Claims (12)
1. Способ акустической локализации узлов сети транспондеров для определения положения (позиционирования) совокупности совместно буксируемых сейсмокос (гибких протяженных буксируемых антенн), состоящий из нескольких этапов:1. The method of acoustic localization of transponder network nodes for determining the position (positioning) of a set of jointly towed seismic streamers (flexible extended towed antennas), consisting of several stages:
этап буксировки судном множества автономных навесных или встроенных в сейсмокосы акустических приемников-передатчиков (транспондеров), при этом транспондеры приспособлены для приема и передачи коротких последовательностей тоновых акустических импульсов с различными несущими частотами, имеющих низкую взаимную корреляцию между сигналами разных передатчиков, передаваемых между транспондерами, установленными как вдоль в одной и той же сейсмокосы, так и на разных сейсмокосах;the stage of towing a plurality of autonomous mounted or built-in acoustic receiver-transmitters (transponders) by the ship, while the transponders are adapted to receive and transmit short sequences of tone acoustic pulses with different carrier frequencies, having a low mutual correlation between the signals of different transmitters transmitted between the transponders installed both along in the same streamer, and on different streamers;
этап буксировки начальных и концевых буев с установленными на них GPS/ГЛОНАСС антеннами для их спутникового позиционирования и для синхронизации по глобальному времени, и радиомодемом для передачи этой информации на борт судна, а также с установленными на буях акустическими транспондерами, при этом начальные и концевые буи используются для определения абсолютных координат опорных точек сети акустических транспондеров;the stage of towing the initial and end buoys with GPS / GLONASS antennas installed on them for their satellite positioning and for synchronization in global time, and a radio modem for transmitting this information to the ship, as well as with acoustic transponders installed on the buoys, while the initial and end buoys are used to determine the absolute coordinates of the reference points of the acoustic transponder network;
этап излучения и приема акустических сигналов, синхронизированный по глобальному времени, сетью транспондеров, установленных на сейсмокосах и начальных и концевых буях, при этом синхронизация транспондеров, расположенных на/в сейсмокосах, осуществляется по линиям связи в сейсмокосах, а транспондеров, расположенных на начальных и концевых буях - по радиоканалу или глобальному времени по данным с установленных на них GPS/ГЛОНАСС антенн;the stage of emitting and receiving acoustic signals, synchronized in global time, by a network of transponders installed on streamers and initial and end buoys, while synchronization of transponders located on / in the streamers is carried out via communication lines in the streamers, and transponders located on the initial and end buoys - by radio channel or global time according to data from GPS / GLONASS antennas installed on them;
этап обработки принятых акустических сигналов процессорами в транспондерах, включающая выделение сигналов, излучаемых предварительно заданным набором других транспондеров сети и определение времен задержек прохождения акустических сигналов до них, передача в бортовой компьютер информации о временах задержек прохождения акустических сигналов от предварительно заданного набора транспондеров сети до заданного транспондера, в том числе дополнительной информации о глубине транспондеров, их пространственной ориентации, заряде батареи и др., при этом передача информации от транспондеров, расположенных на сейсмокосах, осуществляется по линиям связи в сейсмокосах, а от транспондеров, расположенных на начальных и концевых буях - по радиоканалу;the stage of processing the received acoustic signals by processors in transponders, including the selection of signals emitted by a predetermined set of other network transponders and determining the delay times for the passage of acoustic signals to them, transferring to the on-board computer information about the delay times for the passage of acoustic signals from a predetermined set of network transponders to a given transponder , including additional information about the depth of transponders, their spatial orientation, battery charge, etc. radio channel;
этап решения с помощью специального программного обеспечения оптимизационной задачи о пространственном положении сети транспондеров на основе минимизации функционала невязок между искомыми и измеренными расстояниями между транспондерами с учетом жесткой привязки сети к положению транспондеров на начальных и концевых буях.the stage of solving, using special software, the optimization problem of the spatial position of the transponder network based on minimizing the functional of residuals between the sought and measured distances between transponders, taking into account the tight binding of the network to the position of the transponders on the initial and end buoys.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этапе излучения и приема акустических сигналов дополнительно включает циклическое или управляемое излучение последовательности коротких тоновых сигналов, называемых буквами, и формированием слов из этих букв, как их строго упорядоченных во времени последовательностей, при этом излучение коротких тоновых сигналов производится на ограниченном наборе (~8÷16) несущих частот из диапазона 40-80 кГц, а длительность отдельного тонового сигнала (буквы) может меняться, составляя, например 1÷2 мс, при этом между различными тоновыми сигналами могут быть пустые интервалы (задержки) любой, но заранее предписанной длительности, а количество букв в словах и интервалы между буквами могут быть различными, при этом слова, излучаемые разными транспондерами, выбираются так, чтобы в группе транспондеров, находящихся в зоне взаимной слышимости, они были максимально ортогональными.2. The method according to claim 1, characterized in that the stage of emitting and receiving acoustic signals additionally includes cyclic or controlled emission of a sequence of short tone signals, called letters, and the formation of words from these letters, as their sequences strictly ordered in time, while emitting short tone signals are produced on a limited set (~8÷16) of carrier frequencies from the range of 40-80 kHz, and the duration of an individual tone signal (letter) can vary, for example, 1÷2 ms, while between different tone signals there may be empty intervals (delays) of any, but predetermined duration, and the number of letters in words and the intervals between letters can be different, while the words emitted by different transponders are chosen so that they are maximally orthogonal in the group of transponders located in the zone of mutual audibility .
