Система для управления морскими сейсмическими исследованиями

СОКИ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) 01 376052 400171 8 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСКОМУ Сви(54) СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МОРСКИМИСЕЙСМИЧЕСКИМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ(57) Изобретение относится к геофизическому приборостроению и можетбыть использовано при морских сейсмических исследованиях с помощью буксируемых приемных устройств-. Цельизобретения - улучшение качества сейсмометрических данных путем минимизации уровня буксировочных шумов прибуксировке группы из М пьезокос. Система содержит в бортовой части блокпредсказания буксировочного шумообразования, блок вычисления плавучести,сумматор, логический блок, программатор режима и регулятор угловой скоро- асти поворота судна. Режим управленияпо курсу судна и скорости выбираютсяс учетом минимизации уровня буксировочных шумов. 2 ил. С."Изобретение относится к технической Физике, в частности к геофизическому приборостроению, и может быть использовано при морских сейсмичес 5 скнх исследованиях с помощью буксируемых приемных устройств, а именно аналоговых и цифровых сейсмометрических кос с пьезоэлектрическим гидро- Фоном и датчиками глубины погружения. 10Цель изобретения - повышение качества сейсмометрических данных путем минимизации уровня буксировочных шумов при буксировке группы М пьезокос. 15На Фиг.1 изображена Функциональная схема системьц на Фиг.2 - диаграмма геометрических соотношений для буксируемой системы.Система содержит в буксируемой 20 части сейсмоисточник 1 упругих волн давления, а также группу (М=З) сейсмометрических пьезокос 2 - 4, состоящих из отдельных идентичных секций, границы которых условно обозначены 25 положением глубинных датчиков 5 - 13 типа приемников гидростатического давления и гидрофонйых пьезоэлектрических датчиков волны первого вступления. В датчики 5 " 13 входят иэ вестные электронные узлы первичного преобразования ,усиления) и временного у 1 лотнения преобразованных сигналов, 1 ервая секция центрально-, сейсмокосы оснащена динамометрическим 35 датчиком 14 напряжения, выполненным, например на основе пьезоэлектрического или пьеэорезистивного прибора с интерфейсом оцифровки. Информационньй поток с датчиков 5 - 13 по сбор ному кабелю 15 поступает в бортовую часть 16 системы. Бортовая часть системы содеожит группу временньи детекторов 17 первых вступлений типа усилителей-ограничителей, вычислитель 18 геометрии буксируемых пьезокос 2 - 4 вычислитель 19 плац чести центральной буксируемой косы в группе, накопитель 20 сейсмических данньх, дополненных дащщми о положении сейсмокос и данными о текущем местополокении судна, а также блок 21 предсказания буксировочного шумообразования, сумматор 22, логический блок 23, программатор 24 режима движения, кор 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, блок31 управления моментом воэбужденн.-сейсмоисточника, гирокомпас 32, лаг33, датчик 34 текущего местоположения судна, вычислитель 35 текущегоместоположения судна.Для ввода сигналов в блок 29 управления скоростью хода, в блок 31возбуждения сейсмоисточника и авторулевую машину 30 используются первый 36, третий 37 и второй 38 блокиинтерфейса. Для ввода сигналов гирокомпаса 32, лага 33 и датчики 34 местоположения судна используют четвертый 39, пятый 40 и шестой 41 блокиинтерфейса.Вычислитель 18 геометрии, блок21 предсказания буксировочного шумообразования, вычислитель 19 плавучести,сумматор 22 могут быть выполнены, например, в виде мини-ЭВМ или специализированного микропроцессорного устройства.рКорректсы скорости и курса представляют собой микропроцессорные устройства, запрограммированные на вычисление оптимальных величин корректуры скорости и курса, используяуравнения стационарной к.нфигурациибуксируемого кабеля одним иэ численных методов, например методом РунгеКутта. Логический блок 23 выполненв виде регистров ввода н ".равнениякодов двоична чисел, а про; рамматор24 режима в виде регистров хранениякодов с внешней клавиатурой для ввода значений допустимого отклонениябуксируемой систеьяы от линни профиля,дУ, а также пределььых уровней .