sustantivo-preposición-sustantivo o derivados en lenguas latinas. La posibilidad de incluir frases, derivados y colocaciones en las reivindicaciones es esencial para patentes de alta calidad, siendo posible red ucir las expresiones a su contenido conceptual y todas las combinaciones conceptuales posibles de las palabras q ue son compatibles con dicho conten ido (ya sea dentro de un idioma o en los idiomas) pretenden ser incluidos en las frases utilizadas. La frase "elemento de orientación" significa un aparato con capacidad de movimientos que pueden dar como resultado cualquiera o múltiples movimientos de trayectoria de línea recta o curva, de un capturador en 3 dimensiones, tales como lateral (horizontal), vertical hacia arriba, vertical hacia abajo y combinaciones de los mismos. Los términos y frases "ave", "controlador de cable" "aparato de control del capturador" y términos y frases y similares, son utilizados en la presente descripción de manera intercambiable y se refieren a los elementos de orientación que tienen una o más superficies de control adheridas a los mismos o como parte de los mismos. Por "desviador de extremo frontal que se puede dirigir" (o simplemente "desviador") tal como es colocado generalmente en el extremo frontal del capturador que se encuentra más al exterior y otros elementos de desviación , tales como aquellos que pueden ser empleados en el extremo frontal de las fuentes sísmicas o arreglos de fuentes, pueden funcionar como elementos de orientación en alg u nas modalidades, aunq ue ellos son principalmente utilizados para jalar los capturadores y las fuentes de d i rección lateralmente con respecto a la dirección de movimiento de una embarcación de remolque. Las palabras "controlar la posición vertical y horizontal", "control de la posición vertical y horizontal", "que puede controlar la posición", "q ue controla de manera remota la posición" y el término "dirección" son generalmente utilizados en la presente descripción de manera intercambiable, au nq ue será reconocido por aquellos expertos en la técnica que "dirección" generalmente se refiere a seguir u na trayectoria distinguida, mientras que "controlar la posición vertical y horizontal", "control de la posición vertical y horizontal", "posición que se puede controlar" y "posición para controlar de manera remota" podrían sign ificar dirección , pero también incluyen el mantenimiento de una posición relativa, por ejemplo, u n capturador en relación con un segundo y tercer captu radores, o uno, un par o u na tripleta de capturadores en relación con uno o más puntos de referencia , tales como objetos naturales o manufacturados por el hombre, o simplemente la desviación de un objeto. Estas frases también incluyen la repetición o duplicación de la trayectoria de una toma sísmica anterior, denom inada sismolog ía de 4-D y que incluye controlar la posición de modo que los capturadores forman una "V" o una geometría de l ínea cruzada "W", o alg ún otro patrón . Debido a q ue los términos "control de la posición vertical y horizontal", "que puede controlar la posición", y "que controla la posición vertical y horizontal" son términos algo más amplios que "dirección", estos términos son utilizados aquí , excepto cuando los ejemplos específicos demandan un uso de palabras específicas. El término "posición", cuando es utilizado como un nombre, es más amplio que "profu nd idad" o movimiento lateral solo , y pretende ser u n sinón imo de la "relación espacial". Por lo tanto, la "posición vertical" incluye la profundidad , pero también la distancia desde el lecho marino o la distancia arriba o abajo de un objeto su mergido o semi-sumergido, o un objeto que tiene porciones sumergidas. Cuando se utiliza como un verbo , "colocar" significa que ocasiona que se encuentre en un l ugar, condición o relación espacial deseada. El término "controlar" utilizado como verbo transitorio, significa verificar o regular comparando u n estándar o valor deseado, y cuando es utilizado como sustantivo ("controlador") significa un mecan ismo que controla. El control puede ser de circuito abierto, circuito cerrado , retroalimentación , alimentación delantera , cascada, adaptable, heurístico y combinaciones de los mismos. El