Система для управления морскими сейсмическими исследованиями

 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано при морских сейсмических исследованиях с помощью буксируемых приемных устройств-. Цель изобретения - улучшение качества сейсмометрических данных путем минимизации уровня буксировочных шумов при буксировке группы из М пьезокос. Система содержит в бортовой части блок предсказания буксировочного шумообразования, блок вычисления плавучести, сумматор, логический блок, программатор режима и регулятор угловой скорости поворота судна. Режим управления по курсу судна и скорости выбираются с учетом минимизации уровня буксировочных шумов. 2 ИЛ. с б (Л

СОКИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 V 1 8

ЗГ». .

1) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4005386/31-25 (22) 07.01.86 (46) 23.02.88. Бюл. Ф 7 (71) Рязанский радиотехнический институт и Институт океанологии им. П.П.Ширшова (72) Л.И.Головина, В.В.Меер и Л.P.Ìåðêëèí (53) 550.83(088.8) (56) Патент США 9 4481611, кл. G 01 V 1/38, опублик. 1985, Патент США В 3525070, кл. G 01 V 1/38, опублик. 1972.

„„SU„„ II 376052 А 1 (54) СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОРСКИМИ

СЕЙСМИЧЕСКИМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ (57) Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано при морских сейсмических исследованиях с помощью буксируемых приемных устройств-. Цель изобретения — улучшение качества сейсмометрических данных путем минимизации уровня буксировочных шумов при буксировке группы из М пьезокос. Система содержит в бортовой части блок предсказания буксировочного шумообразования, блок вычисления плавучести, сумматор, логический блок, программатор режима и регулятор угловой скоро- а сти поворота судна. Режим управления по курсу судна и скорости выбираются с учетом минимизации уровня буксировочных шумов. 2 ил. С."

1376052

Изобретение относится к технической физике, в частности к геофизическому приборостроению, и может быть использована при морских сейсмичес-.

5 скнх исследованиях с помощью буксируемых приемных устройств, а именно аналоговых и цифровых сейсмометрических кос с пьезоэлектрическим гидрофоном и датчиками глубины погружения. 10

Цель изобретения — повышение качества сейсмометрических данных путем минимизации уровня буксировочных шумов при буксировке группы N пьезокос. 15

На фиг.1 изображена функциональная схема системьц на фиг.2 — диаграмма геометрических соотношений для буксируемой системы.

Система содержит в буксируемой 20 части сейсмаисточник 1 упругих волн давления, а также группу (М=З) сейсмометрических пьезокас 2 — 4, состоящих из отдельных идентичных секций, границы которых условно обозначены 25 положением глубинных датчиков 5 — 13 типа приемников гидростатическога давления и гидрофонйых пьезоэлектрических датчиков волны первого вступления. В датчики 5 "- 13 входят иэ- 30 вестные электронные узлы первичнага преобразования,усиления) и временного уплотнения реабраэаванных сигчалов. 1.ервая сеь .,ия центральна-. сейсмокосы оснащена динамаметрическям 35 датчиком 14 напряжения, выпэлненным, например„ на основе пьезоэлектрического япи пьеэорезистивнога прибора с интерфейсам оцифровки. Инфармацианньш патах с датчиков 5 — 13 па сбор- 40 наму кабелю 15 поступает в бортовую часть 16 систжлы. Бортовая часть системы содержит группу временньи детекторов 17 первых вступлений типа усилителей-ограничителей, вычислитель

18 геометрия буксируемых пьезакос 2—

4 вычислитель 19 плав-,÷åñòÿ центральной буксируемой коси в группе, накопитель 20 сейсмических данных, дополненных данными. а положении сейсмокос и данными о текущем местаполокении судна, а также блок 21 предсказания буксировочного шумообразавания, сумматор 22, логический блок 23, программатор 24 режима движения, кор- 5, ректор 25 скорости, корректор 26 курса распределитель 27 команд, регулятор 28 угловой скорости поворота суд= на, блок 29 управления скоростью хода судна, авторулевую машину 30,: лак

31 управления моментам ваэбужденн.= сейсмаистачника, гирокомпас 32, лаг

33, датчик 34 текущего местоположения судна, вычислитель 35 текущего местоположения судна.

Для ввода сигналов в блок 29 управления скоростью хода, в блок 31 возбуждения сейсмаистачника и авторулевую машину 30 используются пер- . вый 36, третий 37 и второй 38 блоки интерфейса. Для ввода сигналов гирокомпаса 32, лага 33 и датчики 34 местоположения судна используют четвертый 39, пятый 40 и шестой 41 блоки интерфейса.