НГбукснровочьых шуч-в ы оп Ф,м .Распределитель 27 команд выполненв виде двухвходового трехнаправлелногс цифрового коммутатора с зременньм разделением каналов,Блоки 39 - 41 н ер,зайсарокомпаса, лага и дятч;пс.: текущя.гоместоположе."-.в ч ,нап имер азовойрадионавигационной с стемы) соответственно представляют собой прообразов"тели угол - ксг, кодяруюг;ие угто-.,е полсжение реп теро- -, лтл де-яо -Влаки 6 и 37 интерайса преобразования цифровой и,"-т.,1 лацни в аналоговую для испо ялтел ньр у; тро. ств блока управления скоростью хода и ав горулевой яаьдляы п 1 едставлют о бой цифроналоговые -.реобразо.атели.1376052 Блок 38 интерфейса представляет собой управляемый делитель частоты,Вычислитель 35 текущего положения судна выполнен, например, на базе мини-ЭВМ ЕС 1010 или эквивалентно 5 го ей ло функциям микропрограммного устройства для совместной обработки данных гирокомпаса, для определения счислимых координат судна и радио 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 геомегрии буксируемой системы в момент приема. Известен также вариант выполнения накопителя 20 в виде циф ровой сейсмостанции с накопителем данных о геометрии и местоположении судна на общем магнитном накопителе.Система работает следующим образом. 30Буксируемая 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 К 1(Т; - У;. ) + ( к 1 Д Кроме того, для центральной ко55 мяисляются угол наклона Р;и уго отклонейиЯ 4(фиг,2); Е 1- Е;.,сзхпв 2 Д Эгде Х ;,7 ; Е ,;эХ .,ю к -1о трехмерные координатыи (1-1) сеций К сейсмокосы; Д - расстояниемежду соседчими секциями;7, - скорость распространениясейсмической волны. маемое гидрофонами как низкочастотные 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 шумообразования, 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 скоро ти 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 нык случаю соосной буксировки и шумообразование минимально.Детекторы 17 первых вступлений фиксируют время й распространения прямой волны от источника 1 до -го сейсмоприемника с помощью измерителей временных интервалов в каждом канале.1 Эти результаты и данные о глубине погружения секций косы используются вычислителем 18 геометрии кос для определения конфигурации кос в пространстве посредством решения систе-мы уравнений+ (2 З 1 п й стацио при кот урав н кабе решением фигураци маркое шум ное него сейсмиче арной конрой сумусловленсположения ислен ций центральвычислителя ообразование, об зонтальностью ра ого кабеля и ско л вычислитель н ром по иэвест нарной конфиг кости нити вь косы и этк же предсказания деляющий Факт негоризонталь и отклонением судна фостью двин Е, з 1 п де Е Е где , - уго калькой плос ную коррект буксируемая отклоняется те когда участке пере профиль ввид качественных профилеВ накопит клона косы в вертиыбкрает онткмал костиуру ку часть от лк са, при которомчаименьшим образки движения суд м=пгп, Судно ходит яа новый у невазможност аданном льтатов ос туса кор- сигсейсмич овый ск ких данных ректкрован тся регистр курсВ случааллельнпо счгн ой величи значит го скос туСЗК ремой часра Курса ррект е координаты д;, р; сек ной косы с выхода 42 геометрии поступают в авучести косы, в котоуравнениям стациоурацик взвешенной в жидяксляется плавучесть Ю данные поступают в блок шумообразования, опреорц шума, обусловленные костью сейсмокосы Ф, коси от линии движениязп ;2 г - весовые коэффициенты,зависящие от скоростидвижения судна и конструкции кОсыИнФормация У,с выхода 43 вычислителя геометрии подается в сумматор, который вычисляет суммарное отклонение буксируемой части от ли 3 нии профиля с учетом сноса судна-буксира У.асЛогический блок сравнивает вычис;, 4 ленные Факторы шума Ф., Ф,и Л . на сигнальных входах 44 - 46 с предельно допустимыми величинами, задаваемыми с помощью программатора режима по установочным входам 47 - 49, и выдает управляющие сигналы на выходы 51 - 52 блока .Ц.Управляющие сигналы С 1 - СЗ пают в корректоры скорости и ку судна. Вычислительное устройств ректора скорости по управляющем налу С 1 по данным о .скорости су и с учетом плавучести ы опреде оптимальную скорость движения с расстояние между концами соседнихсейсмокос ф"+ ф= пп.