专利名称：管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的领域是地球物理数据的采集。本发明处理用于研究海床和其沉积层属性所需的设备。更具体地说，本发明关于一种用于管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的技术。本发明尤其可应用于使用地震方法的石油勘探工程(海洋石油勘探)，但是本发明对于需要在海洋环境中执行地球物理数据采集系统的任何其他领域也是所关注的。
背景技术：
更特别地在下文中，将试图描述存在于石油勘探工程的地震数据采集领域中的问题。当然，本发明不限于这个特定的应用领域，而是其对于任何需要解决密切相关或相似争端和问题的技术都是所关注的。在现场采集地震数据的操作传统上使用传感器网络(就在海洋环境中采集数据而言，以下指定为“水听器”)。水听器沿着电缆布置，以便形成声学线天线，通常称为“拖缆”或“地震拖缆”。如图1所示，地震拖缆20a到20e的网络由地震勘探船21拖曳。水听器在图2中用16标记，图2详细描述了图1中用C标记的模块(S卩，标记为20a的拖缆的一部分)。地震方法基于对反射地震波的分析。因此，为了在海洋环境中收集地球物理数据，激活一个或多个水下震源，以传播全向地震波列。由震源产生的压力波穿过水柱并且声穿透海床的不同层。之后，由沿地震拖缆长度分布的水听器来检测部分反射地震波(即，声信号)。处理这些声信号 ，并且采用遥测技术将这些声信号从地震拖缆重新发送到位于地震勘探船的操作员站，在此执行原始数据的处理。在这方面一个众所周知的问题是地震拖缆的定位。确实，精确定位拖缆是重要的，尤其是对于: 监测(沿地震拖缆分布的)水听器的位置，以便在勘探区获得海床图像的令人满意的精度；.检测拖缆之间的相对运动(拖缆经常受到幅度可变的各种外部自然约束，例如风、波浪、潮流)；以及.监测拖缆的导航，尤其是绕过障碍物(例如油驳)的情况下。实际上，目的是在关心的区域，以最少数量的船航道来进行海床的分析。出于这样的目的，在声学网络中应用的拖缆数量大幅增加。因此，前面提到的拖缆定位问题尤其明显，特别是考虑到拖缆的长度，例如其可在6到15千米之间变化。拖缆位置的控制在于导航控制装置的实现，该导航控制装置通常被称作“探测器(bird)”(图1中用10标记的白色方块)。它们沿着地震拖缆以固定的间隔(例如每300米)安装。这些探测器的功能是在施缆之间引导它们。也就是说，探测器用于控制拖缆的深度以及侧位。出于这样的目的，以及由图2所示，每个探测器10包括主体11，该主体装配有电动旋翼12(或更普遍的机械运动装置)，以使得横向调整它们拖缆之间的位置(这称为水平驱动)以及驱动拖缆浸入水中(这称为垂直驱动)成为可能。声节点沿着拖缆分布，以执行地震拖缆的定位(允许由探测器精确水平驱动拖缆)。在图1和2中，这些声学点用阴影线的方块表示，标记为14。如图1所示，网络的一些声节点14与探测器10相关联(图2的情况)，而其他节点没有与探测器相关联。声节点14使用水下声学通信装置，此后称为电声换能器，能够估计声节点之间的距离(此后命名为“节点间距离”)。更具体地说，这些换能器为声信号的发送器和接收器，其可用于根据这两个节点之间测量的声信号传播持续时间(即，声信号从发送器节点到接收器节点的行程时间)，来估计分隔位于两个不同拖缆(其可相邻或不相邻)的两个声节点(分别作为发送器节点和接收器节点)的节点间距离。由声学网络，这从而形成允许获知所有拖缆的精确水平定位的节点间距离网格。可以理解，这里的换能器意味着要么是单一的电声装置，由声信号的收发器(发射器/接收器)构成，要么是发送装置(例如，声音发射器)和接收装置(例如，质点压力传感器(水听器)或质点运动传感器(加速度计，地震检波器......))的结合。通常，每个声节点包括电声换能器，使得其能够交替地作为发送器节点和接收器节点(分别用于传送和接收声信号)。在一替代实施例中，第一组节点仅作为发送器节点，第二组节点仅作为接收器节点。