NO335485B1 - Fremgangsmåte og system for å bestemme posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte og et system som muliggjør høynøyaktig bestemmelse av posisjonen til styringsinnretninger i et tauet seismisk instrumentert kabel-spread gjennom å benytte absolutte og relative posisjonsmålinger, blant annet tilveiebragt gjennom at styringsinnretningene er forsynt med GNSS-enheter, samt eventuelt tilføring av differensielle korreksjonssignaler fra en høynøyaktig posisjoneringskilde ombord i kartleggingsfartøyet ved hjelp av dataoverføring i de instrumenterte kablene eller via radio direkte til styringsinnretningene når de er i overflateposisjon.

Description

Fremgangsmåte og system for å bestemme posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for å bestemme posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel, i samsvar med innledningen til patentkrav 1.

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder også et system for å bestemme posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel, i samsvar med innledningen til patentkrav 21.

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en spesielt en fremgangsmåte og et system for å benytte en kombinasjon av satellittbaserte navigasjonssystemer og integrerte sensorsystemer for å bestemme posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel.

Spesielt gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte og system hvor styringsinnretningene er forsynt med avtakbare vinger, hvor alle sensorer er samlet i vingen, alternativt at styringsinnretningen er forsynt med flere vinger med sensorer for redundans.

Bakgrunn

En seismisk instrumentert kabel (streamer) er en langstrakt kabelliknende struktur (ofte opptil flere tusen meter lang), som omfatter et array av hydrofonkabler og assosiert med elektrisk utstyr langs dens lengde, og som brukes i marin seismisk kartlegging. For å utføre en 3D/4D seismisk kartlegging trekkes et flertall slike instrumenterte kabler bak et kartleggingsfartøy. Akustiske signaler produseres ved at de seismiske kildene er rettet ned gjennom vannet og inn i havbunnen under, hvor de reflekteres av de ulike lagene. De reflekterte signalene mottas av hydrofonkablene og blir så digitalisert og behandlet for å danne en representasjon av lagene i området som kartlegges.

De instrumenterte kablene er typisk trukket med en konstant dybde på omtrent 5-15 meter, for å fremme fjerning av uønskede "falske" refleksjoner fra overflaten av vannet. For å holde de instrumenterte kablene ved en konstant dybde, er styringsinnretninger kjent som "bird" festet til hver instrumenterte kabel med intervaller på 200 til 300 meter.

Små variasjoner i dybde og sideveis bevegelse er unngåelig. Hovedårsaken til variasjoner i dybden er lange periodiske bølger og endringer i salinitet og dermed oppdrift langs kabelen. Generelt er den mest kritiske sitasjonen når det trekkes i den samme retningen som dønningene. Sideveis bevegelse av instrumenterte kabler er hovedsakelig forårsaket av havstrømnings-komponenter vinkelrett på trekkretningen. Relativt store avvik kan også forekomme i områder med brakkvann der elveløp med ferskvann flyter ut i sjøen noe som kan gi lagdeling av vannmasser med forskjellig tetthet. I tilfeller med både dønninger og sidestrømpåvirkning er det økt fare for at de instrumenterte kablene vikler seg inn i hverandre.

Kabelstrekket avtar proporsjonalt med avstanden fra trekkpunktet. Derfor vil små variasjoner i sideveis bevegelse og vertikal bevegelse tendere til å ha større amplituder nær halen av de instrumenterte kablene. Imidlertid vil ikke kreftene som virker vinkelrett på den instrumenterte kabelen fordeles uniformt over kabelens lengde og de vil endres over tid ettersom det trukne arrayet beveges fremover.

Under en seismisk kartlegging er de instrumenterte kablene fortrinnsvis tiltenkt å opprettholdes i en rett linje, parallell til hverandre, likt adskilt og på samme dybde. Imidlertid, etter utsetting av de instrumenterte kablene, må vanligvis fartøyet kjøre i en rett linje i minst tre kabellengder før kabelfordelingen er tilstrekkelig nært det ideale oppsettet og kartlegging kan starte. Detteøker tiden det tar å utføre en kartlegging og derforøkes kostnadene ved kartleggingen. Imidlertid, pga. havstrømninger feiler de instrumenterte kablene i nøyaktig å følge banen til det seismiske kartleggingsfartøyet og noen ganger avviker fra denne banen med en vinkel, kjent som "feathering angle". Dette kan føre til at enkelte områder ikke dekkes av de seismiske signalene og at det dermed oppstår huller i kartleggingen av havbunnen, hvilket ofte krever at deler av kartleggingen må repeteres. Ved veldig uheldige omstendigheter kan de instrumenterte kablene vikles inn i hverandre, spesielt ved enden av de instrumenterte kablene, noe som kan medføre betydelig skade, lang opprettingstid og betydelig finansielt tap.

For å motvirke disse ulempene er det utviklet styringsinnretninger som kan styre de instrumenterte kablene også lateralt, enten alene eller eventuelt i kombinasjon med vertikal styring. For å kunne styre de instrumenterte kablene best mulig både vertikalt og lateralt er det essensielt at kabelens posisjon og form kan bestemmes nøyaktig. F.eks. beskriver NO 20080145 en styringsinnretning med tre avtakbare vinger hvor elektronikk, styringsenhet, sensorer og batterier er plassert i vingene som gir en ny og nøyaktig styringsmulighet i forhold til andre metoder.

Informasjon om kabelens nøyaktige posisjon er videre viktig for korrekt analyse av de seismiske signalene. Høy nøyaktighet på kabelens posisjon betyr høy kvalitet på de seismiske dataene. Det er med andre ord svært viktig å bestemme alle punkter på kabelen med så høy presisjon som mulig.

Det er videre kjent å benytte metoder for styring av instrumenterte kabler (streamere) som omfatter bruk av anordninger spesielt dedikert for posisjonsbestemmelse, slik som GNSS-enheter (mottaker + antenne) (GNSS - Globalt navigasjonssatellittsystem) montert på enheter som trekkes i overflateposisjon, samt magnetiske kompass og akustiske transdusere montert eksternt på de instrumenterte kablenes hydrofoner. Ekstra enheter montert eksternt på de instrumenterte kablene har den ulempen at de noen ganger mistes eller blir ødelagt pga. at de instrumenterte kablene vikler seg sammen eller i forbindelse med andre kollisjonssituasjoner, samt at de medfører strømningsstøy på nærliggende seismiske instrumenterte kabler. I tillegg strømforsynes slike eksterne enheter av batterier som må byttes ut ved gitte intervaller, samt at de må kalibreres, repareres og skiftes ut, noe som medfører økte kostnader og tidsforbruk.

NO 329190 Bl beskriver en lignende styringsinnretning som beskrevet i NO 20080145, hvor akustiske transdusere er anordnet i en eller av de avtakbare vingene for å redusere behovet for ekstra posisjoneringsutstyr langs den instrumenterte kabelen, samt at det oppnås samlokalisering med styringsinnretning og posisjoneringsutstyr som kan utnyttes til desentralisert lateral styringslogikk

GB 2400662 A beskriver GPS-posisjonering (GPS - Globalt posisjoneringssystem) av seismiske array, samt beskriver bruk av en GPS-mottaker som er montert på et kilde-array. En kontroller mottar et signal overført fra GPS-mottakeren og overfører deretter et styresignal til en vinsj som vinsjer et tau inn eller ut, for derved å styre kilde-arrayet til en ønsket posisjon eller opprettholde en ønsket posisjon.

GB 2438426 A beskriver en fremgangsmåte for posisjonering av seismisk streamere ved bruk av GNSS-mottakere plassert adskilt langs streameren, og som kan være regelmessig eller tilfeldig anordnet, i stedet for bare én nær fronten og én nær halen.

