專利名稱：聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速的方法，存儲(chǔ)構(gòu)件和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球物理數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及用于分析海床之下的地質(zhì)層的設(shè)備。本發(fā)明特別涉及使用地震法的石油勘測(cè)エ業(yè)，但可應(yīng)用于任何使用用于采集海洋環(huán)境中的地球物理學(xué)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明關(guān)于一種技術(shù)，所述技術(shù)用于在沿著拖曳聲學(xué)直線式天線布置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速。
2.
背景技術(shù)：
在本文件的下文中更特別地設(shè)法描述在石油勘測(cè)エ業(yè)的地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域中存在的問題。當(dāng)然，本發(fā)明不限于此特定應(yīng)用領(lǐng)域，而是有關(guān)于必須應(yīng)付緊密相關(guān)或類似的事項(xiàng)和問題的任何技術(shù)。 按照慣例，使用地震傳感器(如加速計(jì)、地震檢波器或水聽器)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)地進(jìn)行采集地震數(shù)據(jù)的操作。當(dāng)在海洋環(huán)境中進(jìn)行地震數(shù)據(jù)采集時(shí)，這些傳感器沿著電纜分布，以便形成直線式聲學(xué)天線，其通常稱為“等浮電纜”或“地震等浮電纜”。地震等浮電纜網(wǎng)絡(luò)由地震勘測(cè)船拖曳。所述地震法基于對(duì)反射地震波的分析。因此，為了在海洋環(huán)境中收集地球物理學(xué)數(shù)據(jù)，啟動(dòng)一或多個(gè)水下震源以便傳播地震波列。由震源產(chǎn)生的壓カ波穿過水柱且聲穿透海床的不同層。反射的地震波(即，聲學(xué)信號(hào))的一部分隨后由沿地震等浮電纜的長(zhǎng)度分布的傳感器(例如，水聽器)檢測(cè)到。通過遙測(cè)技術(shù)處理這些聲學(xué)信號(hào)并將其從地震等浮電纜轉(zhuǎn)發(fā)至位于地震勘測(cè)船上的操作員站，這些信號(hào)存儲(chǔ)于所述操作員站中。此背景中的一個(gè)眾所周知的問題是地震等浮電纜的定位。實(shí)際上，尤其為了以下目的，準(zhǔn)確定位等浮電纜十分重要-監(jiān)視傳感器(水聽器)的位置，以便獲得具有令人滿意精度的勘測(cè)區(qū)域海床圖像；以及-檢測(cè)等浮電纜相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)(等浮電纜經(jīng)常遭受各種各樣可變大小的外部自然約束的作用，例如風(fēng)、波浪、水流)；以及-監(jiān)視等浮電纜的航行。實(shí)際上，目的在于使勘測(cè)船在有關(guān)區(qū)域內(nèi)的通過次數(shù)最少地實(shí)行海床分析。為此目的，在所述聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施的等浮電纜數(shù)量顯著增加。因此，尤其在考慮到等浮電纜的長(zhǎng)度(例如，可在6千米和15千米之間變化)時(shí)，這ー定位等浮電纜的問題特別顯著?？刂频雀‰娎|位置的本質(zhì)在于實(shí)施航行控制裝置(通常稱為“壓敏浮筒”)，其以固定間隔(例如，每隔300米)沿著地震等浮電纜安裝。現(xiàn)有技術(shù)的壓敏浮筒只用于控制浸沒狀態(tài)的等浮電纜的深度?，F(xiàn)在，壓敏浮筒用于控制等浮電纜的深度以及橫向位置。圖I展示等浮電纜13的一部分的配置，其包含一系列傳感器(水聽器)16，電聲轉(zhuǎn)換器14(在下文中更詳細(xì)描述)以及沿著等浮電纜13長(zhǎng)度分布的壓敏浮筒10。
完整的等浮電纜13 (沿著其長(zhǎng)度)包含圖I中描述的許多部分，因而包含大量的傳感器(水聽器)16以及一系列電聲轉(zhuǎn)換器14。每個(gè)壓敏浮筒10可與電聲轉(zhuǎn)換器14相關(guān)聯(lián)且包含配備至少一個(gè)機(jī)動(dòng)樞轉(zhuǎn)翼12的主體11，使得橫向操縱等浮電纜13以及控制等浮電纜13的浸沒深度成為可能。壓敏浮筒的控制是本地實(shí)現(xiàn)的或由位于勘測(cè)船上的主控制器實(shí)現(xiàn)。眾所周知，聲學(xué)節(jié)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換器14以及其相關(guān)聯(lián)的電子元件。壓敏浮筒10可與聲學(xué)節(jié)點(diǎn)17相關(guān)聯(lián)以使此聲學(xué)節(jié)點(diǎn)確保對(duì)相關(guān)聯(lián)的等浮電纜13的本地控制功能。為了水平驅(qū)動(dòng)，電聲轉(zhuǎn)換器14允許估計(jì)沿著兩條不同等浮電纜13(相鄰或不相鄰都可)放置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)之間的距離(下文中稱為“節(jié)點(diǎn)間距離”)。更準(zhǔn)確地說，第一等浮電纜的電聲轉(zhuǎn)換器14發(fā)送若干第一聲學(xué)序列且也接收來自第二等浮電纜的第二電聲轉(zhuǎn)換器14的若干第二聲學(xué)序列，所述第二等浮電纜與所述第一等浮電纜相鄰或不相鄰都可。