第三组节点(每个交替作为发送器节点和接收器节点)还可与第一和第二组节点结合使用。在两个节点A和B之间的节点间距离(Iab通常可基于下述公式来估计=c.tAB，其中:.节点A作为发送器节点，其发射声信号S到作为接收器节点的节点B(见图1中示例，在节点标记A和B之间，声信号S以箭头示出)；.tAB,为从发送器节点A传送到接收器节点B (假设接收器节点和发送器节点是同步的)的声信号在发射时刻和接收时刻之间所消耗的传播持续时间(行程时间)；以及.C，为声信号的“测量的”或“估计的”声速(sound speed)(也可称作声速度(soundvelocity))值。可进行节点间距离的计算，要么通过导航系统(用来定位水听器组)，要么通过节点管理系统(用来将有用信息提供给探测器用于水平驱动)，要么通过声节点自身(其配备了用于该计算的电子设备的情况下)。通过位于拖缆内的有线通信总线，由节点管理系统进一步同步声节点。在已知的现有技术中，声学节点网络通过预定的布局(也称为节点网络几何形状)定义，其自身例如通过声学节点之间的预定水平距离以及每个声学节点的预定浸入深度(即该预定的布局是预先设定的声学节点网格，每个节点具有沿一条拖缆的预定位置以及具有预定浸入深度)定义。但是这并没有考虑声学节点网络预期的声学性能以及该整体策略(就网络中的发送信号等级，信号处理工具，节点激励策略...而言)并没有考虑环境特性(其影响声学信道传播特性)。这些已知技术的主要缺点是在地震勘探前(即在准备进行勘探时)或在地震勘探过程中，为了量化网络的声学性能(例如，为了预测实际的网络声学性能相对于期望的网络声学性能的衰减)，没有考虑环境特性(也称为环境条件)。更不用说，当没有获得预期的声学性能时(该性能并不受信道特性约束)，没有就布局的改变(在勘探之前)或节点网络参数的任何调整提出建议。遗憾的是，实际上，由于进行地震勘探的区域的环境条件(声速剖面，浅底(sub-bottom)层的海深测量(bathymetty)和性质)会改变声音的声学路径，因此很难获得预期的声学性能。特别地，在已知技术中，假设速度c在垂直面中是恒定的。然而实际上却不会是这种情况。在海洋中声速通常取决于海水的温度、压力和(尤其是)含盐度，并且因此总是取决于所考虑的深度(z);在那种情形下我们讨论声速剖面(SSP)。根据进行地震勘探的区域的声速剖面(SSP)形状，声音并不必然沿着直线(如前面描述的节点间距离估计公式所假设的那样)，而是由于折射现象(根据斯涅尔笛卡尔定律(Snell Descartes laws))而沿着弯曲的射线路径(ray paths)。实际上，由于声速的变化以及更精确地说由于声速梯度，在非均勻介质中声线可以是弯曲(被折射)的。声音的波阵面(wavefronts)折射到声速较低的层，如果声速变化快则折射会更加显著。图3到7说明了信道中声速梯度的影响。对于这些图中的每一个，左侧部分描述的是声速剖面并且右侧部分描述的是相应的射线路径，利用射线路径追踪方法对于10°孔径发射(图3到6)或6°孔径发射(图7)和300米的距离获得这些图。这些图使得能够对声音在三种介质中所遵循的射线路径进行比较。如这些图左侧部分所示，第一介质(图5)是具有恒定声速的50米深度的水体，第二介质(图3和4)是由50米深度水体构成并且以恒定梯度方式在25米深度具有最小声速，以及第三介质(图6和7)是由50米深度水柱构成并且有10米深的混合层(恒定声速)、以恒定梯度方式在25米深度具有最小声速。如这些图右侧部分所示，源(发送器节点)的深度在图3和5中是25米，在图4中是30米以及在图6和7中是15米。声音在第一介质中将遵循直线路径(图5)，以及在第二介质和第三介质中，根据深度将遵循强烈弯曲的路径(图3、4、6和7)。我们可以注意到在图3和4中，如果接收器节点是30米深，那么发送器节点和接收器节点之间存在直接的弯曲路径。相反，在图6中，如果接收器节点是15米深，那么发送器节点和接收器节点之间不存在直接路径，而仅仅存在水面反射路径。