專利名稱：定位水聽器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海洋地震勘探，更具體地說，涉及一種在海洋地球物理勘探時計算聲源和接收器在地震排列范圍內(nèi)的位置和特性測量的方法。
在海洋地震航測中，基本配置一般包含一個或多個以近似直線航行的、同時拖帶多個由子陣列組成的拖纜和聲源(也稱為“氣槍”)的船舶。每個拖纜的長度一般高達6公里長。拖纜帶有多個聲接收器(也稱為“水聽器”)，一般每公里10至100個。拖纜剛好被拖帶在水面下。在地震勘探的過程中，船舶沿預(yù)定航線通過，故意選擇方位和速度以覆蓋設(shè)想的地質(zhì)基層。在指定距離或時間間隔處，一般分別為20至25米和8至10秒，觸發(fā)氣槍，導(dǎo)致穿過水和透入地球地層的地震波。由地層反射和或折射的地震波的到達時間，通過位于拖纜上的水聽器傳感器測量?？碧絾栴}是分別在發(fā)射和接收的的瞬時導(dǎo)出氣槍和水聽器的位置，以便在勘探區(qū)域內(nèi)確定地下的地質(zhì)特征。
為了確定氣槍和水聽器的位置，地球物理工業(yè)已經(jīng)使用了大量航測裝置的網(wǎng)絡(luò)，航測裝置置于地震排列范圍內(nèi)的已知位置處。這導(dǎo)致具有幾百個觀測點的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。在先有技術(shù)中已經(jīng)使用了各種技術(shù)，如最小平方估計和擴展順序卡爾曼濾波器，以實時處理觀測。
一種解決位置問題的方法是，或多或少獨立地處理每個時間歷元和測量系統(tǒng)。例如，使用激光和聲學(xué)測量來把船舶的位置傳送到浮體，而前端聲學(xué)使浮體與氣槍和拖纜的前端有關(guān)。羅盤然后確定拖纜的形狀。后端聲學(xué)和尾浮標定位用來提供拖纜定向和伸展的一些控制。一般地，該過程包含羅盤的一些種類的曲線擬合運算和幾種獨立的最小平方網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，經(jīng)各種數(shù)據(jù)類型迭代幾次，以便在某些一般意義上最好地擬合所有的觀測值。這種方法有幾個缺點。第一個缺點是這種方法是高度“配置依賴的”。網(wǎng)絡(luò)配置或測量的較小變化可能引起處理軟件的巨大變化。第二個缺點是這種方法缺少分析和量化整個過程中誤差傳播的能力。幾乎不可能描述最終導(dǎo)出的位置的精度和可靠度。第三個缺點是這種方法獨立地處理每個時間歷元，拋棄了系統(tǒng)運動的先前知識。這導(dǎo)致導(dǎo)出坐標的較不準確解。
第二種解決位置問題的方法是“順序擴展卡爾曼濾波器”技術(shù)。這種方法允許按接收的順序混合來自各裝置的不同觀測，并且在航測系統(tǒng)內(nèi)提供氣槍和水聽器位置的最好估計。因為它能確定和利用系統(tǒng)的運動，所以卡爾曼濾波能夠利用不完全定義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的觀測。這種方法有幾個缺點。第一，在卡爾曼濾波器中不能順序處理相關(guān)的觀測，如磁羅盤方位。第二，卡爾曼濾波器的效率與在每個新時間歷元處添加的觀測數(shù)量有很大關(guān)系。第三，大多數(shù)使用卡爾曼技術(shù)的先有方法沒有直接求出氣槍和水聽器位置。而是，計算諸如聲學(xué)節(jié)點之類裝置的、索纜羅盤的、和諸如浮標之類表面基準的位置。這些位置然后與來自濾波器的校正觀測一起使用，以通過內(nèi)插導(dǎo)出地震排列范圍內(nèi)的感興趣位置。