為了估計(jì)節(jié)點(diǎn)間距離，聲學(xué)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換器14接收的數(shù)據(jù)隨后由與轉(zhuǎn)換器14相關(guān)聯(lián)的電子模 塊(圖I中未示)在本地進(jìn)行處理，或由勘測(cè)船上的主控制器處理。轉(zhuǎn)換器14是聲學(xué)序列(即，經(jīng)調(diào)制的位形式的聲學(xué)信號(hào))的傳輸器和接收器，這些聲學(xué)序列用于確定位于各個(gè)等浮電纜上的相鄰節(jié)點(diǎn)之間的距離，從而形成節(jié)點(diǎn)間距離的網(wǎng)格，以便知道所有等浮電纜的精確橫向定位。應(yīng)將本文中的轉(zhuǎn)換器理解為意味由聲學(xué)信號(hào)收發(fā)器(發(fā)射器/接收器)組成的單ー電聲裝置，或發(fā)送器裝置(例如，聲波脈沖發(fā)射器)和接收器裝置(例如，壓カ粒子傳感器(水聽器)或運(yùn)動(dòng)粒子傳感器(加速計(jì)、地震檢波器· · ·))的組合。通常，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含電聲轉(zhuǎn)換器，使所述節(jié)點(diǎn)能夠交替充當(dāng)發(fā)送器節(jié)點(diǎn)和接收器節(jié)點(diǎn)(分別用于聲學(xué)信號(hào)的傳輸和接收)。在ー項(xiàng)交替實(shí)施例中，第一組節(jié)點(diǎn)只充當(dāng)發(fā)送器節(jié)點(diǎn)且第二組節(jié)點(diǎn)只充當(dāng)接收器節(jié)點(diǎn)。第三組節(jié)點(diǎn)也可與第一和第二組節(jié)點(diǎn)結(jié)合使用。兩個(gè)同步節(jié)點(diǎn)A和B之間的節(jié)點(diǎn)間距離典型地可基于以下公式估計(jì)(Iab = kX tAB其中CIab指聲學(xué)信號(hào)的發(fā)送器節(jié)點(diǎn)(A)與接收器節(jié)點(diǎn)(B)的節(jié)點(diǎn)間距離；指在從發(fā)送器節(jié)點(diǎn)㈧向接收器節(jié)點(diǎn)⑶傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的發(fā)射瞬間和接收瞬間之間消逝的傳播持續(xù)時(shí)間；k指聲速的“測(cè)量”值或“估計(jì)”值。正如已經(jīng)說過的，壓敏浮筒的控制在本地執(zhí)行或由位于勘測(cè)船上的主控制器執(zhí)行。現(xiàn)今，一種廣為人知的用于獲得聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的水下聲速(或簡(jiǎn)稱為聲速)的方法是使用聲速計(jì)。實(shí)際上，導(dǎo)航系統(tǒng)中使用的聲速測(cè)量一般來說是借助各自布置于等浮電纜網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)分離末端的兩個(gè)聲速計(jì)實(shí)行的，因此提供“測(cè)量值”(也叫“真值”)。例如，圖2展示有十條等浮電纜(稱為20a到20j)的網(wǎng)絡(luò)，其由勘測(cè)船21拖曳，包含導(dǎo)航系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)管理器系統(tǒng)的集中式系統(tǒng)(未圖示)位于所述勘測(cè)船21上。兩個(gè)速度計(jì)22、23定位于由勘測(cè)船拖曳的此組等浮電纜的最外面的兩條等浮電纜20a和20j上，第一速度計(jì)22定位于接近勘測(cè)船的地方，第二速度計(jì)23定位于勘測(cè)船的相反側(cè)。隨后由導(dǎo)航系統(tǒng)通過觀察由速度計(jì)提供的實(shí)際聲速測(cè)量結(jié)果的歷史，同時(shí)考慮到勘測(cè)船的速度，在對(duì)應(yīng)于聲學(xué)節(jié)點(diǎn)位置的每個(gè)點(diǎn)處估計(jì)聲速。
此已知方法的缺點(diǎn)是如果兩個(gè)速度計(jì)中的一個(gè)損壞了，必須將等浮電纜(此速度計(jì)包含于其中)抬出水面，以便能夠更換或修理損壞的速度計(jì)。此已知方法的另ー缺點(diǎn)是為 了估計(jì)聲學(xué)信號(hào)的聲速，導(dǎo)航系統(tǒng)不得不假定在給定的固定點(diǎn)處的聲速測(cè)量值隨時(shí)間的推移是恒定的(在等浮電纜的軸線中)。然而，鑒于等浮電纜具有相當(dāng)長(zhǎng)的長(zhǎng)度以及勘測(cè)船的低速度，在于此給定點(diǎn)處實(shí)行的聲速測(cè)量和聲學(xué)節(jié)點(diǎn)通過同一給定點(diǎn)處之間可有若干小時(shí)消逝。一般來說，水中聲波的聲速是尤其隨溫度、壓カ以及水的鹽度快速變化的參數(shù)。因此，此估計(jì)方法提供的聲速值并非總是可靠的?；诤Ｋ钠骄曀俚扔?500m. S-1的原理，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對(duì)于每個(gè)聲學(xué)節(jié)點(diǎn)估計(jì)的波速值方面的誤差可常常達(dá)到幾個(gè)百分點(diǎn)，因而導(dǎo)致可達(dá)到相同百分比的傳播持續(xù)時(shí)間測(cè)量的誤差，且由此引起節(jié)點(diǎn)間距離測(cè)量的誤差?？梢酝茢?，沿著地震等浮電纜分布的傳感器(水聽器)的定位因此缺乏精確性。此已知方法的另ー缺點(diǎn)是由給定點(diǎn)處的速度計(jì)測(cè)量的聲速被認(rèn)為在相對(duì)于等浮電纜軸線的橫向平面中恒定(交叉線測(cè)量)。例如，對(duì)于有彼此相隔100米的十條等浮電纜的網(wǎng)絡(luò)來說，假設(shè)聲速在網(wǎng)絡(luò)的寬度(即，1000米)上是恒定的。因而在相對(duì)于等浮電纜軸線的橫向平面中實(shí)行由每個(gè)速度計(jì)測(cè)量的聲速的近似(例如，通過線性或多項(xiàng)式插入法)，這ー方法也使得聲速估計(jì)值不可靠。