以及在图7中，如果接收器节点是15米深，那么发送器节点和接收器节点之间根本不存在任何路径(假设6°孔径)。图8描述了图7中信道的传送损失的示例。更准确地说，图8的右侧示出的是与不同传送损失值(以分贝(dB)为单位)相关联的独特代码(在图8的左侧使用)。图8的左侧给出了对每个点计算出的传送损失值，对应于距发送器节点的由深度和水平距离所定义的接收位置。图8的左侧示出了两个主要区域:阴影区81，包含一些点，对于这些点中的每一个，发送器节点与该点之间不存在路径(图中的白色区域)，和接收区，包含一些点，对于这些点中的每一个发送器节点与该点之间存在路径(图中的灰度区域)如上所述，由于根据声速剖面(其是进行地震勘探的区域的一个环境特性)而改变声音声学路径(被折射)，因此很难获得声学节点网络的预期的声学性能。实际上，由于发送器节点与接收器节点(根据预先设定的布局放置)之间没有直接的直线路径，而是直接的弯曲路径(参见图3和4)，反射路径(参见图6)，或者根本没有路径(参见图7)，因此，实际的声学性能可能与预期的声学性能不同。而且，如果所考虑的两个节点A和B不在相同的深度，那么从节点A到节点B的射线路径可能与从节点B到节点A的射线路径不同并且因此取决于信号路线传播时间也可能不同。当路径是弯曲的时，沿着该路径的距离将比直线情形中的距离更重要。因此，假设声速剖面是恒定的，利用经典公式(dAB = c.所获得的节点间距离将会是被高估的，也就是说缺乏定位精度或定位结果(基于利用多个声学节点对获得的节点间距离进行拖缆定位)有偏差。当路径被反射时，如果没有识别出这种情况，节点之间的距离可能潜在地被大大高估了。而且，反射路径(尤其是在底部反射的情形中)通常是大大衰减的，从而减小接收器节点处的信号/刴声比并且可以影响接收信号与发送信号之间的相关性。在暖洋区域，典型的声速剖面具有与水柱的三个层相对应的三部分:表层(混合层)，主温跃层和深海等温层。混合层可以是几米厚，但是也可以延伸到几十米(取决于季节，日照，海况，水流...)。混合层在较冷的海域会消失。混合层中的声速几乎是恒定的，但主温跃层和深海等温层中的声速却不是恒定的。地震数据采集领域的倾向是增加拖缆的深度，可以将拖缆(和声学节点)放置在混合层之下(并且因此位于主温跃层中)并且因此增加了折射现象。声学节点网络的实际声学性能通常不是期望的声学性能还因为，取决于海深测量，海底反射路径能到达具有或多或少重要时间差的接收器节点，并且底部反射路径的幅度将直接取决于进行地震勘探区域的类型(沙，泥，岩石...)和不同浅底层中的沉积层厚度。而且，在非常浅水的条件下，底部反射回波(路径)可以是非常强的(取决于浅底特性)并且与直接路径相比具有小的时间差。这会阻碍直接路径的检测和定年代。在至少一个实施例中，本发明的目的尤其是克服现有技术中的这些不同缺点。更具体地，本发明至少一个实施例的目的是提供管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的技术。本发明至少一个实施例的另一个目的是提供这样类型的技术，其可以在勘探之前和/或勘探过程中优化声学节点网络的声学性能。本发明至少一个实施例还有一个目的是提供这样类型的技术，其易于实施且成本较少。
发明内容
本发明的特定实施例提出了一种用于管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的方法，该声学节点网络适合于确定允许定位声学线天线的节点间距离，其特征在于该方法包括以下步骤:-获取所确定的声学节点网络布局；-获取与利用声学节点网络执行勘探的区域相关的至少一种海洋环境特性；-使用声音传播模型、至少一种海洋环境特性和所确定的布局，量化声学节点网络的声学性能。该特定实施例依托于全新的和独创性的方法，因为其在对声学节点网络的声学性能的管理中考虑了(勘探执行区域的)环境特性。根据特定的特征，所确定的布局至少通过所确定的声学节点之间的水平距离和所确定的每个声学节点的浸入深度来定义。