這些技術(shù)由于其效率與在每個新時間歷元處添加的測量數(shù)量有關(guān)，所以計算效率不高。而且，先有技術(shù)的一些技術(shù)進行諸如磁方位之類的不相關(guān)觀測，然后把這些觀測值用于求解。然后把不相關(guān)的觀測值用來得到地震排列范圍內(nèi)的測點坐標的最好估計。然后把最好估計用來確定氣槍和水聽器的位置。
因為羅盤和其他測量裝置沒有與水聽器一起共同定位，所以在任何方法中都必須有描述拖纜形狀的數(shù)學(xué)模型。況且，因為在水下環(huán)境中有多個水動力作用在索纜上，所以索纜形狀可能顯著偏離名義直線。為了估計這種扭曲的形狀，先有技術(shù)已經(jīng)使用了幾種不同的方法。
一種這樣的先有技術(shù)的方法是使用作用在索纜上的水動力的物理模型。已知由船舶拖拉造成的張力、和由穿過水的索纜的阻力造成的拉力確定索纜的三維形狀。船舶速度的任何變化、和海浪的任何波動、或由船舶、風(fēng)力載荷或水流產(chǎn)生的波動，都分別意味著拖拉張力和拉力的變化。
這樣一種模型僅能當作用在索纜上的外部力以適當準確度已知時采用。即使外部力的量是已知的，幾個拖纜的系統(tǒng)也導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型太復(fù)雜，并且不能靈活地建立和實現(xiàn)用來確定氣槍和水聽器位置的有用算法。
另一種估計由船拖拉時的拖纜索纜的扭曲形狀的方法是，使用三次樣條數(shù)學(xué)函數(shù)。三次樣條給出連續(xù)的和連續(xù)可微分的曲線。盡管三次樣條能夠逼近數(shù)據(jù)，但它有一個嚴重缺點，其系數(shù)隨索纜的長度而變，并因此不能用單個方程表示。況且，三次樣條對羅盤誤差非常敏感，導(dǎo)致有完全不實際曲線的可能性。
最后，另外一種可選擇的方法是使用去相關(guān)技術(shù)，由此把磁羅盤分解成切向弦方位角和距離，并且在并入網(wǎng)絡(luò)解法之前，估計其適當?shù)恼`差傳播。盡管就導(dǎo)出有關(guān)的誤差傳播參數(shù)而論該方法證明更是實際，但使用磁羅盤測量值的導(dǎo)數(shù)去取代實際測量的羅盤觀測值。
對得到氣槍和水聽器的最好估計坐標的改進方法的需要是存在的。
一種在地震排列范圍內(nèi)計算氣槍和水聽器位置的方法利用帶有多個測點的航測網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)提供多個航行觀測值。多個觀測包括用來導(dǎo)出水聽器位置的磁方位。該方法包括步驟a．從網(wǎng)絡(luò)得到一組觀測值，每個觀測值通過使用其原點系統(tǒng)獨立于航測基準點運動的航測裝置得到；及b．形成一個其中根據(jù)如下公式模擬磁方位的設(shè)計矩陣α-[tan-1(Σk=2n[kcklk-1]+π2]-magdecl-gridconv=B+vB.]]>在本發(fā)明的一個另外的實施例中，用加權(quán)虛觀測值步驟代替忽略步驟。
在本發(fā)明的另一個特征中，一種改進的數(shù)學(xué)解法處理在一個統(tǒng)一系統(tǒng)中的不同類型觀測，包括諸如磁羅盤之類的相關(guān)觀測。
在本發(fā)明的另一個特征中，提供了一種不需要大矩陣求逆的高效計算方法。
在本發(fā)明的另一個特征中，直接計算在地震排列范圍內(nèi)的任何感興趣點，包括氣槍和水聽器位置，而不使用在初始計算后的任何內(nèi)插方案。