此外，獨(dú)立于導(dǎo)航系統(tǒng)，沿著等浮電纜放置的壓敏浮筒包含用于在本地實(shí)施反饋回路的嵌入式電子元件(以便控制聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間距離)。正如之前所述，這些節(jié)點(diǎn)間距離是作為傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的傳播持續(xù)時(shí)間(由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)測(cè)量)以及聲速的估計(jì)值(由導(dǎo)航系統(tǒng)或由操作者通過節(jié)點(diǎn)管理器系統(tǒng)提供)的函數(shù)而確定的。此聲速估計(jì)值中的誤差可因此引起節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)反饋中的誤差。另ー眾所周知的估計(jì)聲學(xué)信號(hào)聲速的方法在于測(cè)量放置于同一等浮電纜上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的軸向傳播持續(xù)時(shí)間，且根據(jù)對(duì)分離兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的軸向距離的認(rèn)識(shí)推斷聲速估計(jì)值。然而，軸向傳播持續(xù)時(shí)間測(cè)量需要具有與等浮電纜分離(即，放置于節(jié)點(diǎn)外)的電聲轉(zhuǎn)換器的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。因此，這種已知方法不能在轉(zhuǎn)換器集成在等浮電纜內(nèi)的等浮電纜網(wǎng)絡(luò)的情況下實(shí)施。實(shí)際上，由于ー些等浮電纜上存在金屬體，使得轉(zhuǎn)換器的全向輻射配置(或場(chǎng)型)變?yōu)闇?zhǔn)全向或定向的，垂直于等浮電纜軸線，從而致使不可能實(shí)施軸向傳播持續(xù)時(shí)間測(cè)量。應(yīng)注意雖然上述問題是在海洋環(huán)境中地震勘探的特殊領(lǐng)域描述的，但其可應(yīng)用于其他應(yīng)用領(lǐng)域。3.發(fā)明目標(biāo)在至少ー個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明尤其g在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。更具體地說，本發(fā)明的至少ー個(gè)實(shí)施例的目標(biāo)是提供用于在聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)聲學(xué)節(jié)點(diǎn)的聲學(xué)信號(hào)聲速的技術(shù)，所述技術(shù)確保提供供導(dǎo)航系統(tǒng)使用的可靠聲速值，從而準(zhǔn)確監(jiān)視傳感器(水聽器)的位置。本發(fā)明的至少ー個(gè)實(shí)施例的另一目標(biāo)是提供避免在聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)中使用速度計(jì)的此種技術(shù)。本發(fā)明的至少ー個(gè)實(shí)施例的另一目的是提供允許改進(jìn)由網(wǎng)絡(luò)的速度計(jì)測(cè)量的聲速值的技木。
本發(fā)明的至少ー個(gè)實(shí)施例的附加目的是提供實(shí)施簡(jiǎn)單且成本低的此種技術(shù)。4.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)特殊實(shí)施例提議用于在聲學(xué)節(jié)點(diǎn)(其沿著拖曳聲學(xué)直線式天線布置)網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速的ー種方法，且在所述網(wǎng)絡(luò)中在節(jié)點(diǎn)間傳輸多個(gè)聲學(xué)信號(hào)，所述方法的特征在于其包含以下步驟-獲得兩個(gè)預(yù)定的距離，所述距離各自分離沿著相同的第一聲學(xué)直線式天線放置的一對(duì)節(jié)點(diǎn)；-對(duì)于每對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)，獲得*在所述第一節(jié)點(diǎn)和沿著第二聲學(xué)直線式天線放置的第三節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間；*在所述第二節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第二傳播持續(xù)時(shí)間； -估計(jì)所述水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每對(duì)節(jié)點(diǎn)獲得的所述兩個(gè)預(yù)定的距離和所述第一和第二傳播持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。因此，此特殊實(shí)施例依賴于ー種完全新穎和創(chuàng)造性的方法，其避免在聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)中使用速度計(jì)或允許改進(jìn)由用于聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的速度計(jì)測(cè)量的聲速值。此特殊實(shí)施例也比已知的基于速度計(jì)的解決方案更加穩(wěn)固。實(shí)際上，在已知的解決方案中，如果兩個(gè)速度計(jì)中的一個(gè)損壞，那么必須將等浮電纜(所述速度計(jì)包含于其中)抬出水面。