还可通过另外的参数来定义该布局。根据特定的特征,对于至少一个给定的包括发送器节点和接收器节点的节点对，量化声学性能的步骤包括以下步骤:-利用所述声音传播模型并获知:*发送器节点和接收器节点的浸入深度，*发送器节点与接收器节点之间的水平距离，以及*至少一种海洋环境特性，其至少包括水下声学信道的声速剖面估计，估计通过给定节点对的发送器节点与接收器节点之间的水下声学信道的声学信号的传播特性；。-根据传播特性估计步骤的至少一个结果，将声学性能值与给定的节点对进行关联。具体来说，由于声学性能值比阈值(预定灵敏度)低或高或相等，因此该值例如是“差的”或“可容忍的”。进行性能量化的节点对数量越多，网络的声学性能量化得越好。根据特定的特征，传播特性估计步骤的至少一个结果所属的组包括:-与给定节点对的发送器节点与接收器节点之间存在的至少一条路径的类型相关的第一条信息；-与给定节点对的发送器节点与接收器节点之间存在的至少一条路径的幅度相关的第二条信息；以及-与多路径相关失真率相关的第三条信息。也可以使用这些信息中的一条或全部，以及甚至其它信息。根据特定的特征，该至少一种海洋环境特性所属的组包括:-取决于深度的声速剖面；-海深特征；-浅底特性。也可以使用这些环境特性中的一种或全部，以及甚至其它环境特性。根据特定的特征，使用至少一种方法实施获取至少一种海洋环境特性的步骤，所述方法所属的组包括:-访问(consult)至少一个数据库的方法；-使用测量装置和/或声学方法，进行直接测量的方法；以及-使用反演过程，进行间接测量的方法。根据特定的特征，该方法包括根据量化步骤的至少一个结果，改进声学节点网络声学性能的步骤。因此，在进行量化之后，可以执行其以改进声学节点网络声学性能。根据特定的特征，改进声学性能的步骤考虑与至少一个给定节点对相关联的声学性能值。
在第一实施例中，改进声学节点网络声学性能的步骤包括根据量化步骤的至少一个结果改变所确定布局的步骤。我们假设第一实施例中的布局可被改变。根据第一实施例的特定特征，在勘探之前执行该方法。实际上，在勘探之前改变布局是较容易的。在第二实施例中，改进声学节点网络声学性能的步骤包括根据量化步骤的结果调整声学节点网络的至少一个参数而不改变确定的布局的步骤。当布局不能被改变时，该第二实施例就特别适用。但是，可以将第一和第二实施例结合起来，即可以改变布局并调整声学节点网络的一个或多个其它参数。根据第二实施例的特定特征，声学节点网络的至少一个参数所属的组包括:-声学节点发射的声学信号的发射等级；-声学节点发射的声学信号的特性；-声学节点执行的时间和/或频率共享方法，对声学循环时间时间有影响；-声学节点执行的对接收到的声学信号进行处理的信号处理方法。可以使用这些环境特性中的任一个、几个或全部，以及甚至其他环境特性。根据第二实施例的特定特征，在勘探期间执行该方法。实际上，在勘探过程中改变布局是很困难的。在另一实施例中，本发明涉及计算机程序产品，包括当在计算机或处理器中执行所述程序时，执行上述方法(在它的任何不同实施例中)的程序代码指令。在另一实施例中，本发明涉及用于存储程序的非暂态计算机可读载体介质，当计算机或处理器执行该程序时，使得计算机或处理器执行上述方法(在它的任何不同实施例中)。在另一实施例中，本发明提出了一种用于管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的装置，该声学节点网络适合于确定允许定位声学线天线的节点间距离。该装置包括:-用于获取声学节点网络的所确定的布局的装置；-用于获取与利用声学节点网络执行勘探的区域相关的至少一种海洋环境特性的装置；-用于使用声音传播模型、至少一种海洋环境特性和所确定的布局，量化声学节点网络的声学性能的装置。