在本發(fā)明的另一個特征中，一個貝葉斯濾波器處理步驟增大本發(fā)明的計算效率，并且不依賴于無關(guān)的觀測。


圖1描繪用于所用拖纜模擬的第一參考系。
圖2描繪來自各種多項式拖纜模型的試驗結(jié)果。
圖3描繪一個局部地形坐標系。
圖4示意描繪貝葉斯濾波器算法的狀態(tài)向量。
圖5是流程圖，表示本發(fā)明的方法步驟。
圖6描述用于ⅰ觀測的設(shè)計矩陣。
圖1描述所用拖纜羅盤模擬的參考系。本發(fā)明使用一個產(chǎn)生一條曲線的“n階”多項式，該曲線描述完整的拖纜形狀，該多項式僅使用一組系數(shù)，并且進一步形成在索纜的每個點處連續(xù)可微分的連續(xù)曲線。多項式觀測公式按如下給出Bi=a0+a1l1+a2li2…+anli2(1)其中Bi是第ⅰ個羅盤觀測；li是第ⅰ個羅盤與其基準點的偏移；a0,a1,…an是多項式系數(shù)；n是多項式的階數(shù)。使用最小平方法求解這個方程系給出多項式系數(shù)的值。參照圖1，我們有θ(rad)=atan(dv/du)≌atan(dv/dl) (2)該公式對于(-10,10)中的任何θ成為θ(rad)≌tanθ=dv/du≌dv/dl(3)而且對于Bi＞B:Bi=B+θ=B+(dv/dl)Bi＜B:Bi=B-θ=B+(-dv/dl)(4)其中θ表示平均方位的偏差；下標rad表示測量單位；dv和dl分別表示在u和v軸的增量羅盤偏移。
替代、積分、和重新布置以上數(shù)學(xué)公式導(dǎo)致v=c0l+c1l2+………+cnl(n+1)(5)其中ck=ak/(k+1)，對于k=0至n索纜任何感興趣點的的最終X,Y位置坐標用下式估計
X=cos(α)l+sin(α)v (6a)Y=sin(α)l-cos(α)v (6b)在參照圖1、圖2、和以上方程及曲線圖時，熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員將理解，使用多項式近似是一種解決拖纜形狀問題的實際方法。階數(shù)為四或更小的多項式不能準確描述觀測。在這種情況下，實際羅盤讀數(shù)與由多項式預(yù)測的讀數(shù)之間的差在少數(shù)情況下能超過半度。在實際中可能重要的是，索纜羅盤分辨率，而不是其準確度，能高達0.1度。而且，階數(shù)大于六的多項式有時產(chǎn)生其特征在于斜率急劇變化的曲線，這可能顯著影響最終坐標的保真度。這種現(xiàn)象對于靠近尾浮標的羅盤特別引人注意。
本發(fā)明使用兩個數(shù)學(xué)模型，包括一個使狀態(tài)向量參數(shù)與觀測值相關(guān)的測量或初級模型、和一個使在歷元ti-1處的參數(shù)與在后一個歷元ti處的參數(shù)相關(guān)的動態(tài)或二級模型。非線性測量系統(tǒng)的線性形式由下式給出AiXi=bi+vi(7)其中Ai是設(shè)計矩陣，Xi是對濾波后的狀態(tài)向量的初步值的校正，bi是由Li-Fi(Xi(+))給出的觀測負計算向量，vi表示狀態(tài)向量殘數(shù)，及L表示觀測值。動態(tài)模型表示當系統(tǒng)隨時間變化時的狀態(tài)。離散的線性化形式由下式給出Xi=Mi-1Xi-1+yi-1(8)其中Mi-1是從時間ti-1到時間ti的過渡矩陣，yi-1是從時間ti-1到時間ti的動態(tài)模型噪聲。
本發(fā)明組合幾個能夠彼此獨立和獨立于船舶運動的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括每個拖纜、槍陣、或任何輔助基準測點。每個子系統(tǒng)然后由一個數(shù)學(xué)模型相連，以定義完整的網(wǎng)絡(luò)配置。