通過提議的解決方案，如果ー個(gè)節(jié)點(diǎn)不能實(shí)行此方法，其他節(jié)點(diǎn)也能夠?qū)嵤┐朔椒?，不需要抬起等浮電纜。根據(jù)ー個(gè)特殊特征，此方法包含以下步驟a)獲得第一對(duì)第一節(jié)點(diǎn)群組，每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組包含所述對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)中的一對(duì)以及相應(yīng)的第三節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組與ー個(gè)三角形(以所述第一、第二和第三節(jié)點(diǎn)作為頂點(diǎn))相關(guān)聯(lián)，同一第三節(jié)點(diǎn)被所述第一節(jié)點(diǎn)群組公用；b)對(duì)于每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組，獲得*在所述第三和第一節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第一傳播持續(xù)時(shí)間；*在所述第三和第二節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第二傳播持續(xù)時(shí)間；*分離所述第一和第二節(jié)點(diǎn)的預(yù)定的距離；c)估計(jì)所述水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組獲得的第一和第二傳播持續(xù)時(shí)間以及預(yù)定距離的函數(shù)，并且假定與第一對(duì)第一節(jié)點(diǎn)群組相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)三角形的高度(穿過所述第三節(jié)點(diǎn))相等。因此，此特殊實(shí)施例的一般原理是形成一對(duì)構(gòu)成兩個(gè)三角形的節(jié)點(diǎn)群組，以及基于兩個(gè)三角形的高度(穿過公用第三節(jié)點(diǎn))相等的原理，在公用節(jié)點(diǎn)級(jí)別探求聲速。根據(jù)有利特征，第一節(jié)點(diǎn)群組包含沿著所述第一聲學(xué)直線式天線布置的公用節(jié)點(diǎn)。因此，獲得的兩個(gè)三角形ABD和B⑶除了包含公用節(jié)點(diǎn)D (其沿著第一聲學(xué)直線式天線布置)之外，還包含ー個(gè)公用節(jié)點(diǎn)B (其沿著第二聲學(xué)直線式天線布置)，因此減輕了聲速估計(jì)所需的計(jì)算。有利地，估計(jì)所述水下聲速的所述步驟基于以下公式_1] k-「 ABM’(AB + B(')
~ i ijBC^ - 4(AB + IKI +1' /ΑΒ其中k指估計(jì)的水下聲速；AB指分離第一節(jié)點(diǎn)群組ABD的第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B的第一預(yù)定距離；BC指分離第一節(jié)點(diǎn)群組B⑶的第一節(jié)點(diǎn)B和第二節(jié)點(diǎn)C的第一預(yù)定距離；、指在第一節(jié)點(diǎn)群組ABD的第三節(jié)點(diǎn)D和第一節(jié)點(diǎn)A之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間；tCD指在第一節(jié)點(diǎn)群組B⑶的第三節(jié)點(diǎn)D和第二節(jié)點(diǎn)C之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第 ニ傳播持續(xù)時(shí)間；tBD指在第一節(jié)點(diǎn)群組ABD的第三節(jié)點(diǎn)D和第二節(jié)點(diǎn)B之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第ニ傳播持續(xù)時(shí)間或在第一節(jié)點(diǎn)群組BCD的第三節(jié)點(diǎn)D和第一節(jié)點(diǎn)B之間傳播的聲學(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間。有利地，所述第二聲學(xué)直線式天線與所述第一聲學(xué)直線式天線相鄰。這有助于提高傳播持續(xù)時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而確保提供可靠的聲速估計(jì)。實(shí)際上，節(jié)點(diǎn)間距離(在沿著不同聲學(xué)直線式天線放置的節(jié)點(diǎn)之間)較低，且相應(yīng)的傳播持續(xù)時(shí)間(在這些節(jié)點(diǎn)之間)也較低。有利地，所述步驟a)、b)和c)對(duì)于至少兩個(gè)第一對(duì)第一節(jié)點(diǎn)群組實(shí)行，允許對(duì)于所述第一對(duì)中的每個(gè)對(duì)獲得所述聲速的第一估計(jì)。所述方法包含確定所述水下聲速的最終估計(jì)的步驟，所述最終估計(jì)是所述第一估計(jì)的函數(shù)。通過用若干對(duì)節(jié)點(diǎn)群組獲得聲速的更多第一估計(jì)，實(shí)行對(duì)這些估計(jì)的處理(統(tǒng)計(jì)分析)以改進(jìn)最終估計(jì)因此是有可能的。例如，在所述組獲得的估計(jì)的平均值情況下，估計(jì)的數(shù)目越大，標(biāo)準(zhǔn)偏差越小。