término "ajuste" sig nifica el cambio de u no o más parámetros o características en tiempo real o cerca del tiempo real . "Tiempo real" significa u n flujo de datos que ocurre sin demora alguna agregada más allá del mínimo requerido para la generación de los componentes del fl ujo de datos. I mplica que no existe una distancia mayor entre el almacenamiento de la información y el flujo de datos y la recuperación de esa información. Puede existir un requerimiento adicional de que los componentes de los flujos de datos sean generador suficientemente rápido para permitir decisiones de control q ue los utilizan para q ue sean lo suficientemente pronto para que sean efectivos. "Cercano al tiempo real" significa un flujo de datos q ue ha sido demorado de alg u na manera , tal como para perm itir el cálculo de resultados utilizando filtros simétricos. Generalmente, las decisiones tomadas con este tipo de flujos de datos son para mejorar las decisiones de tiempo real . Tanto los flujos de datos de tiempo real, como de tiempo cercano al real son util izados in mediatamente después de q ue son recibidos por el siguiente proceso en la línea de decisión , La presente invención se refiere a varios aparatos y métodos para mejorar el conocimiento del ángulo de ataque de un aparato de dirección de un capturador. Este conocimiento puede mejorar el control de la fuerza de línea cruzada ejercido por cada aparato de dirección a lo largo del captu rador. La invención acopla la i nstrumentación al cuerpo del aparato de dirección que le da la orientación al cuerpo en u n marco de referencia en el cual es conocido el movimiento de la corriente del océano y la embarcación . El control horizontal y vertical de los capturadores generalmente es proporcionado actualmente, por los elementos de orientación , los cuales pueden ser de cualquier tipo, tal y como aquí se explicaron , tales como hidroláminas pequeñas o aves que pueden proporcionar fuerzas en los planos vertical y horizontal . Los elementos de orientación pueden ser separados de manera un iforme a lo largo de la longitud de los capturadores y pueden ser sujetados a los capturadores, colgados de los capturadores, o insertados en línea en los capturadores para prod ucir el control de la posición vertical y horizontal deseadas. Se pueden colocar elementos adicionales de orientación en intervalos entre los elementos principales de orientación para el control de posición suplementario, por ejemplo , para red ucir el "pandeado" del capturador entre las localizaciones en donde los elementos de orientación principales están localizados en los captu radores. En algu nas modalidades de la presente invención, puede ser posible cambiar la configuración del capturador durante la investigación sísmica utilizando los elementos de orientación , opcionalmente ayudados por un sistema de grúas u otra adaptación para alterar la longitud de los cables. Un tipo de elemento de orientación el cual puede ser modificado de acuerdo con la presente i nvención , se describe en la Patente Norteamericana No. 6, 671 ,223 com únmente asignada que describe un ave que se puede dirigir conocida bajo la designación comercial "Q-FI N", que se puede conseguir en WesternGeco LLC, Houston , Texas, que está diseñada para ser conectada eléctrica o mecánicamente en serie (es decir, en l ínea) con u n capturador u otros aparatos de dirección q ue son adheridos actual mente a los capturadores sísmicos para dirig i r los captu radores para la forma deseada de línea cruzada, la colocación o ambos. La dirección puede ser lograda a través de la elevación proporcionada por dos alas independientes de las alas q ue giran alrededor de un eje perpendicular al eje de las alas del cuerpo del controlador. U na descripción ad icional se puede encontrar haciendo referencia a la figura 1 . El aparato de control del capturador, o "ave" de la fig ura 1 , está indicado generalmente con el n úmero 1 0, comprende un cuerpo diseñado alargado 12 adaptado para ser conectado eléctrica o mecánicamente en serie a u n capturador sísmico marino de secciones múltiples 14 del tipo el cual es remolcado por la embarcación de investigación sísmica y el cual es utilizado, en conj u nto con la fuente sísmica tam