根据接下来通过示意性的并且非详尽的例子以及通过附图给出的描述，本发明实施例的其它特征和优点将会显现，其中:-图1描述了地震勘探船拖曳的地震拖缆网络的例子，已经参考现有技术描述过了 ；-图2详细说明了图1中附图标记C(即拖缆的一部分)表示的方框，已经参考现有技术描述过了；-图3到7中的每一个描述了声速剖面(图的左侧部分)和相应的射线路径(图的右侧部分)，已经参考现有技术描述过了 ；-图8描述了图7中信道的传送损失的示例，已经参考现有技术描述过了；-图9是根据本发明的方法的特定实施例的流程图；-图10描述了声速剖面(图的左侧部分)和相应的射线路径(图的右侧部分)的另一示例，其与图6的不同仅仅在于已将300米距离变成150米距离；-图11和12的每一个描述了声速剖面(图的左侧部分)，相应的射线路径(图的中间部分)以及相应的信道脉冲响应(图的右侧部分)；-图13示出了根据本发明特定实施例的管理装置的简化结构。
具体实施例方式图1到8已经在前面相对于现有技术描述过了。在接下来的描述中，其被看作是管理图1中所示的并且沿地震拖缆20a到20e布置的声学节点14的网络的声学性能的示例。现在，参照图9，我们描述了根据本发明的管理方法的特定实施例。在步骤91中，我们获取，例如，由声学节点之间的水平距离和每个声学节点的预定浸入深度所定义的节点网络布局(也称为节点网络几何形状)。在步骤92中，我们获取与利用声学节点网络执行勘探的区域相关的海洋环境性质(声速剖面，海深特征和浅底性质)。
，可以在地震勘探前(即准备进行勘探时)和/或在地震勘探期间执行根据本发明的管理方法。第一种情形中(即进行勘探前)，有多种获取环境特性的方法:.对声速剖面(SSP):已有的环境知识(全球数据库)，直接测量(使用诸如深海温度测量仪(XBT (抛弃式深海温度测量仪)，CTD (温盐深仪)设备，等等...)的系统，或者使用声学方法)，或者间接测量(使用反演方法)；.对海深测量(海深特征):侧扫声纳，单音束回声测深仪，多音束回声测深仪；.对浅底性质:沉积物探测仪或地震数据采集系统。第二种情形中(即勘探期间)，也有多种获取环境特性的方法: 对声速剖面(SSP):直接按时测量(使用诸如深海温度测量仪(XBT(抛弃式深海温度测量仪)，CTD (温盐深仪)设备，等等...)的系统或直接连续测量(具有重要的时空率)(使用在水柱中连续移动的声速分析仪，进行正弦运动或自由落体(例如移动船分析仪(MVP, Moving Vessel Profiler))； 对海深测量(海深特征):通过回声测深仪，侧扫声纳，多音束回声测深仪等进行水深连续测量；.对浅底性质:通过浅底分析仪，沉积物探测仪或地震数据采集系统得到连续特征。在步骤93中，我们获取声学传播模型，例如射线理论模型(相应的方法称为“射线路径跟踪方法”)。也可以使用其它的声音传播模型来估计在接收器节点处接收到的信号，例如，抛物线方程，波数积分或简正模(normal mode)(根据所考虑的频率，水深，范围依赖...进行选择)。
在步骤94中，我们使用步骤91，92和93的输出进行节点网络的声学性能量化。更准确地说，在图9的特定实施例中，步骤94包括两步骤94a和94b。在步骤94a中，对多对节点对(发送器节点和接收器节点)的每一对，我们估计通过发送器节点与接收器节点之间的水下声学信道的声学信号的传播特性。使用声学传播模型(步骤93中获得的)、环境性质(步骤92中获得的)和确定的布局(步骤91中获得的)，执行步骤94a。步骤94a的结果是对每个所考虑的接收器节点的模拟的接收的信号。该模拟的接收的信号例如可由如下定义:-与发送器节点与接收器节点之间存在的至少一条路径类型相关的第一条信息。不同的路径类型例如是:直接直线路径(上述图5中的附图标记51表示的)，反射的路径(上述图6中的附图标记51表示的)，折射的路径(上述图3中的附图标记31和图4中的附图标记41表示的)，无路径(参见上述图7)...；-与发送器节点与接收器节点之间存在的至少一条路径的幅度相关的第二条信息；例如通过计算这条路径的传送损失(参见前述图8)或通过计算这条路径的信道脉冲响应(参见前述图11和12)，给出路径的幅度；以及-与多路径相关失真率(可从信道脉冲响应中去除)相关的第三条信息。