根據(jù)有利特征，所述方法包含以下步驟a’ )獲得第二對(duì)第二節(jié)點(diǎn)群組，每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組包含所述第三節(jié)點(diǎn)以及沿著第三聲學(xué)直線式天線布置的第四節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)，每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組與三角形(以所述第三、第四和第五節(jié)點(diǎn)作為頂點(diǎn))相關(guān)聯(lián)。b’ )對(duì)于每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組，獲得*在所述第三節(jié)點(diǎn)和所述第四節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第三傳播持續(xù)時(shí)間；*在所述第三節(jié)點(diǎn)和所述第五節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第四傳播持續(xù)時(shí)間；*分離所述第四和第五節(jié)點(diǎn)的預(yù)定的距離；c’ )估計(jì)水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組獲得的第三和第四傳播持續(xù)時(shí)間以及所述第二預(yù)定距離的函數(shù)，并且假定與第二對(duì)第二節(jié)點(diǎn)群組相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)三角形的高度(穿過所述第三節(jié)點(diǎn))相等。所述步驟a)、b)和c)允許獲得對(duì)所述水下聲速的第一估計(jì)且所述步驟a’)、b’)和c’)允許獲得對(duì)所述水下聲速的第二估計(jì)。并且所述方法包含確定所述水下聲速的最終估計(jì)的步驟，所述最終估計(jì)是所述第一和第二估計(jì)的函數(shù)。另ー對(duì)節(jié)點(diǎn)群組可由第二和第三聲學(xué)直線式天線形成，從而允許獲得不同于通過沿著第一和第二聲學(xué)直線式天線布置的節(jié)點(diǎn)群組獲得的聲速的第一估計(jì)的第二估計(jì)。這確保提供可靠的聲速值。有利地，所述步驟a’)、b’)和c’)對(duì)于至少兩個(gè)第二對(duì)第二節(jié)點(diǎn)群組實(shí)行，從而允許獲得所述第二對(duì)中的每個(gè)對(duì)的所述水下聲速的第二估計(jì)。此外，所述方法包含確定所述聲速的最終估計(jì)的步驟，所述最終估計(jì)是所述ー或多個(gè)第一估計(jì)以及所述第二估計(jì)的函數(shù)。通過獲得節(jié)點(diǎn)群組中的若干對(duì)的 聲速的更多第二估計(jì)，聲速的最終估計(jì)的準(zhǔn)確性提高得更多。根據(jù)有利特征，所述第一和第三聲學(xué)直線式天線不放置于所述第二聲學(xué)直線式天線的同一側(cè)。假設(shè)聲學(xué)直線式天線的曲率半徑非零，發(fā)生在用沿著第一和第二天線布置的第一節(jié)點(diǎn)群組獲得的聲速估計(jì)上的可能誤差由發(fā)生在用沿著第二和第三天線布置的第二節(jié)點(diǎn)群組獲得的聲速估計(jì)上的可能誤差補(bǔ)償。有利地，此方法由屬于包含以下各者的群組的裝置實(shí)施，此群組包含所述第三節(jié)點(diǎn)和集中式系統(tǒng)。在本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，提議包含程序代碼指令的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述程序代碼指令用于當(dāng)所述程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)實(shí)施以上所述的方法(在其不同實(shí)施例的任何ー個(gè)中)。在本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，提議存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)構(gòu)件，所述計(jì)算機(jī)程序包含可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行以實(shí)施以上所述的方法(在其不同實(shí)施例的任何ー個(gè)中)的指令集。在本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，提議ー種裝置，所述裝置用于在沿著拖曳聲學(xué)直線式天線布置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速，且在此網(wǎng)絡(luò)中在節(jié)點(diǎn)之間傳輸多個(gè)聲學(xué)信號(hào)。所述裝置包含-用于獲得兩個(gè)預(yù)定距離的構(gòu)件，所述預(yù)定的距離各自分離沿著相同的第一聲學(xué)直線式天線放置的一對(duì)節(jié)點(diǎn)；-對(duì)于每對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)獲得以下值的構(gòu)件*在所述第一節(jié)點(diǎn)和沿著第二聲學(xué)直線式天線放置的第三節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間；*在所述第二節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第二傳播持續(xù)時(shí)間；-用于估計(jì)所述水下聲速的構(gòu)件，所述水下聲速是對(duì)于每對(duì)節(jié)點(diǎn)獲得的所述兩個(gè)預(yù)定的距離和所述第一和第二傳播持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。
5.