bién remolcada por la embarcación , para realizar investigaciones sísmicas, como se describió anteriormente en este documento . Para permitir dicha combinación, cada extremo del cuerpo 12 está provisto con un conector mecánico o eléctrico respectivo 1 6 , 1 8, siendo complementarios estos conectores a y diseñados para interconectarse con los conectores del extremo del capturador 20, 22 , respectivamente, los cuales son utilizados generalmente para unir las secciones adyacentes 14a y 14b de los materiales de plástico reforzados por fibra generalmente moldeados, los cuales se proyectan horizontalmente hacia fuera del cuerpo 12 y los cuales pueden g i rar independientemente alrededor de u n eje común que se extiende substancialmente perpendicular a través del eje long itudinal del cuerpo. La rotación de las alas 24 es efectuada bajo el control de un sistema de control 26 , alojado de manera sellada dentro del cuerpo 12. Las alas 24 generalmente son en forma de ojiva (es decir, redonda), y barridas con respecto a la dirección del remolque del captu rador 14 (cuya dirección es indicada por la flecha 28), con el objeto de reducir la posibilidad de que se enganchen en ellos los desechos. Para facilitar su remoción o nuevo montaje rápido, las alas 24 son aseguradas al cuerpo 12 por medio de un aditamento de liberación rápida 30. Como se mencionó anteriormente, el capturador 14 incl uye h idrófonos d istribuidos a lo largo de su longitud ; y también incluye un sistema de circuito de control y conversión para convertir la salidas de los hidrófonos en señales de datos digitales, líneas de datos y control que se extienden longitudinalmente para cond ucir señales de control y datos a y desde el sistema de circuito de control y conversión , l íneas de suministro de corriente eléctrica para suministrar corriente eléctrica desde la embarcación al sistema de circuito. Todas estas líneas son conectadas juntas de la sección del capturador 14a a la sección del capturador 14b por medio de las líneas correspondientes respectivas 32, las cuales se extienden a través del cuerpo 12 del ave 1 0 entre los conectores 1 6, 1 8. Adicional mente, el sistema de control 26 está conectado para recibir señales de control y energ ía eléctrica de las líneas respectivas 32. La mayor parte de la longitud del cuerpo 12 del ave 10 es flexible, siendo las únicas partes rígidas los conectores 20, 22, y una sección de alojamiento central corta la cual aloja el sistema de control 26 y desde la cual se proyectan las alas 24. Esta sección de alojamiento central , la cual está hecha de aluminio o titanio, tiene perforaciones que pasan longitudinalmente a través de ella para el paso de los elementos de Kevlar o de otros elementos de estiramiento q ue pueden ser portadores de la carga long itud inal del cuerpo 12 , se mantienen tan cortas como sea posible, generalmente de alrededor de 40 cm , de modo que una vez que las alas 24 han sido desmontadas del cuerpo 12, el captu rador 14 puede ser enrol lado o desen rollado de un tambor grande utilizado para almacenar el captu rador, con el cuerpo 12 todavía conectado en el capturador. El ad itamento de liberación rápida 30 permite la remoción y adhesión de las alas 24 para que sea por lo menos parcialmente automático conforme es enrollado el captu rador 14 en el carrete dentro y fuera durante la investigación . Con el objeto de optimizar la elevación de las alas y por lo tanto , dirigirlas de una manera más eficiente, es necesario conocer el áng ulo de ataque del cuerpo del aparato de dirección . La dirección y velocidad del flujo de agua (es decir, la corriente en relación con el ala) son necesarias para conocer el áng u lo de ataque. Dentro de un marco de referencia absoluto común , tal como el Sistema Geodético M undial , 1 984 (WGS-84), por ejemplo, los vectores combi nados de la corriente del océano y el movimiento de la embarcación dan el vector del fl ujo de agua. Existen estimados de precisión variable y exactitud para la orientación del cuerpo del aparato de dirección . La incertidumbre de la orientación del cuerpo es debida por lo menos a dos errores del modelo ; el modelo de la forma del capturador entre los aparatos de d i rección , y la falta de alineación no