US 20120230150 Al beskriver en fremgangsmåte for å bestemme geodetisk posisjon for et punkt på en sensorstreamer slept etter et seismikkfartøy, hvor hver halebøye omfatter en geodetisk posisjonssignal-mottaker, så som en GNSS-mottaker.

Fra US 5,761,153 er det kjent bruk av både magnetiske kompasser og akustiske sender- og mottakerenheter, men disse er montert eksternt på de instrumenterte kablene, noe som gjør de utsatte for skade som nevnt ovenfor.

Fra US 4,992,990 er det kjent bruk av akustiske sender- og mottakerenheter som er anordnet utover hele den instrumenterte kabelen. Posisjon bestemmes gjennom trilaterasjon av overføringstider (og følgelig avstanden) mellom sender- og mottakerelementer for å danne et trekantnettverk, hvor det benyttes to kjente posisjoner, fortrinnsvis posisjon for fartøy og flottør, mens sender- og mottakerenheten er den tredje posisjonen som beregnes i trekantnettverket. Denne måten å gjøre det på er forbundet med problemer dersom det oppstår mekanisk eller elektrisk feil i hydrofonkabler eller andre steder i systemet. Denne publikasjonen har også de samme ulempene som beskrevet ovenfor hva gjelder eksternt monterte sender- og mottakerenheter.

Fra US 4,912,682 er det kjent å benytte ultrasoniske sonarsendere og seismiske mottakere som er posisjonert langs den instrumenterte kabelen, hvor det er tre ganger så mange mottakere som sendere. Imidlertid løser ikke denne publikasjonen ulempene som er nevnt for publikasjonene ovenfor.

US 6,839,302 beskriver en løsning på de ovenfor nevnte problemene ved å foreslå en spesiell seksjon som kan monteres mellom tradisjonelle seksjoner av den instrumenterte kabelen. Imidlertid er dette en løsning som er kostbar og arbeidskrevende, samt i tillegg kan føre til begrenset dataredundans og kvalitet siden det begrenser hvor sender- og mottakerenhetene kan plasseres.

I US 7,376,045 er det beskrevet et system som omfatter et antall akustiske sendere montert inne i de instrumenterte kablene og innrettet for å sende bredbåndssignaler med lav kryss-korrelasjon mellom signalene fra forskjellige sendere; et antall akustiske mottagere montert inne i de instrumenterte kablene og innrettet for å motta signalene fra senderne; minst en prosessor innrettet for å krysskorrelere signalene som er mottatt ved mottagerne, med kopier av sender-signalene for å bestemme identiteter av senderne av de mottatte signalene og for å bestemme forplantningstider for de mottatte signalene; samt en hovedprosessor innrettet for å omforme forplantningstidene til avstander mellom de identifiserte senderne og mottagerne og for å bestemme relative posisjoner av de instrumenterte kablene utfra avstandene. En stor ulempe med US 7,376,045 er at det krever at sender- og mottakerelementer anordnes i den instrumenterte kabelen og det er noe som er plasskrevende i en instrumentert kabel. En annen ulempe er at dersom det oppstår mekaniske eller elektriske feil ved sender- og mottaker-elementene så må hele seksjoner av kabelen byttes ut. I tillegg vil avstanden fra der posisjonen beregnes være forskjellig fra den posisjonen hvor styringsinnretningen er anordnet, noe som kan gi en unøyaktig styring av den instrumenterte kabelen.

US 2004/0073373 Al beskriver en løsning hvor treghetssensorer plassert langs kabelen benyttes til å estimere posisjonen til kabelen etter utsetting. Startposisjon bestemmes fra f.eks. GNSS-sensorer ombord i båten før utsetting. Ulempen med denne løsningen er at posisjonsestimatet basert på treghetssensorene vil få stor avdrift allerede kort tid etter utsetting, og det er ikke praktisk mulig å tromle kabelen inn og ut igjen for å reinitialisere.

US 7,190,634 B2 beskriver en løsning hvor overflateenheter utstyrt med GNSS-enheter og akustisk posisjoneringsutstyr taues i tillegg til de instrumenterte kablene. Kablene er også utstyrt med akustiske mottagere slik at relativ posisjon til de tauede overflateenhetene kan måles/ beregnes. Ulempen med denne løsningen er at posisjonsestimatet til de akustiske nodene på kabelen alltid vil være unøyaktige som følge av relativt stor avstand mellom overflateenhetene og de akustiske nodene.

US 2008/0253225 Al beskriver en løsning hvor treghetssensorer plassert langs kabelen benyttes i et integrert filter med akustiske avstander til å estimere posisjonen til kabelen relativt minst ett kjent punkt, hvor det kjente punktet typisk er en overflateenhet med GNSS-enhet og akustiske transdusere. Ulempen med denne løsningen er at filterposisjonene i kabelens noder blir unøyaktige pga. den store avstanden mellom GNSS-referansen og treghets-/akustikksensorene.

US 2013/0033960 Al beskriver en løsning hvor halebøyen på enden av kabelen kan dykkes ned og benyttes delvis til å styre kabelen vertikalt og lateralt når den er neddykket. Ulempen med denne løsningen er at den gir kun et fåtall posisjonsreferansepunkt for kabel-spreadet når hale-bøyene er i overflateposisjon.

EP 2 527 880 A2 beskriver en løsning hvor fjernstyrte neddykkbare enheter taues, typisk i front eller i enden av de instrumenterte kablene, slik at GNSS-posisjoner kan oppdateres jevnlig for reinitialisering av f.eks. treghet/akustikk basert posisjonsfilter i noder langs kabelen. Ulempen med denne løsningen er at den gir kun et fåtall posisjonsreferansepunkt for kabel-spreadet når de fjernstyrte enhetene er i overflateposisjon.

EP 2 229 596 beskriver en løsning hvor styringsinnretningen er forsynt med akustiske transdusere i en eller flere av de avtakbare vingene for å redusere behovet for ekstra posisjoneringsutstyr langs den instrumenterte kabelen, samt at det oppnås samlokalisering med styringsinnretning og posisjoneringsutstyr som kan utnyttes til desentralisert lateral styringslogikk. Ulempen med denne løsningen er at det er stor avstand mellom de akustiske nodene og de absolutte GNSS-baserte posisjonsreferansepunktene på halebøyer, seismisk kilde-array og kartleggingsfartøyet.

Et problem som reduserer posisjoneringens nøyaktighet er at nøyaktigheten til de sensorer som benyttes for å måle den instrumenterte kabelens posisjon varierer eller er for dårlig. Typisk anvendes akustisk posisjonering av styringsinnretninger i forhold til hverandre ved at hver styringsinnretning er utstyrt med akustiske sendere og mottakere som gjør det mulig å estimere avstand mellom styringsinnretningene. Absolutt posisjonsnøyaktighet vil avta med avstanden til absolutte posisjonsreferanser, og spesielt i området rundt midten av kabel-spreadet vil styrken i et slikt akustisk nettverk være begrenset.

Kjente systemer som benytter GNSS-data består vanligvis av GNSS-mottakere på følgeflåte og med radiotransmisjon inn til kartleggingsfartøyet. Ulempen med disse systemene er i første rekke at antallet posisjoneringspunkter blir lavt, typisk 2-3 posisjoner pr. instrumenterte kabel. Videre er disse posisjonene knyttet til følgeflåten og slepefartøyet og sier ikke noe om hvordan den instrumenterte kabelen er posisjonert på strekket mellom fartøy og følgeflåte. Siden bølger og undervannsstrømmer kan gi vesentlig forflytning av de instrumenterte kablene kan det være stor forskjell mellom posisjonen til den instrumenterte kabelen og den rette linjen mellom fartøy og følgeflåte som kan ligge flere km bak fartøyet. Videre vil det under manøvrering og i forbindelse med sving være betydelig usikkerhet med hensyn til kabelens nøyaktige posisjonering basert på posisjonen til følgeflåten.