本發(fā)明實(shí)施例的其他特征和優(yōu)勢(shì)將從以下描述中顯而易見，以下描述通過指示性和非詳盡的實(shí)例且根據(jù)附加繪圖給出，附加繪圖中-圖I給出沿著等浮電纜布置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的實(shí)例，已參考現(xiàn)有技術(shù)描述圖I;-圖2展示在海洋環(huán)境中地震勘探的情況下由勘測(cè)船拖曳的聲學(xué)等浮電纜的網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例，已參考現(xiàn)有技術(shù)描述圖2 ；
-圖3根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)特殊實(shí)施例說明聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的ー個(gè)實(shí)例，在所述網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施估計(jì)方法；-圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例說明計(jì)算聲速的方法的簡(jiǎn)化圖示；-圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例說明計(jì)算聲速的方法的簡(jiǎn)化圖示；-圖6是ー個(gè)算法的流程圖的普通視圖，所述算法用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)特殊實(shí)施例的估計(jì)方法。-圖7根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)特殊實(shí)施例展示聲速估計(jì)裝置的圖示結(jié)構(gòu)。
6.
具體實(shí)施例方式在本文件的所有附圖中，相同元件和步驟由同一標(biāo)號(hào)指定。
己在上文結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)描沭圖I和圖2。Si根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)特殊實(shí)施例說明聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)30(在其中實(shí)施估計(jì)方法)的一個(gè)實(shí)例；更特別的是，此網(wǎng)絡(luò)在此處說明聲學(xué)通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含一組三條等浮電纜31、32、33(在存在橫向水流的情況下呈曲線形式)，每條等浮電纜上布置了三個(gè)聲學(xué)節(jié)點(diǎn)等浮電纜31的節(jié)點(diǎn)參考符號(hào)為31a、31b、31c，等浮電纜32的節(jié)點(diǎn)為32a、32b、32c且等浮電纜33的節(jié)點(diǎn)為33a、33b、33c。每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠交替表現(xiàn)為發(fā)送器節(jié)點(diǎn)和接收器節(jié)點(diǎn)且擁有用于傳輸和接收聲學(xué)信號(hào)的電聲轉(zhuǎn)換器。此處認(rèn)為每個(gè)發(fā)送器節(jié)點(diǎn)根據(jù)允許達(dá)到網(wǎng)絡(luò)中的最大量的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)全向輻射場(chǎng)型發(fā)送聲學(xué)信號(hào)(圖中用箭頭表示)。此處的節(jié)點(diǎn)32b表現(xiàn)為接收器節(jié)點(diǎn)且沿著放置于等浮電纜32兩側(cè)的兩條等浮電纜31和33布置的節(jié)點(diǎn)31a、31b、31c、33a、33b、33c表現(xiàn)為發(fā)送器節(jié)點(diǎn)。應(yīng)注意，為了進(jìn)行純粹教學(xué)式的描述，故意限制了圖3中所示的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及等浮電纜數(shù)量，以免對(duì)圖和相關(guān)描述造成麻煩。然而，顯然，本發(fā)明可在包含更多數(shù)量的節(jié)點(diǎn)和等浮電纜的聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的情況下實(shí)施。而且，所述網(wǎng)絡(luò)的ー些聲學(xué)節(jié)點(diǎn)可能未必配備有用于操縱等浮電纜的壓敏浮筒10 (如圖I所示)，而是只配備有允許傳輸和接收聲學(xué)序列的電聲轉(zhuǎn)換器14和相關(guān)的電子模塊(未圖不)。聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)依賴于時(shí)間、頻率和空間訪問模式(即，時(shí)間、頻率和空間區(qū)分)。時(shí)間區(qū)分的原理是將可用時(shí)間細(xì)分成若干時(shí)隙或語音時(shí)間，其又被分配給網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)所述網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地具有語音時(shí)間，在此期間節(jié)點(diǎn)傳輸其聲學(xué)信號(hào)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)傳輸聲學(xué)信號(hào)時(shí)，其他所有節(jié)點(diǎn)可聽到所述信號(hào)。頻率區(qū)分的原理是使用多個(gè)頻帶發(fā)射聲學(xué)信號(hào)，每個(gè)頻帶被分配至網(wǎng)絡(luò)的確定節(jié)點(diǎn)。我們引入空間區(qū)分是因?yàn)槿绻麅蓚€(gè)聲學(xué)序列在不同時(shí)刻到達(dá)接收器，兩個(gè)遠(yuǎn)隔的節(jié)點(diǎn)可在同一時(shí)隙和同一頻率帶寬中發(fā)射。因此聲學(xué)序列之間沒有任何干擾且接收器能夠獨(dú)立處理每個(gè)聲學(xué)序列。一些壓敏浮筒10可包含用于實(shí)施反饋回路的嵌入式電子元件，以便控制聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間距離。節(jié)點(diǎn)間距離是作為聲學(xué)信號(hào)(從每個(gè)節(jié)點(diǎn)31a、31b、31c、33a、33b、33c傳輸?shù)椒胖糜诘雀‰娎|32上的節(jié)點(diǎn)32)的傳播持續(xù)時(shí)間以及通過實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的估計(jì)方法(其原理在下文說明)所獲得的聲速值的函數(shù)而確定的。