Вычислитель 18 геометрия, блок

21 предсказания буксировочного шумаабразавания,вычислитель 19 плавучести, сумматор 22 могут быть выполнены, например, в виде мини-3BN или специализированного микропроцессорного устройства.

Корректоры скорости я курса представляют собой микропроцессорные устройства, запрограммированные на вычисление оптимальных величин корректуры скорости и курса, используя уравнения стационарной конфигурации буксируемого кабеля одним иэ численных методов, например методом РунгеКутта. Логический блок 23 выполнен в виде регистров ввода я .. равнения кодов двоична --.исел, "". пра; рамматар

24 режима в виде регистров хранения кодов с внешней клавиатурой для ввода значений допустимого отклонения буксируемой с«лстемы ат линни профиля ,дУ,,„, а также предельных уровней .

НГ буксировочных шу 1ав Ф, д и, Ф,, Распределитель 27 команд выполнен в виде двухвхадавага тpezнaправленнага цифравага каммутатара с зременньм разделением <аналав, Блоки 39 —. 41 жг«ерфейса д -:. глроКо:;ù o, лай а и дт-тд< теку«щ-:-.га мес тапалаже".-.=.::.ч,на«л:..имер йазавой

I радианавигацианнай системы) соответственна пр:-=дставляют собой преабра-.oв" тели угол — кс;:., кадяруюг.ие уг-.«а-;;. е полажение пеп. ьте po-, -,-л«л де-i o—

Злаки 6 и 37 интерфейса преобразования ц фвавай,"-;: ф:" "ъ;«а7 яи в аняло

r oxeye pëÿ и-..полнительных у. трайств блока управления скоростью хада и авторулевой маьияь1 представ.;",ют собой цифра-налагавы:- -.«реабраза".атели.

1376052 маемое гидрофонами как HH9KO÷àñòîòные сейсмосигналы, а в действительности — буксировочные шумы. Уровень этих шумов различен в зависимости от скорости хода, а его прямой анализ в реальном времени при большой пропускной способности (большой канальности буксируемой части) вообще трудно выполним. Поэтому в систему (фиг.1) введен блок 21 предсказания. буксиро-. вочного шумообраэования, действующий не на основе данных о йсевдозвуковом давлении, а о пространственных эволюциях кос, порождающих такое давление и буксировочный шум. Для его снижения система путем коррекции скорости хода судна по данным о глубине погружения секции и вычисленной плавучести кос определяет оптимальную скорость движения судна и путем коррекции судна по данным о пространственном расположении секции и вычисленном среднем угле отклонения системы буксируемых кос относительно линии движения определяет оптимальный курс, при котором система буксируемых кос располагается вдоль линии движения судна,. т.е. условия обтекания системы кос водным потоком максимально приблнже ны к случаю соосной буксировки и шумообразование минимально.

Детекторы 17 первых вступлений фиксируют время й1 распространения прямой волны от источника l до i-ro сейсмоприемника с помощью измерителей временных интервалов в каждом канале.

Эти результаты и данные о глубине погружения секций косы используются вычислителем 18 геометрии К0с для определения конфигурации кос в пространстве посредством решения систе- мы уравнений

Кс (Х к ° Х,) (к; к Rg "к1 с

Кроме того, для цен.тральной косы жгаисляются угол. наклОна р; и угол отклонейия 4 (фиг.2):

Блок 38 интерфейса представляет собой управляемый делитель частоты, Вычислитель 35 текущего положения судна выполнен, например, на базе мини-ЭВМ ЕС1010 или эквивалентно5 го ей о функциям микропрограммного устройства для совместной обработки данных гирокомпаса, для определения счислимых координат судна и радио- 10 навигационной системы в качестве элементов обсервации. Накопитель 20 данных сейсмометрии, геометрии буксируемой части системы и текущего местоположения судна выполнен, как и в известной системе, в виде устройства усиления, кодирования, уплотнения и сбора на магнитном носителе выборок сейсмосигнала в цифровой форме, снабженного заполненными 20 данными о текущем местоположении судна и цифровыми данными о геометрии буксируемой системы в момент приема. Известен также вариант выполнения накопителя 20 в виде циф- 25 ровой сейсмостанции с накопителем данных о геометрии и местоположении судна на общем магнитном накопителе.

Система работает следующим образом. 30

Буксируемая часть системы в реальных условиях сейсмометрических исследований может попадать в области локальных изменений температуры и солености морской воды, слойных течений или же в условиях, когда не-.