在步骤94b中，我们估计节点网络的声学性能，以及更准确地说，我们根据定义每个模拟的接收的信号的第一，第二 和第三条信息，估计步骤94a中所考虑的每个节点对的声学性能，。例如，作为步骤94b的结果，我们根据估计传播特性步骤的至少一个结果，将声学性能值与每个所考虑的节点对进行关联。根据所考虑的节点对是否符合以下测试:“具有幅度大于阈值的第一路径(直线或被折射)？ ”，该声学性能值例如是“好”或“不好”(即声学性能差)。图11示出了前述测试符合的情形以及图12示出了前述测试不符合的情形。这些图中的每一个描述了声速剖面(图的左侧部分)，相应的射线路径(图的中间部分)以及相应的信道脉冲响应(图的右侧部分)。现在我们将更详细地描述图11。如图11左侧部分所示，该介质(信道)具有100米深度水柱和在50米深度声速最小且具有恒定梯度的声速剖面。我们假设是厚沙浅底层。图11的中间部分描述了，对于45°孔径发射、300米距离和10米深度的发送器节点和接收器节点，使用射线路径跟踪方法获得的相应的射线路径。有六条本征射线路径(eigen-raypaths):一条直接折射的路径(附图标记Illa表示)和五条反射的路径(附图标记112a至116a表示)。图11的右侧部分(信道脉冲响应)示出了这些路径中的前五条路径的幅度(附图标记Illb至115b表示)(幅度Illb和112b是重叠的)。已知发射等级(例如180dB, IdB定义为:1 μ Pailm,即考虑的IdB等于在发射源的I米处压力变化I μ Pa)，接收器方向性和灵敏度，可以看出每个路径的幅度(接收的等级)是否大于特定阈值(也称为系统灵敏度)，该阈值由附图11中的附图标记TH表示并且假设其等于SOdB(A)。由于第一路径(附图标记Illa表示的那条路径)的幅度(附图标记Illb表示)大于阈值TH，因而图11的例子中符合前述测试。现在将更详细地描述图12。如图12左侧部分所示，该介质(信道)具有100米深度水柱和具有10米深度混合层(恒定声速)以及在50米深度具有最小声速并且具有恒定梯度的声速剖面。我们假设是厚沙浅底层。图12的中间部分描述了，对于30°孔径发射、600米距离和20米深度的发送器节点和接收器节点，使用射线路径跟踪方法获得的相应的本征射线路径。有五条路径，它们都是反射的路径(附图标记121a至125a表示)。图12的右侧部分(信道脉冲响应)示出了这些路径中的前四条路径的幅度(附图标记121b至124b表示)。已知发射等级(例如180dB，ldB定义为:1 μ PaOlm)，接收器方向性和灵敏度，可以看出每个路径的幅度(接收的等级)是否大于特定阈值(附图标记TH表示并且假设其等于SOdB(A))。由于不存在直接路径(像图11中的直接路径Illa)且路径121a幅度(附图标记121b表示)的等级不大于阈值TH，因而图11的例子不符合前述测试。因此，进行勘探时图11的结构优于图12的结构。现在我们继续对图9进行说明。在步骤97中，使用步骤94b的输出，我们改进节点网络的声学性能。该步骤可以在地震勘探(参见附图标记95的箭头)前(即准备时)和/或地震勘探期间(参见附图标记96的箭头)进行。更准确地说，在图9的特定实施例中，步骤97包括两步骤97a和97b，每个分别对应于前述两种情形中的一种(步骤97a对应“勘探之前”以及步骤97b对应“勘探期间”)。在步骤97a中(即勘探之前)，我们根据步骤94b的结果(即根据在步骤94b中与所考虑的节点对相关联的声学性能值)，改变布局(节点网络几何形状)。为了优化节点网络的声学性能，步骤97a可以定义节点的最佳位置(节点间距离和深度)，即改变的布局。例如，在图12的情形中，由于未符合前述测试从而声学性能值是“不好”(即声学性能差)，因此我们可以改变所考虑的节点对之间的距离，和/或改变一个或一对节点的深度。根据另一个实施例，在图6(没有直接路径而仅仅有反射的路径)或图7(根本没有路径)的情形中，节 点间的距离是300米，我们可以将该节点间距离变成150米。