Si是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例說明計(jì)算聲速的方法的簡(jiǎn)化圖示。下文認(rèn)為點(diǎn)A、B、C和D分別對(duì)應(yīng)圖3中說明的網(wǎng)絡(luò)的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)31a、31b、31c和32b (沿著等浮電纜31和32布置)。但是，出于簡(jiǎn)化描述和聲速的計(jì)算的緣故，每條等浮電纜31和32的曲率半徑在此處認(rèn)為是零。因此，在此特殊實(shí)施例中只涉及兩條等浮電纜。具體來說，目標(biāo)是與三個(gè)節(jié)點(diǎn)A、B、C合作而估計(jì)點(diǎn)D處的聲速值。節(jié)點(diǎn)D也叫做公用節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)被三角形ABD和B⑶公用。假設(shè)UVW是任意三角形，邊UV = c，VW = a，UW = b且高度WH = h。根據(jù)海倫公式(Heron, s formula),此三角形的面積為
權(quán)利要求
1.一種用于在沿著拖曳聲學(xué)直線式天線布置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速的方法，且在所述網(wǎng)絡(luò)中在所述節(jié)點(diǎn)間傳輸多個(gè)聲學(xué)信號(hào)，所述方法的特征在于其包含以下步驟 -獲得(62)兩個(gè)預(yù)定的距離，其各自分離沿著相同的第一聲學(xué)直線式天線(31)放置的一對(duì)節(jié)點(diǎn)((A，B)，(B，C))； -對(duì)于每對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)((A，B)，(B，C))，獲得(62) *在所述第一節(jié)點(diǎn)和沿著第二聲學(xué)直線式天線(32)放置的第三節(jié)點(diǎn)(D)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間； *在所述第二節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)(D)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第二傳播持續(xù)時(shí)間；-估計(jì)￠3)所述水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每對(duì)節(jié)點(diǎn)獲得的所述兩個(gè)預(yù)定的距離和所述第一和第二傳播持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述方法的特征在于包含以下步驟 a)獲得￠1)第一對(duì)第一節(jié)點(diǎn)群組((A，B,D)，(B, C，D))，每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組包含所述對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)((A，B), (B, C))中的一對(duì)以及相應(yīng)的第三節(jié)點(diǎn)(D)，且每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組與三角形相關(guān)聯(lián)，所述三角形以所述第一、第二和第三節(jié)點(diǎn)作為頂點(diǎn)，同一第三節(jié)點(diǎn)(D)被所述第一節(jié)點(diǎn)群組共有； b)對(duì)于每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組，獲得(62) *在所述第三和第一節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第一傳播持續(xù)時(shí)間； *在所述第三和第二節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第二傳播持續(xù)時(shí)間； *分離所述第一和第二節(jié)點(diǎn)的預(yù)定的距離； c)估計(jì)￠3)所述水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每個(gè)第一節(jié)點(diǎn)群組獲得的第一和第ニ傳播持續(xù)時(shí)間以及預(yù)定的距離的函數(shù)，并且假定與所述第一對(duì)第一節(jié)點(diǎn)群組相關(guān)聯(lián)的所述兩個(gè)三角形的高度相等，所述高度穿過所述第三節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第一節(jié)點(diǎn)群組包含沿著所述第一聲學(xué)直線式天線布置的通用節(jié)點(diǎn)(B)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述估計(jì)所述水下聲速的步驟基于以下公式 其中 k指所述估計(jì)的水下聲速； AB指分離所述第一節(jié)點(diǎn)群組ABD的所述第一節(jié)點(diǎn)A和所述第二節(jié)點(diǎn)B的所述第一預(yù)定距離； BC指分離所述第一節(jié)點(diǎn)群組BCD的所述第一節(jié)點(diǎn)B和所述第二節(jié)點(diǎn)C的所述第一預(yù)定距離； tAD指在所述第一節(jié)點(diǎn)群組ABD的所述第三節(jié)點(diǎn)D和所述第一節(jié)點(diǎn)A之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第一傳播持續(xù)時(shí)間； Tcd指在所述第一節(jié)點(diǎn)群組BCD的所述第三節(jié)點(diǎn)D和所述第二節(jié)點(diǎn)C之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第二傳播持續(xù)時(shí)間；tBD指在所述第一節(jié)點(diǎn)群組ABD的所述第三節(jié)點(diǎn)D和所述第二節(jié)點(diǎn)B之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第二傳播持續(xù)時(shí)間或在所述第一節(jié)點(diǎn)群組BCD的所述第三節(jié)點(diǎn)D和所述第一節(jié)點(diǎn)B之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的所述第一傳播持續(xù)時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任ー權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述第二聲學(xué)直線式天線(32)與所述第一聲學(xué)直線式天線(31)相鄰。