Formål

Hovedformålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som helt eller delvis fjerner ulempene ved kjent teknikk.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for å oppnå høynøyaktig posisjonering av seismiske instrumenterte kabler ved hjelp av satellittbaserte navigasjonssystemer og integrerte sensorsystemer anordnet i forbindelse med kabelens styringsinnretninger. Herunder er et formål å oppnå høy nøyaktighet ved å benytte absolutte og relative posisjonsmålinger, samt eventuelt tilføring av differensielle korreksjonssignaler fra en høynøyaktig posisjoneringskilde ombord i kartleggingsfartøyet.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for samlokalisering av alle sensorer i vinger av styringsinnretningen, herunder integrering av en GNSS-enhet (GNSS - Globalt navigasjonssatellittsystem) i en eller flere vinger av sty ri ngsi n n retn i nge n.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system som muliggjør fjerning av halebøyer for et seismisk instrumentert kabel-spread.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for benyttelse av uavhengige treghets-cluster i styringsinnretningens vinger for redundans som kan benyttes til integritetsvurderinger, samt bedre posisjonsnøyaktighet for hver styringsinnretning som helhet.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system hvor vilkårlige eller valgte styringsinnretninger kan heves til overflaten for å innhente posisjon fra satellittbaserte posisjoneringssystemer.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system hvor posisjonsdata eller attitydedata fra hver styringsinnretning kan benyttes til å beregne kabelens form.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system innrettet for online kalibrering av systemets sensorer.

Oppfinnelsen

En fremgangsmåte for nøyaktig bestemmelse av posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel er angitt i krav 1. Fordelaktige trekk ved fremgangsmåten er angitt i kravene 2-20.

Et system for nøyaktig bestemmelse av posisjonen til styringsinnretninger på en seismisk instrumentert tauet kabel er angitt i krav 21. Fordelaktige trekk ved systemet er angitt i kravene 21-31.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte og et system som muliggjør høynøyaktig bestemmelse av posisjonen til styringsinnretninger i et tauet seismisk instrumentert kabel-spread gjennom å benytte absolutte og relative posisjonsmålinger, samt eventuelt tilføring av differensielle korreksjonssignaler fra en høynøyaktig posisjoneringskilde ombord i kartleggingsfartøyet ved hjelp av dataoverføring i de instrumenterte kablene eller via radio direkte til styringsinnretningene når de er i overflateposisjon.

Et typisk system for posisjonering av en instrumentert tauet kabel i vann, så som en marin seismisk streamer, og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array), omfatter styringsinnretninger med vinger anordnet for å styre de individuelle instrumenterte kablene både i form og posisjon i forhold til andre instrumenterte kabler og dermed motvirke sidestrøm og/eller andre dynamiske krefter som virker på et trukket instrumentert kabel-array bak et slepefartøy, fortrinnsvis et seismisk kartleggingsfartøy. Videre omfatter et typisk system i tillegg vanligvis en styringssentral anordnet om bord på (kartleggings)fartøyet, hvilken styringssentral er innrettet for kommunikasjon med de instrumenterte kablene og de enkelte styringsinnretningene anordnet dertil. Dette er ofte referert til som et STAP-system (STAP - "Seismic Towed Array Positioning"). Kjente systemer for dette omfatter videre halebøyer anordnet til hver av de instrumenterte kablene i kabel-arrayet, noe den foreliggende oppfinnelsen vil fjerne ved å erstatte halebøyen med styringsinnretninger i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, som vil bli beskrevet ytterligere nedenfor. Videre vil et typisk system som dette omfatte deflektoranordninger for å spre de instrumenterte kablene i et kabel-array. Styringssentralen er videre innrettet for kommunikasjon med fartøyet og eventuelt deflektoranordningene.

En styringsinnretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter:

- en hovedkropp forsynt med minimum en prosessorenhet, samt induktive koblinger for trådløs (kontaktløs) kommunikasjon og energioverføring til vinger eller mekaniske koblinger for kommunikasjon og energioverføring; - vinger, fortrinnsvis tre avtakbare vinger, hvilke vinger er minimum forsynt med en prosessorenhet, induktive kobling eller mekanisk kobling for tilkobling til hovedkroppen, halleffektsensor, oppladbare batterier, intelligent ladeelektronikk, motor med gir; - lokal styringsinnretnings-software som kjører på kroppens prosessorenhet;

- lokal vingestyrings-software som kjører på vingens prosessorenhet.

Den foreliggende oppfinnelsen oppfyller de ovenfor nevnte formålene blant annet ved at den videre omfatter integrasjonen av en GNSS-enhet (mottaker + antenne) (GNSS - Globalt navigasjonssatellittsystem) i minst en vinge av minst en styringsinnretning på hver instrumenterte kabel. Ved å bringe styringsinnretningen i overflateposisjon kan en dermed få nøyaktig GNSS-posisjon mens styringsinnretningen er i overflateposisjon. Videre kan et antall styringsinnretninger utstyres med en vinge med GNSS-enhet slik at en får mange posisjonsangivelser som kan korreleres med hverandre. Posisjonsdataene kan videre korrigeres ved hjelp av differensielle korreksjoner som avledes av en høynøyaktig posisjonsmottaker ombord i fartøyet. Differensielle korreksjoner fra andre eksterne kilder kan også benyttes. Ved å bringe styringsinnretningen opp til overflaten, i det minste den vingen som er forsynt med GNSS-enhet kan posisjonen til seismiske kabler kontrolleres.

Som nevnt ovenfor er minst en styringsinnretning for hver instrumenterte kabel forsynt med en GNSS-enhet i minst en av vingene derav, fortrinnsvis slik at GNSS-enhetens antenne er plassert i vingetippen lengst unna hovedkroppen, og fortrinnsvis i en annen vinge enn vinger som omfatter akustiske kommunikasjonsmidler (ytterligere beskrevet nedenfor). Fordelaktig er det anordnet en slik styringsinnretning med GNSS-enhet i minst en vinge bakerst på spreadet for å erstatte hale-bøyen, samt en styringsinnretning med GNSS-enhet i vinge hovedsakelig nær midten av den instrumenterte kabelen. I maksimal utførelse utstyres alle styringsinnretninger med en GNSS-enhet hver slik at hver enkelt styringsinnretning i spreadet kan posisjoneres vha. satellittsignaler. Da styringsinnretningene typisk ligger ca. 200-300 m fra hverandre kan informasjon om hele spreadets og hver enkelt instrumenterte kabels posisjon etableres for hver 200-300 m langs kabelen.

Det å kunne fjerne halebøyen fra spreadet er fordelaktig da hele spreadet da er nedsenkbart, noe som gjør at spreadet unngår is, båter eller annet som flyter i overflaten.

Ved at styringsinnretningen har minst en vinge med GNSS-enhet kan absolutt posisjon og hastighet måles når denne bringes til overflateposisjon. Det er derfor fordelaktig at styringsinnretningen er innrettet for å kunne styre vingen med GNSS-enheten til å peke hovedsakelig rett opp slik at den stikker opp over havoverflaten og på den måten kan få øye på GNSS-satellitter i siktelinje ("Line-of-sight"). Fordelaktig er GNSS-enhetens antenne anordnet i vingetippen slik at påvirkning fra sjøsprøyt i minst mulig grad forstyrrer signalene fra GNSS-satellittene. En GNSS-antenne festet på hovedkroppen uavhengig av vingene er også en mulig løsning, men vil medføre relativt store ulemper mekanisk pga. ekstra drag og i forhold til akustisk støy. I tillegg vil den være utsatt for sjøsprøyt som vil forstyrre signalene fra GNSS-satellittene, da den ikke vil ha tilstrekkelig utstrekning over vannoverflaten.