根据给定的上下文，例如图8给出了这个新值，图8中示出了与150米的节点间距离相对应的点不在阴影区域81中。图10示出了节点间距离这种变化的结果，在发送器节点和接收器节点之间有直接折射的路径101 (图10的右侧部分)，发送器节点和接收器节点都位于15米深度处。在步骤97b中(即勘探期间)，我们根据步骤94b的结果(即根据在步骤94b中与所考虑的节点对相关联的声学性能值)，在不改变所确定布局的情形下，调整节点网络的一个或多个参数(也称为节点网络自由度)。在特定实施例中，通过对环境特性的连续测量(在步骤92中)，可以获取连续的节点网络声学性能的连续实时估计，并且可使用这种连续估计对节点网络的一些自由度进行适配。例如，为适配节点网络的一些自由度，我们可以执行以下操作中的一个或多个:.提高声学节点发射的声学信号的发射等级(其根据阿雷尼厄斯(Arrhenius)定律对能量损耗，系统的可靠性以及设备寿命有影响)；.改变声学节点发射的声学信号的特性以提高处理增益，例如通过选择具有较大的时间带宽积的信号(其对声学循环时间时间和能量损耗有影响)； 通过改变时间或频率的共享方法，改变网络中的节点激励策略(其对声学循环时间有影响)；.改变对接收到的信号的处理方式(即改变由声学节点执行的对接收到的声学信号进行处理的信号处理方法):使用更强大的信号处理工具(处理时间将更加重要并且声学循环时间时间也很重要，两者地位相当)以提高处理增益。现在参照图13，我们描述了根据本发明特定实施例的管理装置130的简化结构(用于管理声学节点网络的声学性能)。管理装置130可以是节点管理系统或导航系统。其包括只读存储器(ROM) 133，随机存取存储器(RAM) 131和处理器132。只读存储器133 (非暂态计算机可读载体介质)存储可执行程序代码指令，处理器132执行这些指令以能够执行本发明的技术(例如图9的方法)。一旦初始化，将上述程序代码指令从只读存储器133转移到随机存取存储器131以便于由处理器132执行。随机存取存储器131同样包括用于存储执行此所需要的变量和参数的寄存器。处理器132接收以下信息(分别用附图标记134a至134c表示):.声学传播模型； 环境特性；以及 所确定的布局。根据程序代码指令，处理器132给出；.改变的布局135a ;和/或.节点网络的 调整的参数135b (也称为调整的节点网络自由度)。以上估计方法的所有步骤同样可被执行: 通过执行可重复编程计算机器(例如PC类型装置，DSP (数字信号处理器)或微控制器)执行的程序代码指令集。该程序代码指令可存储在可分离(例如软盘，CD-ROM,DVD-ROM)或不可分离的非暂态计算机可读载体介质中；或 通过专用机器或部件，例如FPGA (现场可编程门阵列)，ASIC (专用集成电路)或任何专用硬件部件。
权利要求
1.一种用于管理沿拖曳的声学线天线(20a-20e)布置的声学节点(14)网络的声学性能的方法，该声学节点网络适合于确定允许定位声学线天线的节点间距离，其特征在于该方法包括步骤: -获取(91)声学节点网络的所确定的布局； -获取(92)与利用声学节点网络执行勘探的区域相关的至少一种海洋环境特性；-使用声音传播模型、所述至少一种海洋环境特性和所确定的布局，量化(94)声学节点网络的声学性能。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所确定的布局至少通过声学节点之间所确定的水平距离和每个声学节点的所确定的浸入深度来定义。
3.根据权利要求1到2中任一项的方法，其特征在于，对于至少一个给定的包括发送器节点和接收器节点的节点对，量化声学性能的步骤包括步骤: -估计(94a)通过给定节点对的发送器节点与接收器节点之间的水下声学信道的声学信号的传播特性，使用所述声音传播模型并获知: *发送器节点和接收器节点的浸入深度， *发送器节点与接收器节点之间的水平距离，以及 *所述至少一种海洋环境特性，其至少包括水下声学信道的声速剖面估计； -根据传播特性估计步骤的至少一个结果，将声学性能值与给定的节点对进行关联(94b)。
