[发明专利]一种水下多缆定位系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于海上地震勘探领域，具体涉及到海上地震勘探拖船牵引的多条拖缆的 定位系统及其方法。

背景技术

海洋油气资源和深海矿产资源的探测、开发和利用，已经引起世界各国的重视。 实现对海洋油气资源和深海矿产资源的开发利用，必须开发海洋资源勘探技术。随着 科学技术水平的不断提高，海洋石油勘探技术正向高精度、高分辨率方向发展，以期 找出更薄层和更小的油气构造。

地震法是迄今为止最为有效的油气勘探方法。为了降低成本、提高效率，地震波 数据采集的趋势是采用3M技术，即多缆、多船、多源。地震勘探对定位导航的要求 取决于地震资料处理时采用的面元的尺寸。根据地震资料处理的要求，可推导出在测 线纵向和横向的定位精度约为面元长度和宽度的四分之一。因此，对于高精度、高分 辨率的地震勘探，对拖缆的定位精度要求很高。如何实时准确和可靠地进行多缆地震 作业的定位导航，是海上多缆地震采集的一项关键技术。

一般情况下，使用差分GPS(DGPS)可以使主导航很容易得达到精度指标，但对 水下拖缆部分，由于干扰因素多，定位难度较大。

对拖缆的定位分为单缆和多缆两种。单缆地震作业中一般只用罗盘确定电缆的形 态，即在电缆上，隔一定距离安装罗经水鸟，罗经可以测出该处电缆的方位角，利用 已知距离，就可以根据主导航位置推出拖缆各处的形态。由于没有尾部浮标定位系统， 沿拖缆离船越远，定位误差越大。地震勘探中，由于多缆可以使用更多的定位装置， 为水下拖缆的高精度定位提供了可能。传统多缆定位原理：由GPS定出主船上GPS点 的位置；由GPS点坐标、电罗经测出方位及船上各点的相互关系(船参数)，推算出船 上各有关点的坐标；船上有关各点坐标及声学、激光系统推算出前网、中网及后网位 置；由各网位置及罗经鸟数据推算出拖缆上各点坐标。所用定位设备较多，操作复杂， 并且没有充分发挥某些定位手段的作用。

对于高精度、高分辨率的地震勘探，需要拖缆的定位精度更高。目前国内外一些 公司也在努力研究水下拖缆定位的新方法和开发相应的定位系统。例如：2005年8月 17日中华人民共和国国家知识产权局公开的专利CN1656390A“基于GPS的水下拖缆定 位系统”中，描述了一种由GPS定位确定拖缆前端和后端位置，再由声学定位来确定 拖缆上各段位置的拖缆定位方法。

发明内容

为了克服以上现有技术的不足，提高拖缆的定位精度，达到高精度、高分辨率的 地震勘探，本发明提供了一种水下多缆定位系统及其方法。本发明采用的拖缆定位系 统由位于水面拖缆船上的数据采集卡和主控机，以及由拖缆船拖曳的多条拖缆组成。 其中拖缆内装有包括声学换能器、测深计、罗盘的阵元以及数据传输包组成的数据传 输系统。主控机通过数据传输系统将定位指令发送给各个阵元，阵元通过本发明下面 介绍的方法测得需要的定位信息。随后将这些信息打包通过数据传输系统传回，由数 据采集卡采集数据送主控机处理。主控机通过本发明介绍的方法解算拖缆各段具体位 置。

本发明采用优化的声学阵形的水声定位，并结GPS浮标、罗盘、测深计对多缆进 行定位。在拖缆前、后两端布放GPS浮标，在拖缆各段布放包括声学换能器、罗盘、 测深计在内的阵元。首先由GPS确定每条拖缆前、后两端的大地坐标；之后通过测深 计测得拖缆各段的深度信息，通过声学定位初步解算出拖缆上各段相对于拖船航行方 向的横向和纵向坐标，保留横向坐标值；采用罗盘数据和声学定位所求得的横向坐标 值来重新算出拖缆上各段纵向坐标。

具体系统结构与测量解算方法如下：

所述系统包括：

一水面拖船和多条水下拖缆；一辅助金属支架，装于拖船后部，用于将拖缆展开。

其中，所述系统进一步包括：

所述全缆声学网络，是在每条拖缆前、后两端各布放一个定位浮标，拖缆后端的 定位浮标下布放的一个第一声学换能器阵元，在每条拖缆上，沿拖缆的前端到后端对 应地周期性布置多阶阵元，第一阶阵元依次布置一个第一声学换能器阵元和多个第二 声学换能器阵元，此后各阶阵元依次布置一个第三声学换能器阵元和多个第二声学换 能器阵元，用于对声学测时信息进行采集；所述第三声学换能器为收发合置换能器。

一数据传输系统；所述数据传输系统安装与阵元对应的数据传输包，用于将主控 机发送的指令传输给各阵元，及将各阵元采集到的定位信息传到船上的主控机处理。