For å korte ned akkvisisjonstida for posisjons- og hastighetsbestemmelse kan man i samsvar med den foreliggende oppfinnelse laste ned satellittenes banedata, klokke og ca. posisjon, såkalte aiding-data, til GNSS-enhetens mottaker i styringsinnretningen. Disse aiding-dataene er normalt kontinuerlig tilgjengelig på slepefartøyet som en del av dets posisjoneringssystemer, og kan distribueres til styringsinnretningene enten via de instrumenterte kablene, eller via radio-overføring i overflateposisjon dersom vingen med GNSS-enheten er forsynt med en radioenhet

(ytterligere forklart nedenfor) i tillegg. På den måten reduseres tiden styringsinnretningen trenger å være i overflateposisjon til et minimum slik at den fort kan dykke tilbake til operasjonell dybde.

Videre, det å ha GNSS-enheten og andre sensorer i avtakbare vinger er fordelaktig med hensyn til at de er enkelt utskiftbare ved feil, samt at det gir muligheter for redundans og bruk av reserveutstyr.

I tillegg til den ovenfor nevnte GNSS-enheten er det fordelaktig at minst en vinge av hver styringsinnretning er forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler i form av en akustisk transduser og sender-/mottakerelektronikk slik at det kan måles avstand til minst en nabo-styringsinnretning når de aktuelle vingene er neddykket. Når styringsinnretningen er i overflateposisjon er det fordelaktig at minst en vinge med akustisk transduser peker ned slik at den er neddykket i sjøen med hensyn til å fortsette avstandsmålingene. Hver styringsinnretning kan forhåndskonfigureres til å være enten en sendernode eller en mottakernode.

Avstandsmåling ved hjelp av akustikk utføres i samsvar med oppfinnelsen ved å måle tida det tar for et akustisk signal å gå fra en sendernode til en mottakernode. Avstandsmålingene initieres fortrinnsvis med et synkroniseringssignal fra slepefartøyet via den instrumenterte kabelen til alle styringsinnretningene. Ved synkronisering vil sendernoder sende ut et akustisk signal med sin egen signatur og mottakernoder måler tidsdifferansen mellom synkroniseringssignalet og det tidspunktet de mottar det akustiske signalet. Mottakernodene sender så alle målte pseudo-ranger (tidsdifferanser) til slepefartøyet via den instrumenterte kabelen, hvor det foretas telemetriske nettverksberegninger for å bestemme relative posisjoner for hver node (styringsinnretning).

Slepefartøyet er også en node i det akustiske nettverket slik at nodenes absolutte posisjoner kan beregnes fra de relative posisjonene og fartøyets navigasjonsdata.

De absolutte nodeposisjonene sendes så tilbake til hver styringsinnretning og går inn som aposteriori-oppdateringerav integrerte posisjonsfiltre (ytterligere forklart nedenfor) lokalt i hver node (styringsinnretning).

Videre er fordelaktig hver styringsinnretning forsynt med minst en vinge med 3-akset magnetometer og treghets-cluster; dvs. akselerometer og eventuelt rategyroer. Dersom en antar at styringsinnretningens orientering (rull-stamp-kurs) vil være relativt statiske kan rategyroene droppes.

Det er fordelaktig å anordne magnetometeret i vingetippen for å plassere det lengst mulig unna magnetiske strøfelt generert av varierende strøm gjennom styringsinnretningens hovedkropp. Treghets-clusteret kan i prinsippet plasseres hvor som helst.

Ved å kombinere treghetsdata og magnetometerdata kan vingens orientering relativt et jordfast koordinatsystem beregnes, og dermed også akselerasjonen til styringsinnretningen i samme globale referanseramme.

Det at magnetometeret og treghets-clusteret er anordnet i avtakbare vinger er videre fordelaktig med hensyn til at de er enkelt utskiftbare ved feil, samt at det gir muligheter for redundans og bruk av reserveutstyr.

Et alternativ til plassering i vingen er at kun magnetometer er plassert i vingen og treghets-cluster i styringsinnretningen hovedkropp. Dette medfører imidlertid at målt magnetfelt må innrettes med treghets-clusteret før magnetometerdata og treghetsdata blandes for å finne styringsinnretningens orientering. En slik innretting inkluderer kompensering for vingebasens vinkel relativt hovedkroppen, samt vingens dynamiske utslag for å regulere styringsinnretningens bevegelser.

Akselerasjon beregnet i global referanseramme kan benyttes sammen med posisjons- og hastighetsdata fra enten GNSS eller akustikk i et integrert posisjonsfilter lokalt i styringsinnretningen. Dermed oppnås en lokal optimal, kontinuerlig og glattet posisjonsbestemmelse av hver node (styringsinnretning) i det instrumenterte kabel-spreadet.

Styringsinnretningens GNSS-posisjon og hastighet benyttes til å initialisere det integrerte posisjonsfilteret ved utsetting av styringsinnretningen når styringsinnretningen henger i lufta bak slepefartøyet.

Reinitalisering av det integrerte posisjonsfilteret fra styringsinnretningens GNSS-posisjon og hastighet kan gjøres etter behov ved å bringe styringsinnretningen i overflateposisjon som beskrevet ovenfor.

Styringsinnretningens GNSS-posisjon og hastighet kan benyttes i kombinasjon med akustiske målinger dersom vingen forsynt med GNSS-enhet peker opp av sjøen; dvs. er i luft, samtidig som en vinge forsynt med akustikk peker ned; dvs. er neddykket i vann. På denne måten kan GNSS-posisjoner og hastigheter benyttes til å kalibrere lydhastigheten i vann. Lydhastighet vil generelt løses ut ved hjelp av minste kvadraters metode basert på redundante akustiske avstandsmålinger. Ved hjelp av forkunnskaper om in-line avstand mellom nodene kan dette benyttes sammen med in-line avstandsmålinger til å stramme opp lydhastighetsestimatet. Videre, refleksjoner fra vannspeil eller havbunn gir akustiske avstandsmålinger, noe som kan brukes til integritet/ kalibrering av dybdesensor (som et ekkolodd).

I neddykket posisjon er det posisjon fra det akustiske posisjoneringssystemet som utgjør aposteriori-oppdateringen i det integrerte posisjonsfilteret.

Typisk vil posisjonsnøyaktigheten i det akustiske nettverket avta med avstand til absolutt referanse; i dette tilfellet slepefartøyet. Det vil derfor være naturlig at styringsinnretninger langt bak på den instrumenterte kabelen vil måtte bringes hyppigere til overflaten for reinitalisering med GNSS-signaler enn styringsinnretningene langt foran.

Styringsinnretningene/nodene vil følgelig beregne sin orientering (rull, stamp, kurs) basert på treghets- og magnetometerdata, hvoretter nodenes orientering kan benyttes i en sentral beregning på fartøyet til å estimere den instrumenterte kabelens form. Dette estimatet kan enten brukes til å forbedre/validere nodenes posisjonsdata, eller som et eget redundant posisjoneringssystem dersom det akustiske nettverket ikke skulle fungere.

En styringsinnretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan videre omfatte akselerometre, rategyro og/eller trykksensor, fortrinnsvis montert i hovedkroppen, men kan også monteres i en eller flere av styringsinnretningens vinger for å oppnå sensorredundans.

En styringsinnretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan videre fordelaktig omfatte en radioenhet (antenne + radiomottaker) for dataoverføring, fortrinnsvis anordnet i en vinge med GNSS-enhet, fortrinnsvis slik at radioantenna er innrettet på den siden av vingen som peker fremover (i taueretning/mot slepefartøyet), hvilken radioenhet er innrettet for data-kommunikasjon mellom styringsinnretningen og slepefartøyet, arbeidsfartøyer eller lignende.

En typisk utnyttelse av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet.

Et 3D/4D instrumentert kabel-spread består typisk av 6-12 km lange instrumenterte kabler som trekkes av et slepefartøy slik at de instrumenterte kablene blir liggende parallelt bak fartøyet med 50-100 m innbyrdes avstand.

For å styre de instrumenterte kablene i dybde og lateralt monteres de ovenfor beskrevne styringsinnretningene langs hver instrumenterte kabel med ca. 200-300 m innbyrdes avstand mellom to nabo-styringsinnretninger. Styringsinnretningene kan monteres utenpå den instrumenterte kabelen, men fordelaktig så er styringsinnretningene av typen som kan monteres in-line mellom to kabelseksjoner, hvor vingene til styringsinnretningene er innrettet for å styre den instrumenterte kabelen vertikalt og horisontalt. I samsvar med oppfinnelsen er det en samlokalisering av posisjons- og bevegelsessensorer i en eller flere av styringsinnretningens vinger slik at det kan oppnås en høyere nøyaktighet og tilgjengelighet på posisjonsdata for styringsinnretningene, og dermed de instrumenterte kablene, sammenlignet med eksisterende løsninger. En annen fordel med oppfinnelsen er som nevnt at en styringsinnretning på halen av en instrumentert kabel med den foreslåtte utrustning vil kunne erstatte dagens halebøyer og gjøre utsetting/inntaking av instrumenterte kabler enklere og tryggere for operatører på dekk. En instrumentert kabel uten halebøye kan være fullstendig neddykket mesteparten av tiden. Anordning av en styringsinnretning på halen som kan styres vertikalt og lateralt vil også gjøre det enklere å unngå at kabel-halene vikler seg sammen.

Ved utsetting av en instrumentert kabel vil styringsinnretningene typisk få påmontert de avtakbare vingene mens styringsinnretningen ennå befinner seg på dekk. Når styringsinnretningen med vinger spoles ut over rekka til fartøyet vil den bli hengende i luft en kort stund før den penetrerer havoverflaten. I denne perioden vil GNSS-satellitter være synlig for GNSS-enheten i vingen(e) slik at styringsinnretningens globale posisjon kan bestemmes. Denne posisjonen blir brukt til å initialisere det lokale integrerte posisjonsfilteret i styringsinnretningen som er en integrasjon av posisjons- og akselerasjonsdata.

Etterhvert som styringsinnretningen øker avstanden til fartøyet og blir neddykket i sjøen, mister den posisjonsdata fra GNSS. Det integrerte posisjonsfilteret oppdateres da ballistisk med

akselerasjonsdata (aprioridata) inntil nye posisjonsdata er tilgjengelige. I neddykket tilstand er det akustiske avstandsdata fra styringsinnretningene kombinert med global telemetri på fartøyet som gir nye aposteriori posisjonsdata til det integrerte posisjonsfilteret. Normalt vil akustiske posisjonsdata være tilgjengelig ca. hvert 5. sekund slik at avdriften i det lokale integrerte posisjonsfilteret er begrenset i den ballistiske perioden.

Over tid kan posisjonsestimatet for styringsinnretningene (nodene) forringes selv om akustiske posisjonsdata er kontinuerlig tilgjengelig, spesielt gjelder dette på de bakerste styringsinnretningene (nodene) som er lengst unna den globale referansen fra fartøyets navigasjonsdata. Det er da en fordel å bringe enkelte styringsinnretninger (noder) til overflaten for reinitialisering av det integrerte posisjonsfilteret med GNSS-posisjon og hastighet. Dette kan gjøres enten jevnlig eller mer fordelaktig ut ifra operasjonelle hensyn. Mens det produseres seismikk vil det være store begrensninger i hvordan styringsinnretningene kan operere, så slike reinitialiseringer i overflateposisjon vil typisk gjøres når fartøyet ikke er på linje og skyter seismikk. Alternativt kan man tenke seg at man faktisk ønsker en oppstramming av posisjonsestimatene selv om man ligger og skyter seismikk på en linje. Dette kan gjennomføres ved at hele eller deler av en instrumentert kabel bringes til overflaten samtidig som de instrumenterte kablene på hver side av den aktuelle instrumenterte kabelen bringes tettere sammen lateralt slik at det ikke blir geografiske huller i seismikkdataene, da data fra instrumenterte kabler i overflaten ikke kan brukes.

Dersom de akustiske posisjonsdataene ikke er tilgjengelig på lang tid vil de integrerte posisjons-filtrene etter hvert drive av utenfor akseptable grenser for posisjonsnøyaktighet. Magnetometrene i vingene vil da i kombinasjon med treghetsdata kunne levere styringsinnretningens orientering kontinuerlig, og disse vil i en slik situasjon gjøre det mulig å estimere den instrumenterte kabelens form og dermed posisjon, selv uten direkte posisjonsmålinger. Denne egenskapen kan også benyttes ombord i fartøyet til å forbedre eller validere posisjonsestimatene som kommer fra styringsinnretningens posisjonsfilter og/eller posisjonsestimatene fra de akustiske telemetri-beregningene.

Ytterligere fordelaktige trekk og detaljer vil fremgå av den etterfølgende eksempelbekrivelsen.

Eksempel

Den foreliggende oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert med henvisning til de vedlagte figurene, hvor: Fig. 1 viser et eksempel på en utførelsesform av en styringsinnretning i samsvar med oppfinnelsen, Fig. 2 viser styringsinnretning i samsvar med oppfinnelsen anordnet på halen av en instrumentert kabel, Fig. 3 viser GNSS-posisjonsbestemmelse av vilkårlig styringsinnretning i samsvar med oppfinnelsen,

Fig. 4 viser posisjonsfilter for styringsinnretninger i samsvar med oppfinnelsen,

Fig. 5 viser akustisk avstandsmåling mellom styringsinnretninger i samsvar med oppfinnelsen, og

Fig. 6 viser signalflyt i systemet i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen.

Henviser nå til Figur 1 som viser en prinsippskisse av et eksempel på en utførelsesform av en styringsinnretning 20 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. Styringsinnretningen 20 er innrettet for tilkobling i serie mellom to tilliggende instrumenterte kabelseksjoner 50a av en multi-seksjonskabel 50, for styring av den instrumenterte kabelen 50.

Styringsinnretningen 20 er dannet av en hovedkropp 21 og tre vinger 22, fortrinnsvis såkalte smartvinger, hvilke er jevnt fordelt rundt hovedkroppen 21, og er en såkalt treakset bird. Hovedkroppen 21 er hovedsakelig et langstrakt strømlinjeformet rørformet hus, som ved sine ender omfatter tilkoblingsmidler 23a og 23b tilpasset for mekanisk og elektrisk tilkobling i serie i en multiseksjon seismisk instrumentert kabel 50, av den typen som trekkes bak et seismisk kartleggingsfartøy 100. Tilkoblingsmidlene 23a-b er for dette tilpasset tilsvarende tilkoblingspunkter (ikke vist) i hver ende av hver kabelseksjon, hvilke tilkoblingspunkter normalt brukes til å koble sammen to tilliggende kabelseksjoner 50a. Vingene 22 er videre avtakbart festet til hovedkroppen 21.