現(xiàn)在參照圖1，坐標系在船舶航測基準點處具有其原點，X軸對準東方，并且由點1和3定義，而Y軸對準北面，由點1和2定義。這個坐標系隨船舶的位置變化相對于測地地球坐標系運動。而且，在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)給出涉及的較短距離，在處理XY平面內(nèi)的計算距離和方位時將有極小的誤差。在地震排列的區(qū)域范圍內(nèi)事實上認為地球是平的。相對于固定在船舶上的裝置進行一些可用的觀測。為此原因，定義另一種附加于船舶的坐標系。該坐標系的原點與航測基準點重合。其y軸與船舶的首尾方向?qū)?，并且由點1和5定義。其x軸處在水平面內(nèi)，垂直于y軸，并且由點1和4定義。把z軸定義為向上垂直于xy平面。
最后，為了估計在每個拖纜上任何點的位置，考慮到其離開拖纜基準點的距離，引入用于排列范圍內(nèi)的每個拖纜的局部參考系(u,v,z)。每個拖纜的原點都在拖纜第一活動截面的頭部、或已知偏移的任何其他點處。其u軸與索纜的主航線對準，并且其v軸垂直于u軸，并且指向右舷側(cè)(面向前方的船的右手側(cè))。z軸如此定義，從而生成的坐標系是右手坐標系。u軸由點6至14定義，而v軸由點6至8定義。
現(xiàn)在參照圖3，點14至15、和點14至16定義用于本發(fā)明方法的整個坐標網(wǎng)系。點14至18、和點14至17定義局部船舶坐標系。點19至21和點19至20定義氣槍坐標系。點23至25和點23至27定義拖纜坐標系。點28至30和點28至29定義船裝激光坐標系。本發(fā)明的方法能容納多個船舶、多個拖纜、和多個氣槍。
現(xiàn)在參照圖4，為了實現(xiàn)貝葉斯濾波器，本發(fā)明的方法定義構(gòu)成描述完整系統(tǒng)必需的最小數(shù)量的各可確定參數(shù)的狀態(tài)向量。在典型航測網(wǎng)絡(luò)的情況下，未知數(shù)包括在排列范圍內(nèi)的船舶位置、其運動、和每個子系統(tǒng)的運動。在下面，未知參數(shù)按其子系統(tǒng)分類。
把船舶未知數(shù)定義為對于元素的瞬時值，其中φ、λ表示船基準點的測地橢球坐標；φ、λ表示這點的瞬時速度，而c表示漂流角。
對于連接到船舶上的任何拖拉點的未知參數(shù)包括在狀態(tài)向量中。把拖拉點位置定義為以X、Y坐標及以其相對于其局部地形坐標系的速度分量X、Y表示的位置向量。通過對觀測進行幾何校正考慮Z分量。
就其參考系而論對于拖纜上任何點的拖纜未知參數(shù)由下式給出u=l(9a)v=c2l2+c3l3+………+cnln(9b)把系數(shù)c0設(shè)置為零，因為v在索纜頭部處為零，其中l(wèi)等于零。而且，與拖纜的整個取向相關(guān)的系數(shù)c1是狀態(tài)向量中的余數(shù)，因為認為圖3中u、v坐標系的取向，即方向角，是坐標系中的未知數(shù)。拖纜參數(shù)因此包括多項式系數(shù)ci、v軸的方向角α、和拖纜坐標參考系原點X、Y及其速度分量X、Y。
要對于每個射點估計的狀態(tài)數(shù)量取決于在整個排列范圍使用的浮體和拖纜的數(shù)量，以及取決于拖纜模型的多項式階數(shù)。因而，對于包括m1個浮體、m2個拖纜的配置，及對于n階多項式，狀態(tài)向量維數(shù)將是5+4(m1+m2)+nm2，這對于兩個氣槍和三個拖纜的典型排列變成四十個元素。尾浮標不形成狀態(tài)向量的部分，因為把它們處理為拖纜的簡單延伸，并且它們用來對于索纜提供整個取向和比例控制。
