[发明专利]一种基于声学测距和多波束地形的OBS精确定位方法

说明书

本发明公开了一种基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，首先在OBS投放点有效范围内利用声通讯机对OBS进行测距；不考虑声速剖面时，通过OBS到测距点的斜距与旅行时之间的关系构建非线性方程组，利用牛顿迭代算法求解方程组获得OBS坐底位置；考虑声速剖面时，对OBS投放点附近的多波束海底地形进行网格化，根据声速剖面利用射线追踪方法计算各网格点到测距点之间的计算旅行时并构建OBS与各个测距点计算旅行时与观测旅行时的残差方程组；利用网格搜索方法求解残差方程组的最优解，即为OBS的坐底位置。本发明方法具有操作简单，节省船时和计算准确的特点，实现了自由落体投放的OBS海底精确定位。

技术领域

本发明属于海底地震观测技术领域，涉及一种基于声学测距和多波束地形的海底地震仪(OBS)精确定位方法。

背景技术

海底被动源地震观测技术是通过在海底布设OBS台站的长期观测，利用其接收的天然地震信号来对大洋中脊构造和岩浆活动进行研究。一般情况下，OBS都是采用自由落体的方式投放到海底，由于海流的影响，导致OBS的坐底位置与投放的位置存在一定的偏差。OBS位置的偏差将会直接导致地震定位的结果误差增大，因此在地震数据处理前需要进行OBS位置校正。对于主动源海底地震实验，可以通过气枪(或者电火花)放炮的方式进行位置校正。然而对于被动源地震观测实验，由于船时和经费的限制往往不会进行主动源的放炮作业，OBS位置通常得不到较好的校正。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于声通讯机对OBS的水声测距结果，结合声速剖面和多波束地形资料，对OBS坐底位置进行精确定位的方法。其原理是通过测距点与OBS之间的计算旅行时与观测旅行时的残差最小来求解OBS实际坐底位置。该方法利用较短的船时和用来释放OBS的声通讯机的测距功能就可对研究区的多台OBS进行同时定位，具有较好的应用效果。

本发明通过以下技术方案得以实现：一种基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，该方法包括如下步骤：

(1)在OBS投放点(x₀，y₀，z₀)有效范围内的n(n≥3)个海面测距点(x₁，y₁，z₁；x₂，y₂，z₂；x₃，y₃，z₃；...；x_n，y_n，z_n)，利用声通讯机对OBS进行声学测距，获得对应的测距结果为d₁，d₂，d₃，...，d_n，单位m；

(2)根据OBS投放海域是否有声速剖面资料分为两种情形考虑：第一种情形，不考虑声速剖面数据；第二种情形，考虑声速剖面数据；

(3)对第一种情形，根据平均声速为1500m/s，最短声波射线沿直线传播，在测距点中任意取3个测距点并结合多波束海底地形数据，通过OBS到测距点的斜距与旅行时之间的关系，构建多元非线性方程组如下：

其中(x，y，z)是OBS坐底坐标，由于OBS位于海底，故方程组的解满足多波束海底地形z＝g(x，y)；

(4)以OBS投放点坐标(x₀，y₀，z₀)作为初始值，利用牛顿迭代算法求解方程组(1)，获得近似解(x_m，y_m，z_m)，n组测距数据可获得组方程的近似解，从而得到OBS坐底位置的最优解；