diseñada del aparato de dirección en relación con el eje longitudinal del capturador. Se pueden utilizar varios métodos para proporcionar alguna ventaja a los aparatos de dirección en ausencia de esta información . Lo menos preciso es suponer que el ángulo de ataq ue no cambia y utilizar un valor razonable y aceptar el error que lo acompaña. U na mejora para este método es suponer que el cuerpo de dirección está alineado con el eje longitudinal del capturador y suponer además que el capturador es recto. N uevamente una refinación es aceptar que el capturador no es recto y utilizar una función que aproxima la forma del capturador. Estos métodos proporcionan un estimado de orientación más preciso para el aparato de dirección que simplemente supon iendo que no cambia el ángulo de ataque, sin embargo, todavía son estimados. En vez de por medio de u n modelo, el mejor modo de determinar esta orientación es midiéndola. La presente invención describe la forma de hacerlo acústicamente a través de varios mecanismos de medición : con un compás magnético , magnetómetros axiales, aparatos de colocación de inercia, inclinómetros, calibradores de presión y cualquier combinación de dos o más de estas técn icas. La fig ura 2 il ustra el ave que se puede dirig ir de la fig u ra 1 modificada de acuerdo con una modalidad 60 de la presente invención , con porciones desprend idas para revelar ciertas características. En la figura 2 se i lustran dos elementos 62 y 64 que se extienden lejos del cuerpo del ave que se puede dirigir 12 en una distancia conocida L y un ángulo conocido , ?. Los elementos 62 y 64 , respectivamente, soportan la longitud d ual de los sensores acústicos 66 y 68. Las orientaciones del cuerpo del aparato de dirección 12 pueden ser determinadas, ya que la longitud L y el ángulo f son conocidos. Alternativamente, los sensores acústicos 66 y 68 pueden estar cada uno dentro del cuerpo 12 del aparato de dirección 60. Las dimensiones diferenciadas de los aparatos acústicos 66 y 68 proporcionan información acerca de un ángulo de orientación y combinada con otra información como se explicará más adelante, se puede resolver el conjunto completo de todos los tres ángulos de actitud y por lo tanto, dar orientación al cuerpo 12 y el cuerpo del aparato de dirección a los cuales están adheridas las alas 24. El cuerpo del aparato de dirección 12 se puede su poner que es casi horizontal en el cuadro de referencia común o tan cerca del horizontal que el error del supuesto incorrecto es insignificante. Puede ser ag regada instru mentación adicional para determinar la orientación vertical en la forma de dos o más sensores de presión , il ustrados con los n úmeros 72 y 76. El sensor de presión 72 se muestra localizado cerca del extremo frontal 70 del cuerpo 12 , mientras el sensor de presión 76 se muestra ilustrado cerca del extremo posterior 74. Los sensores de presión 72 y 76 pueden proporcionar, ya sea la presión absoluta o las diferencias de presión para medir la validez del supuesto. Un inclinómetro 78, en el cuerpo del ave 12 puede proporcionar información equivalente. La figura 2 muestra sensores acústicos y sensores de presión , ambos ali neados con el eje longitudinal , aunque existen muchas combinaciones de sensores y estrategias de percepción para determinar la orientación . Con una adaptación il ustrada en la fig ura 2 , también se requeriría tener acelerómetros o un inclinómetro sensi ble al ángulo de balanceo. Esto también puede ser cierto para el supuesto de un aparato casi horizontal como puede ser u n supuesto falso para ignorar cualesqu iera torceduras. Para generalizar, se necesitan medir tres ángulos de orientación de una manera tal que cada u no de ellos tenga al menos un componente independiente de los otros dos para asegurar que todos los tres g rados de libertad son fijos. Esto puede ser logrado combinando tres de las mediciones simples (cualquier selección entre acústica, de presión y del inclinómetro) o combinando un magnetómetro tri-axial o un acelerómetro triaxial con una de las mediciones simples. Una plataforma de inercia puede ser empleada por ella misma. Para una exactitud más alta, la posición del aparato de dirección debe de ser conocida con mayor