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе обработки принятых акустических сигналов производится фильтрация регистрируемых сигналов набором полосовых фильтров, соответствующих частотам излучаемых тоновых сигналов, при этом фильтрация осуществляется аппаратным образом, заменяя более трудоемкую цифровую корреляционную обработку, а также производится определение огибающей отфильтрованных полосовыми фильтрами зарегистрированных сигналов.3. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of processing the received acoustic signals, the recorded signals are filtered with a set of band-pass filters corresponding to the frequencies of the emitted tone signals, while the filtering is carried out in hardware, replacing the more time-consuming digital correlation processing, and the determination the envelope of the recorded signals filtered by the bandpass filters.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе обработки принятых акустических сигналов устанавливаются широкие, робастные временные интервалы (окна), в которых производится идентификация требуемых сигналов (слов), при этом идентификация требуемых слов осуществляется по критерию превышения определенного порога произведений огибающих тоновых сигналов, сдвинутых на время задержки последовательности букв в слове, а время, соответствующее максимуму произведения огибающих тоновых сигналов, превышающих заданный порог, принимается в качестве времени прохождения сигналов между транспондерами, которая называется задержкой.4. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of processing the received acoustic signals, wide, robust time intervals (windows) are set in which the required signals (words) are identified, while the required words are identified by the criterion of exceeding a certain threshold of products envelopes of tone signals shifted by the delay time of a sequence of letters in a word, and the time corresponding to the maximum product of the envelopes of tone signals exceeding a given threshold is taken as the time of passage of signals between transponders, which is called delay.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе решения оптимизационной задачи предварительно производится определение набора валидных задержек, при этом считаются валидными и принимаются в расчетах лишь те временные задержки между транспондерами, разность между которыми на встречных направлениях не превышает заданной погрешности, а сама валидная задержка определяется как полусумма задержек на встречных направлениях, кроме того, производится преобразование времени прохождения сигнала в расстояние между идентифицированными транспондерами путем умножением времени валидной задержки на скорость звука в воде, при этом для оценки скорости звука в воде может браться величина, получаемая от деления известной длины между парами ближайших транспондеров на одной и той же сейсмокосе к валидному времени прохождения сигнала между ними.5. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of solving the optimization problem, a set of valid delays is preliminarily determined, while only those time delays between transponders are considered valid and are taken into account in the calculations, the difference between which in opposite directions does not exceed a given error, and the valid delay itself is defined as half the sum of the delays in opposite directions, in addition, the signal transit time is converted into the distance between the identified transponders by multiplying the valid delay time by the speed of sound in water, while to estimate the speed of sound in water, the value obtained from dividing the known length between pairs of nearest transponders on the same streamer to the valid signal transit time between them.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе решения оптимизационной задачи выполняется построение сети по совокупности одновременно измеренных валидных расстояний между транспондерами и решается задача определения координат всех узлов сети на основе минимизации целевого функционала в форме невязки между искомыми и измеренными (валидными) расстояниями сети транспондеров с начальным приближением, полученным из проектного расположения или из предыдущего цикла измерений, при этом в целевом функционале дополнительно в виде регуляризирующих слагаемых производится учет информации о координатах транспондеров, размещенных на начальных и концевых буях, которая передается на борт от размещенных на них же GPS/ГЛОНАСС приемников по радиоканалу, а также информации о длине кабельных связей между транспондерами вдоль сейсмокос и информация о заглублении транспондеров, передаваемой от них на борт по линиям связи в сейсмокосах.6. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of solving the optimization problem, a network is built based on a set of simultaneously measured valid distances between transponders and the problem of determining the coordinates of all network nodes is solved based on minimizing the target functional in the form of a discrepancy between the desired and measured (valid ) the distances of the transponder network with the initial approximation obtained from the design location or from the previous measurement cycle, while in the target functional, additionally, in the form of regularizing terms, the information about the coordinates of the transponders located on the initial and end buoys is taken into account, which is transmitted on board from those placed on them the same GPS / GLONASS receivers via a radio channel, as well as information about the length of cable links between transponders along the streamers and information about the depth of transponders transmitted from them to board via communication lines in the streamers.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе решения оптимизационной задачи производится минимизация нелинейного целевого функционала на основе метода Ньютона-Рафсона и метода сопряженных градиентов для определения пространственного положения сети транспондеров, и, следовательно, пространственного положения сейсмокос, включая изменения положения в результате их движения, изгиба и схождения-расхождения, при этом выполняется контроль точности получаемого решения для каждого узла сети на основе оценки средней невязки, определяемой как среднее от невязок всех валидных расстояний от данного узла сети до других узлов.7. The method according to claim 1, characterized in that at the stage of solving the optimization problem, the non-linear objective functional is minimized based on the Newton-Raphson method and the conjugate gradient method to determine the spatial position of the transponder network, and, consequently, the spatial position of the streamers, including position changes as a result of their movement, bending and convergence-divergence, while the accuracy of the resulting solution for each network node is controlled based on the estimate of the average residual, defined as the average of the residuals of all valid distances from this network node to other nodes.