Hovedkroppen 21 er videre forsynt med en prosessorenhet (ikke vist), trykksensor (ikke vist), samt tre induktive koblinger (ikke vist) for trådløs kommunikasjon og energioverføring til vinger 22 eller tre mekaniske koblinger (ikke vist) for kommunikasjon og energioverføring.

Vingene 22 er forsynt med en prosessorenhet (ikke vist), induktiv kobling (ikke vist) eller mekanisk kobling (ikke vist) for tilkobling til hovedkroppen 21 for kommunikasjon og energi-overføring, halleffektsensor (ikke vist), oppladbare bufferbatterier (ikke vist), intelligent ladeelektronikk (ikke vist), samt motor med gir for styring av vingene 22.

Videre er minst en av vingene 22 forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler 24 i form av et sender-/mottakerelement, i form av en transduser, samt forsynt med elektronikk for akustisk avstandsmåling.

Videre omfatter styringsinnretningen 20 i samsvar med oppfinnelsen en GNSS-enhet (GNSS - Globalt navigasjonssatelittsystem) bestående av en GNSS-antenne 31 og en GNSS-mottaker 32 anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvor GNSS-antennen 31 fortrinnsvis er anordnet i vingespissen.

Videre omfatter styringsinnretningen 20 i samsvar med oppfinnelsen fordelaktig en radioenhet for dataoverføring bestående av en radioantenne 41 og en radiomottaker 42 anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvor radioantennen 42 fortrinnsvis er anordnet langs kanten av vingen 22 som vender fremover, dvs. i taueretningen.

En styringsinnretning 20 i samsvar med oppfinnelsen omfatter videre fordelaktig et 3-akset magnetometer 50 i minst en av styringsinnretningens vinger 22, hvilket magnetometer 50 fortrinnsvis er anordnet nær vingespissen.

Styringsinnretningen 20 i samsvar med oppfinnelsen omfatter videre fordelaktig et treghets-cluster 60 (IMU) omfattende ett eller flere akselerometre (ikke vist) og eventuelt rategyro (ikke vist), hvilket treghets-cluster 60 er anordnet i minst en av styringsinnretningens 20 vinger 22.

Henviser nå til Fig. 2 som viser hvordan GNSS-posisjon kan innhentes for en styringsinnretning 20 i samsvar med oppfinnelsen som er anordnet for å erstatte halebøyen for hver instrumenterte kabel, samt Figur 3 som viser hvordan GNSS-posisjon kan innhentes for en vilkårlig styringsinnretning 20 i samsvar med oppfinnelsen.

Ved å bringe styringsinnretningen 20 i samsvar med oppfinnelsen opp til overflateposisjon og ved å innrette en vinge 22 av styringsinnretningen forsynt med GNSS-enhet slik at den rager hovedsakelig rett opp fra overflaten vil GNSS-enhetens antenne 31 oppnå kontakt med GNSS-satellitter 110 i siktelinje og derigjennom i løpet av et begrenset tidsrom kunne bestemme posisjon og hastighet for styringsinnretningen 20 før den igjen bringes ned til operasjonell dybde igjen. Når styringsenheten 20 er i denne overflateposisjonen kan den videre benytte radioenheten for dataoverføring til/fra styringsinnretningen, hvilket kan benyttes for å hente inn blant annet banedata for GNSS-satellittene 110 for derigjennom å raskere utføre bestemmelsen av GNSS-posisjonen eller til kommunikasjon med arbeidsbåter. Hvordan denne GNSS-posisjonen og radio-kommunikasjon benyttes vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor.

Henviser nå til Fig. 4 som viser et integrert posisjonsfilter 70 i samsvar med oppfinnelsen, hvilket posisjonsfilter er integrert i vingens 22 prosessorenhet, samt samspillet med en posisjonsestimator 80 for styringsinnretning innrettet i et fartøys styringssentral. Input til det integrerte posisjonsfilteret 70 fra selve styringsinnretningen 20 vil være GNSS-posisjon ervervet fra GNSS-enheten som beskrevet ovenfor, akselerasjon og attityde ervervet fra treghets-clusteret 60, magnetisk kurs (heading) fra magnetometeret 50, samt dybde fra en trykksensor innrettet i styringsinnretningens hovedkropp 21 eller vinge 22.1 tillegg så er det integrerte posisjonsfilteret 70 innrettet for å motta input fra posisjonsestimatoren 80 innrettet i fartøyets styringssentral i form av hastighet og posisjon for styringsinnretningen 20. Output fra det integrerte posisjonsfilteret 70 vil være estimert posisjon for styringsinnretningen 20, attityde og magnetisk kurs (heading), samt akustiske avstander (ytterligere forklart nedenfor). Posisjonsestimatoren 80 vil typisk ha input om GNSS-posisjon og hastighet for fartøyet ervervet fra satellittposisjoneringssystemer ombord, GNSS-posisjon og hastighet for Gun-array, GNSS-posisjon og hastighet for andre overflatenoder som er en del av systemet, akustiske avstander både i forhold til styringsinnretninger/noder under overflaten og eventuelt mellom overflatenoder som er en del av systemet, samt doppler-logg.

Henviser nå til Figur 5 som viser utføring av avstandsmåling ved hjelp av de akustiske kommunikasjonsmidlene 24. Avstandsmålingen utføres ved måling av tida det tar for et akustisk signal å gå fra en sendende styringsinnretning 20 til en mottakende styringsinnretning 20. Avstandsmålingene initieres fortrinnsvis med et synkroniseringssignal fra slepefartøyet 100 via den instrumenterte kabelen 50 til alle styringsinnretningene 20. Ved synkronisering vil sendende styringsinnretninger 20 sende ut et akustisk signal med sin egen signatur, og mottakende styringsinnretninger 20 vil måle tidsdifferansen mellom synkroniseringssignalet og det tidspunktet de mottar det akustiske signalet sendt fra sendende styringsinnretninger 20. De mottakende styringsinnretningene sender så alle målte pseudo-ranger (tidsdifferanser) til slepefartøyet 100 via den instrumenterte kabelen 50, hvor det foretas telemetriske nettverksberegninger for å bestemme relative posisjoner for hver node (styringsinnretning). I og med at slepefartøyet 100 også er en node i det akustiske nettverket vil nodenes (styringsinnretningenes 20) absolutte posisjoner kunne beregnes ut fra de relative posisjonene og fartøyets 100 navigasjonsdata.

Henviser nå til Figur 6 som viser signalflyten i systemet i samsvar med oppfinnelsen. Som nevnt ovenfor er styringsinnretningen 20 innrettet til å finne GNSS-posisjon, utføre akustisk avstandsmåling, finne attityde og akselerasjon, kurs (heading), samt dybde, hvilket medfører at styringsinnretningen 20 kan sende estimert posisjon for styringsinnretningen 20 fra det integrerte posisjonsfilteret 70, attityde og akselerasjon, akustiske avstander, samt dybde via den instrumenterte kabelen 50 til fartøyet 100. Fartøyet 100 på sin side har kontinuerlig GNSS-posisjon, UTC/efemerider, akustisk telemetri, samt form for instrumentert kabel, hvilket medfører at den kan sende posisjonsestimat for styringsinnretning fra GNSS og akustikk, samt UTC og efemeridertil styringsinnretningen 20 via den instrumenterte kabelen 50, i tillegg til de kjente innstillinger og data som benyttes for å styre den instrumenterte kabelen.

En fremgangsmåte for høynøyaktig bestemmelse av posisjon for en styringsinnretning i samsvar med oppfinnelsen omfatter å bestemme styringsinnretningens 20 posisjon og hastighet ved hjelp av en GNSS-enhet anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger 22 og satellittbaserte navigasjonssystemer.