precisión. La exactitud requerida depende en altos grados de los tipos de mediciones empleados y la exactitud de orientación necesarios y puede variar de un nivel de metros a un nivel de kilómetros. Como aquí se manifiesta, se puede utilizar un aparato balanceado. El uso de un balanceo es esencial lo mismo que el uso de un inclinómetro. Para pedir prestada la terminología de la tecnología de inercia, podemos llamarle al aparato balanceado un sistema de "nivel local" mientras que la combinación del aparato de medición con un inclinómetro puede ser análogo a un sistema de "banda inferior". En el caso del "nivel local" la compensación de la inclinación se hace automáticamente de una manera análoga mientras que en la "banda inferior" la compensación se debe de hacer analíticamente. Tal y como se manifiesta puede ser posible y pueden haber muchas combinaciones existentes y previsibles de técnicas de medición y estrategias y estas variaciones están consideradas dentro del alcance de la presente invención. Como alternativa al uno o más sensores acústicos, inclinómetros y sensores de presión ilustrados en la figura 2, uno o más compases magnéticos colocados en el cuerpo del aparato de dirección 12 pueden proporcionar la orientación del cuerpo 12. El compás debe de ser calibrado por la perturbación magnética ocasionada por el metal en el aparato de dirección 60. Otra alternativa a los sensores de presión, el inclinómetro, sensores acústicos y compases magnéticos, es un magnetómetro tri-axial fijado al cuerpo 12. El magnetómetro tri-axial podrá medir la resistencia del campo magnético y la dirección en relación con los ejes de las alas 24. La dirección del campo magnético ha sido mapeada y puede ser utilizada como un parámetro conocido. La lectura del magnetómetro es una medida del ángulo entre el campo magnético y cada uno de los ejes del cuerpo 12. La representación geométrica de la dirección del eje longitudinal del aparato de dirección es un cono centrado en la dirección del campo magnético y con un ángulo superior igual al ángulo medido por el magnetómetro. Un segundo cono puede ser descrito midiendo el vector de gravedad en relación con el cuerpo 12. Esto se puede hacer mediante el acelerómetro triaxial. La orientación final de los ejes del cuerpo 12 puede ser definida de manera única con el eje longitudinal alineado con la línea de cruce entre el par de conos descritos, y el paso y el rodillo determinados directamente con los acelerómetros. Como una alternativa al acelerómetro tri-axial es posible utilizar un inclinómetro más simple o un sistema balanceado, pero la exactitud se puede degradar entonces. También es posible utilizar una o más mediciones del ángulo de línea de base corta acústica, la medición de presión diferencial y la medición del inclinómetro en combinación con el magnetómetro tri-axial. Cada medición contribuye a la descripción de un cono as una representación del eje longitudinal del aparato de dirección y puede ser utilizado en cualquier combinación. De un modo similar a la explicación anterior, el acelerómetro tri-axial puede ser combinado con uno o más de los sensores acústicos, de presión o compás magnético, pero no con el magnetómetro tri-axial. El aparato de colocación de inercia también puede proporcionar estimados de las coordenadas en dos o más puntos de una estructura rígida, ya sea el cuerpo 12 mismo o una estructura rígida paralela al cuerpo 12. Dichos aparatos de colocación deben ser calibrados por cualquier arrastre en su instrumentación. También podría ser utilizada cualquier combinación de las metodologías de colocación anteriormente mencionadas para determinar la orientación del cuerpo de dirección. La figura 3 es un diagrama esquemático de un esquema de control 26 útil en la invención para controlar los elementos de orientación en el aparato y métodos de la presente invención. En esta modalidad , el esquema de control comprende un circuito de control basado en un microprocesador 34 q ue tiene entradas respectivas de la 35 a la 39 para recibir señales de control representativas de la profundidad deseada, profundidad real , posición lateral deseada, posición lateral real y el áng ulo de balanceo del ave 10 (es decir, la posición angular del