35 обходимо маневрирование, В этих случаях пространственное положение косы в горизонтальной и вертикальной плоскостях таково, что возникает не 40 только касательная, но и ортогональная составляющая буксировочного водного давления на секции косы, в итоге порождается эквивалентное псевдозвуковое избыточное давление, воспряни- 45 где Х a 7 к, . Е к,,э к,в к -1 трехмерные координаты i a (i-l) секций К сейсмокосы; Д вЂ” расстояние между соседчими секциями;

1, — скорость распространения сейсмической волны.,а ° 1 1 - Z y, -" агсз п — — — Д Э

3376052

Y. Yi а« " Х вЂ” Х

1 - 1 (Х „- Х1„) + (Y,„)" 4 (11 1п ) Э + (Z,„- Z„„) D

25 ф = I< sin ;1

Вычисленные координаты d;, р; сек- 10 ций центральной косы с выхода 42 вычислителя геометрии поступают в вычислитель плавучести косы, в котором по известным уравнениям стационарной конфигурации взвешенной в жид- 15 кости нити вычисляется плавучесть Ю косы и зтн же данные поступают в блок предсказания шумообразования, определяющий факторы шума, обусловленные негоризонтальностью сейсмокосы Ф и отклонением косы от линии движения судна Ф и

Ф =Х, csin

1-1 где Х,, Е, — весовые коэффициенты, зависящие от скорости движения судна и конструкции косы ° информация 11 « р „ с выхода 43 вы числителя геометрии подается в сумматор, который вычисляет суммарное отклонение буксируемой части от линии профиля с учетом сноса судна-буксира 4 Y. ьКс + 47

Логический блок сравнивает вычисленньк факторы шума Ф"„., Ф „и dY на сигнальных входах 44 — 46 с предельно допустимыми величинами, задаваемыми с помощью программатора режима по установочным входам 47 — 49, . и выдает управляющие сигналы

50 на выходы 5I — 52 блока 2 .

Управляющие сигналы С1 - СЗ поступают в корректоры скорости и курса судна. Вычислительное устройство корректора скорости по управляющему сигналу C) по данным о .скорости судна и с учетом плавучести ы определяет оптимальную скорость движения судна расстояние между концами соседних сейсмокос решением уравнений стационарной конфигурации кабеля, при которой суммарное шумообразование, обусловленное негоризонтальностью расположения сейсмического кабеля и скоростью движения ф" + ф = пп .и, 1 где Ф„= В V>.

Код коррекции скорости 4U=V -7 подается через распределитель команд, осуществляющий поочередное прохождение управляющих сигналов в блок уп- .— равления скоростью движения судна V и в блок 31 управления источником через соответствующие блоки интерфейса для яреобразования цифровой информации в аналоговую.

Следящий привод блока 29 управления скоростью хода обеспечивает изменение скорости движения судна изменением шага винта или частоты вращения главного двигателя.

После коррекции скорости судна по сигналу С2 выччслительное устройство корректора курса с учетом скорости движения судна и плавучести косы для

t различных значений корректор курса

4К путем решения систем уравнений пространственной конфигурации для центральной косы с различными начальными условиями в точке крепления ее к судну

5 / о=О =4К1 fJ (C-=О = / 1) где p., — угол наклона косы в вертикальной плоскости, выбирает о тимальную корректуру курса, при которси буксируемая часть чаименьшим образом отклоняется от линчи движения судна, Ы

-.е, когда P Ä, =æin. Суднс на данном участке переходит на новый близкий профиль ввиду невозможности получения качественных результатов на заданном про филе .

В накопителе сейсмическ -;х данных регистрируется новый сксрректированньй курс е

В случае значительной величины параллельного сноса буксируемой части по счгналу СЗ корректора курса К

1376052 выдается в распределитель команд в виде dK = С ф a Y, где С вЂ” угловой коэффициент, определяющий угол выхода судна на линию профиля, и судно затем возвращается на заданный проФиль. . При этом для павьппения плавности движения судна-буксира при совершении маневра и исключения повреждения буксируемых кабелей скорость поворота адаптирована к скорости движения судна и величине расхождений сейсмакос.

Здесь управляющий код коррекции курса подается на авторулевой через регулятор угловой скорости поворота судна, представляющий собой цифровой интегратор„ обеспечивающий линейное нарастание управляющего кода 2О до своего установившегося значения со скоростью

Ы— г

К,„, К D где К, К вЂ” коэффициенты пропорциа25 нальности, устанавливаемые эмпирическим путем;

V D — скорость судна и величина расхождения соседних пьезокос, поступающие.на входы 53 и 54 регулятора угловой скорости с блока интерфейса скорости и с выхода вычислителя геометрии са- 35 ответственно.