Fremgangsmåten kan videre omfatte et innledende trinn omfattende å bestemme styringsinnretningens globale posisjon i det styringsinnretningen 22 og den instrumenterte kabelen 50 spoles ut fra fartøyet 100. Denne posisjonen kan videre brukes for å initialisere det lokale integrerte posisjonsfilteret 70 i styringsinnretningen 20 som er en integrasjon av posisjons- og akselerasjonsdata.

Fremgangsmåten omfatter videre å bringe en ønsket styringsinnretning 20 opp i overflateposisjon for kommunikasjon med GNSS-satellitt(er) 110 for å bestemme posisjon og hastighet i et begrenset tidsrom før styringsinnretningen 20 igjen føres ned til operasjonell dybde igjen.

Videre kan fremgangsmåten omfatte å innrette styringsinnretningens vinge 22 med GNSS-enhet slik at den peker hovedsakelig rett opp fra overflaten når styringsinnretningen 20 er i overflateposisjon. Fremgangsmåten kan også omfatte å innrette styringsinnretningen 20 slik at en annen vinge 22 derav forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler 24 peker ned i vannet.

I det styringsinnretningen er i overflateposisjon kan fremgangsmåten videre omfatte data-overføring til/fra styringsinnretningen 20 ved hjelp av styringsinnretningens 20 radioenhet, fortrinnsvis mellom fartøy og styringsinnretningen, men også mellom arbeidsbåter og styringsinnretning. Eksempelvis kan denne dataoverføringen være satellittenes banedata, klokke og ca. posisjon, såkalte aiding-data, noe som vil redusere tiden styringsinnretningen må være i overflateposisjon. Det skal nevnes at overføring av aiding-data til GNSS-mottaker også kan gjøres periodisk via instrumentert ka bel protokoll mens styringsinnretningen(e) er neddykket. Da vil GNSS-enheten allerede være ladet og klar til å finne satellitter idet den bryter vannoverflaten. Styringsenheten 20 kan i overflateposisjon også overføre data via radio for aktuelle formål, eksempelvis overføre sin egen posisjon via radio når den er i overflateposisjon. Eksempelvis kan posisjonsinformasjonen benyttes til å finne styringsinnretningen fra arbeidsbåt, evt. finne en vinge som har løsnet fra sty ri ngsi n n retn i nge n.

Fremgangsmåten omfatter videre tilføring av differensielle korreksjonssignaler fra en høy-nøyaktig posisjoneringskilde ombord i kartleggingsfartøyet 100 ved hjelp av dataoverføring via de instrumenterte kablene 50 eller via radioenheten direkte til styringsinnretningene 20 når de er i overflateposisjon.

Fremgangsmåten omfatter videre, når styringsinnretningen 20 ikke er i kontakt med GNSS-satellitter, å oppdatere det integrerte posisjonsfilteret 70 ballistisk med akselerasjonsdata

(aprioridata) fra treghets-cluster 60 innrettet i minst en av styringsinnretningens 20 vinger 22 inntil nye posisjonsdata er tilgjengelig.

I tillegg omfatter fremgangsmåten fortrinnsvis i neddykket tilstand av den instrumenterte kabelen akustisk avstandsmåling mellom noder/styringsinnretninger 20 i nettverket ved hjelp av akustiske kommunikasjonsmidler 24 i minst en av styringsinnretningens 20 vinger 20.

Fremgangsmåten omfatter videre kombinasjon av de målte akustiske avstandsdata fra styringsinnretningene 20 med global telemetri på fartøyet 100 for å bestemme relative posisjoner for hver node.

Fremgangsmåten omfatter videre å bestemme absolutte posisjoner for noder/styringsinnretninger basert på de relative posisjonene og fartøyets 100 navigasjonsdata.

Fremgangsmåten omfatter videre å benytte de absolutte posisjonene til nye aposteriori posisjonsdata i det integrerte posisjonsfilteret 70.

Fremgangsmåten omfatter videre at styringsinnretningene 20/nodene beregner sin orientering (rull, stamp, kurs) basert på data fra treghets-clusteret 60 og magnetometeret 50, og eventuelt benyttelse av nodenes orientering i en sentral beregning på fartøyet 100 til å estimere den instrumenterte kabelens 50 form.

Fremgangsmåten omfatter videre oppstramming av posisjonsestimatene for de instrumenterte kablene 50 under seismikk ved å bringe hele eller deler av en instrumentert kabel 50 til overflaten samtidig som de instrumenterte kablene 50 på hver side av den aktuelle instrumenterte kabelen 50 bringes tettere sammen lateralt slik at det ikke blir geografiske huller i seismikkdataene.

Fremgangsmåten omfatter videre å benytte styringsinnretningens GNSS-posisjon og hastighet i kombinasjon med akustiske målinger når styringsinnretningens vinge forsynt med GNSS-enhet peker opp av sjøen; dvs. er i luft, samtidig som en vinge forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler peker ned; dvs. er neddykket i vann, til å kalibrere lydhastigheten i vann.

Fremgangsmåten omfatter videre å benytte forkunnskaper om in-line avstand mellom nodene sammen med in-line avstandsmålinger til å stramme opp lydhastighetsestimatet. Dette kan gjøres ved minste kvadrates metode hvor in-line avstandsmålinger er vektet høyere enn de resterende avstandsmålingene.

Fremgangsmåten omfatter videre å benytte akustiske avstandsmålinger av refleksjoner fra vannspeil eller havbunn til integritet/kalibrering av dybdesensor.

Fremgangsmåten omfatter videre å innrette en styringsinnretning 20 med GNSS-enhet i minst en vinge 22 på halen av den instrumenterte kabelen 50 for å erstatte halebøyen.

Fremgangsmåten omfatter videre å innrette minst en styringsinnretning 20 med GNSS-enhet i minst en vinge 22 nær midten av den instrumenterte kabelen 50.

Fremgangsmåten omfatter videre å innrette GNSS-enhet i alle styringsinnretninger 20 for den instrumenterte kabelen 50.

Modifikasjoner

Som et alternativ til styringsinnretninger hvor alt er integrert i vingene kan styringsinnretninger omfattende motor- og drivverkhus benyttes, fortrinnsvis tre motor- og drivverkhus, hvilke motor-og drivverkhus er forsynt med vinger, hvilke motor- og drivverkhus er forsynt med prosessorenhet, induktive kobling eller mekanisk kobling for tilkobling til hovedkroppen, halleffektsensor, oppladbare batterier, intelligent ladeelektronikk, motor med gir, hvor minst en av vingene er forsynt med sender- og mottakerelementer og elektronikk for akustisk avstandsmåling.

Claims (31)

1. Fremgangsmåte for nøyaktig bestemmelse av posisjon til seismiske instrumenterte kabler (50), og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array), til hvilken instrumentert kabel (50) styringsinnretninger (20) med vinger (22) er anordnet for å styre de individuelle instrumenterte kablene (50) både i form og posisjon i forhold til andre instrumenterte kabler (50) og dermed motvirke sidestrøm og/eller andre dynamiske krefter som virker på et trukket kabel-array bak et seismisk karti eggi ngsf a rtøy (100),karakterisert vedå: bestemme styringsinnretningens (20) posisjon og hastighet ved hjelp av en GNSS-enhet anordnet i minst en av styringsinnretningens vinger (22).

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den omfatter å bringe styringsinnretningen (20) til en overflateposisjon for kommunikasjon med GNSS-satellitter (110).