cuerpo 12 en un plano perpendicu lar al eje longitudinal del captu rador 14). La señal de profu ndidad deseada puede ser, ya sea una señal fija correspondiente a 10 metros anteriormente mencionada, una señal ajustable, mientras que la señal de profundidad real generalmente es prod ucida por el sensor de profundidad 40 montado en o sobre el ave 1 0. Las señales de posición lateral generalmente son calculadas del sistema de determinación de posición del tipo descrito en nuestra Patente Norteamericana No. 4, 992 , 990 o nuestra Solicitud de Patente I nternacional No. WO9621 163. La señal del ángulo de balanceo es producida por un inclinómetro 42 montado dentro del ave 1 0. El circuito de control 34 tiene dos salidas de control 44, 46, conectadas para controlar los motores del escalonador eléctrico respectivo 48 , 50 , cada uno conectado de manera operable a u na de las respectivas alas 24. Los motores escalonadores 48, 50 tienen salidas respectivas en las cuales producen señales representativas de sus posiciones angulares actuales respectivas (y por lo tanto , de las posiciones ang ulares de corriente de las alas 24), cuyas salidas son conectadas a las entradas de control 52, 54 respectivas del circuito de control 34. Durante la operación , el circu ito de control 34 recibe entre sus entradas 35 y 36 una señal indicadora de la diferencia entre las profund idades real y deseadas del ave 10 y recibe entre sus entradas 37 y 38 u na señal indicadora de la diferencia entre las posiciones laterales real y deseada del ave 1 0. La figura 4 ¡lustra otra ave que se puede dirigir modificada de acuerdo con una modalidad 80 de la presente invención , con porciones desprendidas para revelar ciertas características. En la fig u ra 4 está ilustrado el cuerpo 1 12 suspendido de un capturador 14 por un elemento rígido o semi-rígido 1 1 0. Dichas aves que se pueden dirigir es a las q ue alg unas veces nos referimos como "aves colgantes". Dos elementos 82 y 84 se extienden lejos del cuerpo del ave q ue se puede dirigir 12 en una distancia conocida L y un ángulo conocido, f, igual que en la modalidad 60 de la figura 2. Los elementos 82 y 84, respectivamente soportan los sensores acústicos duales 86 y 88. Las orientaciones del cuerpo del aparato de dirección 12 pueden ser determinadas, ya que son conocidos la long itud L y el ángu lo f. Alternativamente, los sensores acústicos 86 y 88 pueden estar cada u no dentro del cuerpo 12 del aparato de dirección 80. Las mediciones diferenciadas de los aparatos acústicos 86 y 88 proporcionan información acerca de un ángulo de orientación y puede ser solucionada combinada con otra información como se explicará más adelante, para completar el conjunto de todos los tres ángulos de actitud y por lo tanto, proporcionar la orientación del cuerpo 12, el cuerpo del aparato de dirección al cual están adheridas las alas 24. El cuerpo del aparato de dirección 12 se puede suponer que es casi horizontal en el cuadro de referencia común o muy cerca al horizontal, por lo que el error de un supuesto incorrecto es insignificante. Puede ser agregada instrumentación adicional para determinar la orientación vertical en la forma de dos o más sensores de presión, ilustrados con los números 92 y 96. El sensor de presión 92 es mostrado localizado cerca del extremo frontal 90 del cuerpo 12, mientras que el sensor de presión 96 es mostrado ilustrado cerca del extremo posterior 94. Los sensores de presión 92 y 96 podrían proporcionar, ya sea la presión absoluta o diferencias de presión para medir la validez del supuesto. Un inclinómetro 98, en el cuerpo del ave 12 puede proporcionar información equivalente. La figura 4 muestra los sensores acústicos y los sensores de presión ambos alineados con el eje longitudinal, aunque existen muchas combinaciones de sensores y estrategias de percepción para determinar la orientación. Por ejemplo, la posición lateral real de las aves que se pueden dirigir puede ser determinada utilizando el GPS combinado con un sistema de posicionamiento acústico, tal como los sistemas acústicos de l ínea de base corta (SBL), o línea de base ultra-corta (USBL). Esta información , combinada con las coordenadas de 3-Dimensiones conocidas para los transmisores