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任ー權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述步驟a)、b)和c)對(duì)于至少兩個(gè)第一對(duì)第一節(jié)點(diǎn)群組實(shí)行，允許獲得所述第一對(duì)中的每個(gè)對(duì)的所述聲速的第一估計(jì)， 并且特征在于所述方法包含確定所述水下聲速的最終估計(jì)的步驟，所述最終估計(jì)是所述第一估計(jì)的函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任ー權(quán)利要求所述的方法，所述方法的特征在于包含以下步 驟 a’ )獲得￠4)第二對(duì)第二節(jié)點(diǎn)群組((E，G，D)，(G，I，D))，每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組包含所述第三節(jié)點(diǎn)(D)以及沿著第三聲學(xué)直線式天線(33)布置的第四節(jié)點(diǎn)和第五節(jié)點(diǎn)，每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組與以所述第三、第四和第五節(jié)點(diǎn)作為頂點(diǎn)的三角形相關(guān)聯(lián)；b’ )對(duì)于每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組，獲得(65) *在所述第三節(jié)點(diǎn)和所述第四節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第三傳播持續(xù)時(shí)間； *在所述第三節(jié)點(diǎn)和所述第五節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第四傳播持續(xù)時(shí)間； *分離所述第四和第五節(jié)點(diǎn)的預(yù)定的距離； c’)估計(jì)￠6)水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每個(gè)第二節(jié)點(diǎn)群組獲得的第三和第四傳播持續(xù)時(shí)間以及所述第二預(yù)定距離的函數(shù)，并且假定與所述第二對(duì)第二節(jié)點(diǎn)群組相關(guān)聯(lián)的所述兩個(gè)三角形的高度相等，所述高度穿過所述第三節(jié)點(diǎn)； 特征在于所述步驟a)、b)和c)允許獲得所述水下聲速的第一估計(jì)且所述步驟a’ )、b’)和c’)允許獲得所述水下聲速的第二估計(jì)， 并且特征在于所述方法包含確定所述水下聲速的最終估計(jì)的步驟(66)，所述最終估計(jì)是所述第一和第二估計(jì)的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述步驟a’)、b’)和c’)對(duì)于至少兩個(gè)第二對(duì)第二節(jié)點(diǎn)群組實(shí)行，從而允許獲得所述第二對(duì)中的每個(gè)對(duì)的所述水下聲速的第二估計(jì)， 并且特征在于所述方法包含確定所述聲速的最終估計(jì)的步驟，所述最終估計(jì)是所述ー或多個(gè)第一估計(jì)以及所述第二估計(jì)的函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中任ー權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述第一(31)和第三(33)聲學(xué)直線式天線不放置于所述第二聲學(xué)直線式天線(32)的同一側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任ー權(quán)利要求所述的方法，特征在于所述方法是由屬于包含以下各者的群組的裝置(700)實(shí)施 -所述第三節(jié)點(diǎn)； _集中式系統(tǒng)。
11.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包含程序代碼指令，所述程序代碼指令用于當(dāng)所述程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求I至10中至少ー權(quán)利要求所述的方法。
12.—種存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)構(gòu)件，其包含可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行以實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求I至10中至少ー權(quán)利要求所述的方法的指令集。
13.ー種裝置(700)，其用于在沿著拖曳聲學(xué)直線式天線布置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速，且在所述網(wǎng)絡(luò)中在所述節(jié)點(diǎn)間傳輸多個(gè)聲學(xué)信號(hào)，所述裝置的特征在于其包含 -用于獲得兩個(gè)預(yù)定距離的構(gòu)件，所述距離各自分離沿著相同的第一聲學(xué)直線式天線放置的一對(duì)節(jié)點(diǎn)； -用于對(duì)于每對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)(A，B)獲得以下值的構(gòu)件 *在所述第一節(jié)點(diǎn)(A)和沿著第二聲學(xué)直線式天線放置的第三節(jié)點(diǎn)(D)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間；*在所述第二節(jié)點(diǎn)(B)和所述第三節(jié)點(diǎn)(D)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第二傳播持續(xù)時(shí)間； -用于估計(jì)所述水下聲速的構(gòu)件，所述水下聲速是對(duì)于每對(duì)節(jié)點(diǎn)獲得的所述兩個(gè)預(yù)定的距離和所述第一和第二傳播持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。
全文摘要
一種用于在沿著拖曳聲學(xué)直線式天線布置的聲學(xué)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中估計(jì)水下聲速的方法，且在所述網(wǎng)絡(luò)中在節(jié)點(diǎn)間傳輸多個(gè)聲學(xué)信號(hào)，所述方法包含以下步驟獲得兩個(gè)預(yù)定的距離，所述距離各自為沿著同一第一聲學(xué)直線式天線(31)放置的一對(duì)節(jié)點(diǎn)((A，B)，(B，C))的間距；對(duì)于每對(duì)第一和第二節(jié)點(diǎn)((A，B)，(B，C))，獲得在所述第一節(jié)點(diǎn)和沿著第二聲學(xué)直線式天線(32)放置的第三節(jié)點(diǎn)(D)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第一傳播持續(xù)時(shí)間及在所述第二節(jié)點(diǎn)和所述第三節(jié)點(diǎn)(D)之間傳輸?shù)穆晫W(xué)信號(hào)的第二傳播持續(xù)時(shí)間；以及估計(jì)所述水下聲速，所述水下聲速是對(duì)于每對(duì)節(jié)點(diǎn)獲得的所述兩個(gè)預(yù)定的距離及所述第一和第二傳播持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。
文檔編號(hào)G01H5/00GK102853896SQ20121021613
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者多米尼克·巴赫博, 克里斯托弗·賴何 申請(qǐng)人:瑟塞爾公司