3. Fremgangsmåten i samsvar med patentkrav 2,karakterisert vedat den omfatter videre å bringe en ønsket styringsinnretning (20) opp i overflateposisjon for kommunikasjon med GNSS-satellitter (110) for å bestemme posisjon og hastighet i et begrenset tidsrom før styringsinnretningen (20) igjen føres ned til operasjonell dybde.

4. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 2 eller 3,karakterisert vedat den omfatter å innrette styringsinnretningens vinge (22) omfattende GNSS-enhet hovedsakelig rett opp fra overflaten i overflateposisjon.

5. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 4,karakterisert vedat den omfatter å innrette en annen av styringsinnretningens vinger (22) forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler (24) slik at den peker ned i vannet når styringsinnretningen (20) er i overflateposisjon.

6. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående krav,karakterisert vedat, når styringsinnretningen (20) er i overflateposisjon, omfatter fremgangsmåten dataoverføring til/fra styringsinnretningen (20) ved hjelp av en radioenhet innrettet i minst en av styringsinnretningens vinger (22).

7. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 6,karakterisert vedat dataoverføringen omfatter overføring av aiding-data, herunder GNSS-satellittenes (110) banedata, klokke og ca. posisjon.

8. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedå erverve differensielle korreksjonssignalerfra en høynøyaktig posisjoneringskilde ombord i kartleggingsfartøyet (100) ved hjelp av dataoverføring via de instrumenterte kablene (50) eller via radioenheten direkte til styringsinnretningene (20) når de er i overflateposisjon.

9. Fremgangsmåten i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat, når styringsinnretningen (20) ikke er i kontakt med GNSS-satellitter (110), omfatter fremgangsmåten å oppdatere et integrerte posisjonsfilter (70) i styringsinnretningen (20) ballistisk med akselerasjonsdata (aprioridata) fra et treghets-cluster (60) innrettet i minst en av styringsinnretningens (20) vinger (22) inntil nye posisjonsdata er tilgjengelig.

10. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat, i neddykket tilstand av den instrumenterte kabelen, omfatter fremgangsmåten å utføre akustisk avstandsmåling mellom noder/styringsinnretninger i nettverket ved hjelp av akustiske kommunikasjonsmidler (24) innrettet i minst en av styringsinnretningens vinger (22).

11. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 10,karakterisert vedat den omfatter kombinasjon av de målte akustiske avstandsdata fra styringsinnretningene (20) med global telemetri på fartøyet (100) for å bestemme relative posisjoner for hver node.

12. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 11,karakterisert vedat den omfatter å bestemme absolutte posisjoner for nodene basert på de relative posisjonene og fartøyets (100) navigasjonsdata.

13. Fremgangsmåten i samsvar med patentkrav 12,karakterisert vedat den omfatter å benytte de absolutte posisjonene til nye aposteriori posisjonsdata i det integrerte posisjonsfilteret (70).

14. Fremgangsmåten i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat styringsinnretningene (20) beregner sin orientering basert på treghetsdata fra treghets-clusteret (60) og et magnetometer (50) innrettet i minst en av styringsinnretningens vinger (22), og eventuelt benyttelse av nodenes orientering i en sentral beregning på fartøyet til å estimere den instrumenterte kabelens form.

15. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat den omfatter oppstramming av posisjonsestimater for de instrumenterte kablene (50) under seismikk ved å bringe hele eller deler av en instrumentert kabel (50) til overflaten samtidig som de instrumenterte kablene (50) på hver side av den aktuelle instrumenterte kabelen (50) bringes tettere sammen lateralt slik at det ikke blir geografiske huller i seismikkdataene.

16. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedå: - innrette en styringsinnretning (20) med GNSS-enhet i minst en vinge (22) på halen av den instrumenterte kabelen (50) i stedet for en halebøye, - innrette minst en styringsinnretning (20) med GNSS-enhet i minst en vinge (22) nær midten av den instrumenterte kabelen (50), og/eller - innrette GNSS-enhet i minst en vinge (22) av alle styringsinnretninger (22) for den instrumenterte kabelen (50).

17. Fremgangsmåten i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den omfatter et innledende trinn omfattende å bestemme styringsinnretningens (20) globale posisjon i det styringsinnretningen (20) og den instrumenterte kabelen (50) spoles ut fra fartøyet (100).

18. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat den omfatter å benytte styringsinnretningens GNSS-posisjon og hastighet i kombinasjon med akustiske avstandsmålinger når styringsinnretningens vinge forsynt med GNSS-enhet peker opp av sjøen, samtidig som en vinge forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler peker ned i vannet til å kalibrere lydhastigheten i vann.

19. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat den omfatter å benytte forkunnskaper om in-line avstand mellom nodene sammen med in-line avstandsmålinger til å stramme opp lydhastighetsestimatet.

20. Fremgangsmåte i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat den omfatter å benytte akustiske avstandsmålinger av refleksjoner fra vannspeil eller havbunn til integritet/kalibrering av dybdesensor.

21. System for nøyaktig bestemmelse av posisjon til seismiske instrumenterte kabler (50), og/eller et instrumentert tauet kabel-array (streamer-array), til hvilken instrumentert kabel (50) styringsinnretninger (20) med vinger (22) er anordnet for å styre de individuelle instrumenterte kablene (50) både i form og posisjon i forhold til andre instrumenterte kabler (50) og dermed motvirke sidestrøm og/eller andre dynamiske krefter som virker på et trukket kabel-array bak et seismisk karti eggi ngsf a rtøy (100),karakterisert vedat minst en styringsinnretning (20) for de(n) instrumenterte kabelen(e) (50) er forsynt med GNSS-enhet i minst en styringsinnretningens vinger (22).

22. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat GNSS-enheten omfatter en GNSS-antenne (31) og en GNSS-mottaker (32).

23. System i samsvar med patentkrav 22,karakterisert vedat GNSS-antennen (31) er anordnet i vingespissen.

24. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat styringsinnretningen (20) omfatter en radioenhet, bestående av en radioantenne (41) og en radiomottaker (42) for dataoverføring, hvilken radioenhet er anordnet i minst en av styringsinnretningens (20) vinger (22).

25. System i samsvar med patentkrav 24,karakterisert vedat radioantennen (42) er anordnet langs kanten av vingen (22) som vender forover, dvs. i taueretningen.

26. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat minst en av styringsinnretningens (20) vinger (22) er forsynt med akustiske kommunikasjonsmidler (24) i form av et sender-/mottakerelement, i form av en transduser, samt forsynt med elektronikk for akustisk avstandsmåling.

27. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat styringsinnretningen (20) omfatter et 3-akset magnetometer (50) i minst en av dens vinger (22), hvilket magnetometer (50) er anordnet nær vingespissen.

28. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat styringsinnretningen (20) omfatter et treghets-cluster (60) omfattende ett eller flere akselerometre og eventuelt rategyro, i minst en av dens vinger (22).

29. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat styringsinnretningene (20) omfatter et posisjonsfilter (70) integrert i en prosesseringsenhet i minst en av dens vinger (22).

30. System i samsvar med patentkrav 21,karakterisert vedat kartleggingsfartøyet (100) er forsynt med en sentral styringsenhet innrettet med en posisjonsestimator (80).

31. System i samsvar med ett av de foregående patentkrav,karakterisert vedat: - styringsinnretning (20) med GNSS-enhet i minst en vinge (22) er anordnet på halen av den instrumenterte kabelen (50) i stedet for en halebøye, - minst en styringsinnretning (20) med GNSS-enhet i minst en vinge (22) er anordnet nær midten av den instrumenterte kabelen (50), og/eller - alle styreinnretninger (20) for den instrumenterte kabelen omfatter minst en vinge (22) med en GNSS-enhet.