acústicos, es suficiente para calcular las posiciones de los transmisores en el momento de la medición . Utilizando además la información acerca de las distancias medidas y las diferencias, es posible calcular la posición de u n receptor acústico en o cerca del ave q ue ha recibido las señales. Todos los receptores en o sobre el cable del capturador, incluyendo los receptores de las aves, pueden ser rastreados de esta manera con el propósito de la precisión del despliegue, una operación de seguridad aumentada y una eficiencia aumentada . Las dos señales de diferencia para la profund idad y la posición lateral, junto con cualquier información de alimentación directa reci bida a través de la entrada 32 , cualquier información acerca de otros elementos de orientación N 1 , N2 , etc. , a través de la entrada 33 y cualesquiera señales de control de supervisión reci bidas de un controlador de supervisión a través de la entrada 45, son utilizados por el circuito de control 34 para calcular el áng ulo de balanceo del ave 1 0 , y la posiciones angulares respectivas de las alas 24 las cuales juntas producirán la combinación necesaria de fuerza vertical (hacia arriba o hacia abajo) y la fuerza lateral (a la izquierda o derecha) req uerida para mover el ave 10 a la profundidad y la posición lateral deseadas. El circuito de control 34 entonces ajusta cada una de las alas 24 independientemente por medio de los motores escalonadores 48, 50, como para empezar a lograr el ángulo de balanceo del ave calculado y las posiciones angu lares de las alas. El conocimiento del ángulo de ataq ue del cuerpo 12 del aparato de dirección es obtenido a través de u no o más de los métodos y aparatos detallados anteriormente e indicados en el esquema de control de la figura 3 por la retroalimentación 56. Esta retroalimentación es utilizada para optimizar la posición angular de las alas 24 y finalmente, el áng ulo de ataque del cuerpo 12. Son posibles numerosas variaciones en el esquema de control . Los controladores de supervisión , los controladores de alimentación directa y similares pueden ser en cascada con el sistema de control 26. U n controiador de alimentación directa , como se indica por la entrada 32 de la fig ura 2 , puede utilizar información acerca de las corrientes, el ai re y otras condiciones ambientales, con el objeto de contrarrestar cualesquiera desviaciones en relación con la nominal que se puede pronosticar que ocurra y hacerlo antes de que ocurra real mente la desviación o hacerlo de este modo en cualquier etapa temprana de la desviación . También puede ser utilizado un esquema de control adaptable.
Los sistemas de la presente invención pueden convertirse en inestables debido a la geometría de los capturadores, el punto de aplicación de y la dirección de las fuerzas aplicadas. Esto puede ocasionar q ue los elementos de orientación generen u na torsión no deseable en un capturador. Para eliminar este efecto indeseable, el sistema de control 26 de la figu ra 3 puede ser prog ramado de manera apropiada. Aunque ajustando las posiciones angulares de las alas 34N del elemento de orientación N , el circuito de control 34 pueden recibir continuamente señales representativas de las posiciones angulares reales de las alas 24 de los motores escalonadores 48, 50, así como señales representativas de los ángulos de balanceo actual de los elementos de orientación N , N 1 , N2, etc. , de un inclinómetro 42 y la entrada 33 y la orientación real del cuerpo 12, para hacer posible que el circuito de control 34 determine y/o pronostique cuando las posiciones angulares de las alas calculadas, el ángulo de balanceo del ave y el ángulo de ataque del cuerpo 12 han sido o deben de ser alcanzadas. E igual que con las señales de diferencia anteriormente mencionadas en las entradas de la 35 a la 38 del circuito de control 34 se reducen , el circuito de control 34 puede volver a calcular repetidamente los valores cambiantes progresivamente del áng ulo de balanceo y el ángulo de ataque del elemento de orientación N y las posiciones ang ulares de las alas 34 req ueridos para que el elemento de orientación N y el captu rador alcancen la posición vertical y lateral deseadas, hasta que el elemento de orientación