4.根据权利要求3的方 法，其特征在于，传播特性估计步骤的所述至少一个结果所属的组包括: -与给定节点对的发送器节点与接收器节点之间存在的至少一条路径的类型相关的第一条信息； -与给定节点对的发送器节点与接收器节点之间存在的至少一条路径的幅度相关的第二条 目息；以及 -与多路径相关失真率相关的第三条信息。
5.根据权利要求1到4中任一项的方法，其特征在于，所述至少一种海洋环境特性所属的组包括: -取决于深度的声速剖面； -海深特征； -浅底特性。
6.根据权利要求1到5中任一项的方法，其特征在于，使用至少一种方法实施获取至少一种海洋环境特性的步骤，所述方法所属的组包括: -访问至少一个数据库的方法； -使用测量装置和/或声学方法，进行直接测量的方法；以及 -使用反演过程，进行间接测量的方法。
7.根据权利要求1到6中任一项的方法，其特征在于，其包括根据量化步骤的至少一个结果改进声学节点网络的声学性能的步骤(97)。
8.根据权利要求3和7的方法，其特征在于，改进声学性能的步骤考虑与所述至少一个给定节点对相关联的声学性能值。
9.根据权利要求7到8中任一项的方法，其特征在于，改进声学节点网络声学性能的步骤包括根据量化步骤的至少一个结果改变所确定的布局的步骤(97a)。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，在勘探前执行(96)该方法。
11.根据权利要求7到8中任一项的方法，其特征在于，改进声学节点网络声学性能的步骤包括根据量化步骤的结果调整声学节点网络的至少一个参数而不改变所确定的布局的步骤(97b)。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，声学节点网络的所述至少一个参数所属的组包括: -声学节点发射的声学信号的发射等级； -声学节点发射的声学信号的特性； -声学节点执行的时间和/或频率共享方法，对声学循环时间时间有影响； -声学节点执行的对 接收到的声学信号进行处理的信号处理方法。
13.根据权利要求11到12中任一项的方法，其特征在于，在勘探期间执行(95)该方法。
14.计算机程序产品，其特征在于，其包含当在计算机或处理器上执行所述程序时，用于执行根据权利要求1到13中至少一项的方法的程序代码指令。
15.存储程序的非暂态计算机可读载体介质，当计算机或处理器执行该程序时，使得计算机或处理器执行根据权利要求1到13中至少一项的方法。
16.一种用于管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的装置(130)，该声学节点网络适合于确定允许定位声学线天线的节点间距离，其特征在于，该装置包括: -用于获取声学节点网络的所确定的布局(134c)的装置(131-133)； -用于获取与利用声学节点网络执行勘探的区域相关的至少一种海洋环境特性(134b)的装置(131-133)； -用于使用声音传播模型(134a)、所述至少一种海洋环境特性和所确定的布局，量化声学节点网络的声学性能的装置(131-133)。
全文摘要
本发明提出了一种管理沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络的声学性能的方法，该声学节点网络适合于确定允许定位声学线天线的节点间距离。该方法包括以下步骤获取(91)声学节点网络的所确定的布局；获取(92)与利用声学节点网络执行勘探的区域相关的至少一种海洋环境特性；以及使用声音传播模型、至少一种海洋环境特性和所确定的布局，量化(94)声学节点网络的声学性能。
文档编号G01V1/20GK103217706SQ20121059909
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者C·拉赫, S·瓦勒兹 申请人:瑟塞尔公司