и,огде ф= В Ч,Код коррекции скорости дБ=Ч, -Чподается через распределитель команд,осуществляющий поочередное прохождение управляющих сигналов в блок уп- .равления скоростью движения судна Чи в блок 31 управления источникомчерез соответствующие блоки интерфейса для преобразования цифровой информации в аналоговую.Следящий привод блока 29 управления скоростью хода обеспечивает изменение скорости движения судна изменением шага винта кли частоты вращенияглавного двигателя.4После коррекции скорости судна посигналу С 2 выччслительное устройствокорректора курса с учетом скоростидвижения судна и плавучести косы дляразличных значений корректор курсаЛК путем решения систем уравненийпространственной конфигурации дляцентральной косы с различными начальными условиями в точке крепления еек судну/ А=о =ВК /5 с=о = 1 овыдается в распределитель команд в виде д К = С ф з Угде С- угловой коэффициент, определяющий угол выхода судна на линию профиля, и судно затем возвращается на заданный профиль.При этом для повьппения 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 2 О до своего установившегося значения со скоростью1( )К К 0где К , К в - коэффициенты пропорциа 25нальности, устанавливаемые эмпирическим путем;7 , В - скорость судна и величина расхождения соседних пьезокос, поступающие.на входы 53 и 54 регулятора угловой скорости с блока интерфейсаскорости и с выхода вычислителя геометрии соответственно.Восстановление данных о профиле и пути судна са взаимной привязкой сейсмометрических данных производится при последующем выводе массивов с накопителя и интерпретационном монтаже сейсморазреза.Полезный эффект в системе достигается за счет того, чта управление режимом движения судном и процессом сейсмометрических исследований ведется на основе анализа данных о прогнозируемом буксировочном шумоабразавании, связанном с геометрией буксируемой системы. 50При большом уровне буксировочных шумов, обусловленных негаризонтальностью системы сейсмакос ф ", вычислительное устройство корректора скорости определяет оптимальную кор ректуру скорости ЙЧ р при ко 1 ораи искривление буксируемой системы в вертикальной плоскости мищщально. При значительном искривлении бук- сируемой системы кос в горизонтальной плоскости и возрастании связанного с этим буксировочного шумообразования ф вычислительное устрайЫство корректора курса определяет оптимальную корректуру курса лК 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 изобретенияСистема для управления морскими сейсмическими исследованиями, содержащая в буксируемаи части источник сейсмасигналав, па меньшей мере одну пьезасейсмометрическую косу или эквивалентную ей по 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 первьм, 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 связанчерез третий блок интерфейса с входом авторулевой машины, а также датчик13760 местоположения судна, гирокомпас и лаг, соединенные своими выходами через четвертый, пятый и шестой блоки интерфейса с соответствующими входами вычислителя текущего местополо 5 жения, выход которого подключен.к второму входу. накопителя данных, третий вход которого подключен к сигнальным выходам группы пьеэометрических кос, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества сейсмометрических данных путем минижэации уровня буксировочных шумов, оиа содержит в буксируемой части динамометрический датчик буксировочно-, го натяжения по меньшей мере одной или центральной в группе пьезосейсмометрической косы, а в бортовой части - сумматор н блок предсказания 20 буксировочного шумообраэования, своими выходами подключенные к сигнальным входам логического блоке, установочные входы которого подключены к выходам программатора режима дви жения, 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 опричем 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.Журавлеваова Техред М.Ходанич Корректор И,Пож актор Н.Б Производственно-полиграфическое предприятие город,ул.Проектная каз 784/46 Тираж 522 БНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, ЖПодписио комитета СССР ний и открытий Раушская наб