Восстановление данных о профиле и пути судна са взаимной привязкой сейсмометрических данных производится при последующем выводе массивов с накопителя и интерпретационном мон таже сейсморазреза.

Полезный эффект в системе достигается за счет того, чта управление режимом движения судном и процессом сейсмометрических исследований ведется на основе анализа данньж о прогнозируемом буксировочном шумоабразавании, связанном с геометрией буксируемой системы. 50

При большом уровне буксировочных шумов, обусловленных негаризонтальностью системы сейсмокос ф ", вычислительное устройство корректора скорости определяет оптимальную кор- 55 ректуру скорости ьЧ, при которой искривление буксируемой системы в вертикальной плоскости минтыально.

При значительном искривлении бук- сируемой системы кос в горизонтальной плоскости и возрастании связанного с этим буксировочного шумообразования ф вычислительное устрайЫ ство корректора курса определяет оптимальную корректуру курса дК для перехода на новый курс, где условия обтекания кабеля максимально приближены к соосному. Кроме того, судно-буксир совершает маневры для перехода на новый курс как с целью снижения буксировочных шумов, так и с целью возврата на линию профиля с угловой скоростью поворота, адаптированной к скорости движения судна и величине расхождения соседних сейсмаметрических кос, чта дополнительно снижает уровень буксировочных шумов .

Таким образом, в системе обеспечивается минимальный уровень буксировочных шумов и достигается повьппение качества сейсмических данных, т.е. повьппение соотношения сигнал/шум.

Формула изобретения

Система для управления морскими сейсмическими исследованиями, содержащая в буксируемаи части источник сейсмэсигналав, па меньшей мере одну пьезасейсмометрическую косу или эквивалентную ей па числу каналов группу пьезасейсмаметрических кас, оснащенных датчиками глубины погружения н датчиками волны первого вступления, а в бортовой части — накопитель измерительных данных, группу детекторов времени первого вступления и вычислитель геометрии буксируемой части системы, подключенный своими входами к выходам соответствующих детекторов и датчиков глубины, а первым, вторым и третьим выходами электрически связанный с корректором курса судна, корректором скорости его хода и с первым входом накопителя, причем выходы корректоров подключены к первому и второму входам распределителя команд, первый и второй выходы которого соединены через первый и второй блоки интерфейса с входами блока управления скоростью хода судна и входом блока возбуждения сейсмоисточника, а третий выход распределителя команд электрически связан через третий блок интерфейса с входом авторулевой машины, а также датчик

13760 местоположения судна, гирокомдас и лаг, соединенные своими выходами через четвертый, пятый и шестой блоки интерфейса с соответствующими входами вычислителя текущего местополо5 жения, выход которого подключен к второму входу. накопителя данных, третий вход которого подключен к сигнальным выходам группы пьеэометрическихкос, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества сейсмометрических данных путем минижзации уровня. буксировочных шумов, она содержит в буксируемой части динамометрнческий датчик буксировочно-. го натяжения по меньшей мере одной или центральной в группе пьезосейсмометрической косы, а в бортовой части — сумматор н блок предсказания щ буксировочного шумообраэования, своими выходами подключенные к сигнальным входам логического блоке, установочные входы которого подключены к выходам программатора Режима движения, н регулятор угловой скорости поворота судна, причем выход шестого блока интерфейса подключен к первым входам регулятора угловой скорости, корректора курса, корректора скорости и блока вычисления плавучести, 52 1О причем выходы логического блока подключены соответственно к второму и третьему входу корректора курса и.к второму входу корректора скорости, а четвертый вход корректора курса.и третий вход корректора скорости подкхпочены к выходу блока вычисления плавучести, второй и третий входы которого соответственно подключены к выходу динамометрического датчика и соответственно с входом блока предсказания буксировочного шумообразования и первым входом накопителя к третьему выходу вычислителя геометрии буксируемой части, при этом электрическая связь корректора курса с вычислителем геометрии выполнена посредством подключения его второго выхода к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу вычислителя текущего местоположения, а электрическая связь третьего блока интерфейса с распределителем команд выполнена посредством подключения его выхода к второму входу регулятора скорости, третий вход и выход которого соответственно подключены к первому выходу вычислителя геометрии и входу третьего блока интерфейса.

1376052

Составитель Н.Журавлева

Редактор Н.Бобкова Техред N.подади„ Корректор N.Пожо

Заказ 784/46 Тираж 522 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород,ул.Проектная,4.