N y el capturador al cual está adherido realmente alcanzan la posición vertical y lateral deseada . El cuerpo 12 de cualquier elemento de orientación particular puede o no girar con respecto a un capturador; si el cuerpo 12 no gira ser entonces puede girar el capturador 2 conforme se balancea. Los capturadores pueden resistir este movimiento de giro , actuando junto con un tipo de resorte de torsión q ue se extiende para regresar los elementos de orientación a su posición normal. Sin embargo , esta acción de torsión puede o no , ser benéfica y no es esencial y los elementos de orientación pueden , si se desea, ser diseñados para girar hasta cierto punto con respecto al eje del capturador al cual están adheridos o una parte del mismo dentro de la l ínea. Los elementos de orientación útiles en la presente invención pueden conectar por lo menos un capturador de un modo tal que puede com unicarse con el mundo exterior, el cual puede ser u na embarcación , satélite o u n aparato colocado en la tierra. El modo en que esto puede ser logrado varía de acuerdo con la cantidad de energía que requieren los elementos de orientación y la cantidad de energía que se puede almacenar localmente en términos de baterías, celdas de combustible y similares. Si la capacidad de almacenamiento local para las baterías, celdas de combustible y similares es suficiente, los elementos de orientación pueden ser sujetados en la piel del captu rador en localizaciones en donde están localizados un i nductor dentro de la piel del capturador. Entonces cualquier elemento de orientación particular y su capturador se pueden comu nicar a través de la piel con impulsos eléctricos. Si , por otra parte, un elemento de orientación necesita cargar energ ía del capturador se requiere un método diferente. En este caso, el elemento de orientación puede ser montado entre dos secciones del capturador y como tal comprender un inserto entre las dos secciones del captu rador, como aqu í se describe. Se encuentra dentro de la presente invención combinar sistemas de la invención con otro equipo de control de posición , tal como elementos de desviación de la adaptación de la fuente y desviadores del capturador. Algunos de estos pueden incluir, sistemas de tirantes, sistemas neumáticos, sistemas hidráulicos y com binaciones de los mismos. Tal y como aquí se menciona , los materiales de construcción de los elementos de orientación y los capturadores útiles en los sistemas y métodos de la presente invención pueden variar. Sin embargo, puede existir una necesidad de equilibrar el equ ipo sísmico de modo q ue el sistema sea equilibrado para que flote neutralmente en el agua, o casi lo haga para realizar su fu nción pretendida .
Pueden ser empleados compuestos poliméricos con rel lenadores apropiados uti lizados para ajustar la flotación y las propiedades mecánicas, según se desea. Au nq ue solamente unas cuantas modalidades de ejemplo de la presente invención han sido descritas en detalle anteriormente, aquellos expertos en la técnica apreciarán fácilmente que son posibles muchas modificaciones en las modalidades de ejemplo sin salirse materialmente de las enseñanzas y ventajas novedosas de la presente invención . Por consiguiente, se pretende que todas dichas modificaciones sean incluidas dentro del alcance de la presente invención , tal y como se define en las reivindicaciones adjuntas. En las reivind icaciones, no se pretende que ninguna cláusula sea en el formato de función-más-medios permitida por el títu lo 35 sección , 1 12 del Código de los Estados U nidos de América , párrafo 6 , a menos q ue "medios para" sea mencionado expl ícitamente junto con la fu nción asociada . Las cláusulas de "medios para" pretenden cubrir las estructuras aqu í descritas como que realizan la fu nción mencionada y no solamente los equivalentes estructurales, sino también las estructuras equivalentes. Por lo tanto, aunque un ave sujetada y un ave en línea pueden no ser equivalentes estructurales y que un ave sujetada emplea un tipo de sujetador, mientras que un ave en l ínea emplea un sujetador d iferente, en el ambiente del uso de las aves para colocar los capturadores, una ave sujetada y una ave en línea pueden ser estructuras equivalentes.