一旦已經(jīng)辨別了不同的觀測類型且清晰地定義了狀態(tài)向量參數(shù)，就以觀測公式的形式建立測量函數(shù)模型。觀測公式是測量量與未知參數(shù)之間的基本物理和幾何關(guān)系的數(shù)學(xué)表示。
作為未知參數(shù)的船舶測地位置由下式給出φv=φ+vφ(10a)λv=λ+vλ(10b)其中φv、λv是未知橢球坐標，φ、λ是船舶的觀測橢球坐標，及vΦ、vλ是測量殘數(shù)。如果提供船舶位置的傳感器定位得離航測基準點足夠遠，則對這點的觀測由式16、17、和19中給出的公式校正。
船舶的陀螺通過漂流角而與船舶的速度有關(guān)，如下所示tan-1[E·/N·]+c=H+vh---(11)]]>tan-1[vcos(φ)λv/ρφv]+c=H+vH(12)其中H是觀測的陀螺測量值，E是船舶瞬時向東的速度，N是船舶瞬時向北的速度，c是船舶的漂流角，及vH是陀螺的測量殘數(shù)并且
e2=a2-b2a2---(13c)]]>其中a作為基準橢球的半長軸，而b作為基準橢球的半短軸。
給出用于測量距離和方位角的觀測公式為(XJ-Xi)2+(Xj-Yi)2+(Zj-Zi)2=Dij+νDij---(14)]]>tan-1[(Xj-Xi)/(Yj-Yi)]=Aij+vij(15)其中Xi、Xj是測點i和j的向東分量；Yj、Yj是測點i和j的向北分量；Zi、Zj是測點i和j的高度分量；Dij是測點i與j之間的測量距離；Aij是測點i與j之間的測量或折合方位角；vDij和vAij分別是距離和方位角的測量殘數(shù)的殘數(shù)。測點i和j的笛卡兒坐標根據(jù)其基準子系統(tǒng)以不同形式表示?？紤]三種情況。如果測點i是在船舶上的點，那么Xi=xcos(H)+ysin(H)Yi=-xsin(H)+ycos(H)(16)其中x、y是裝置固定在船舶上的坐標；H是船舶的航向。假定認為船舶航向H不是系統(tǒng)中的未知數(shù)，則把它代入公式(16)中為H=tan-1[vcos(φv)λ·/ρφv]+c---(17)]]>從而觀測值僅與未知參數(shù)有關(guān)。類似地，如果測點i是浮體陣列上的裝置，則用公式16和17首先把觀測值校正到陣列的中心。在這種情況下，假定裝置的取向與船舶陀螺的取向重合，并且公式16中的xy坐標也用測得的裝置離開其中心的名義偏移表示。如果測點是拖纜的任何點，則為了把Xi、Yi坐標表示為只有一個未知數(shù)的函數(shù)，其公式由下式給出Xi=XS+lcos(α)+Σk=2n[cklk]sin(α)]]>Yi=YS-lsin(α)+Σk=2n[cklk]cos(α)---(18)]]>其中Xs、Ys是拖纜基準點在XY坐標系中的笛卡兒坐標；α是拖纜坐標系(u,v)的瞬時取向；ck是多項式系數(shù)；n是多項式階數(shù)；及l(fā)是測點i與拖纜基準點的偏移。
對于由船舶拖拉的任何浮體，除尾浮標外，觀測公式如下φv+Yfρ=λf+vφf---(19a)]]>λv+xfvcos(φv)=λf+vλf---(19b)]]>其中Xf、Yf是浮體的未知笛卡兒坐標；φv、λv是船舶的未知橢球坐標，φf、λf是浮體的觀測測地坐標；及vφf、vλf是測量殘數(shù)。這些公式基于這樣的假設(shè)，子午線平面內(nèi)的曲率半徑p、和整個排列中的最初縱向v都等于對于基準航測點的那些。
對于尾浮標位置，經(jīng)拖纜參數(shù)導(dǎo)出觀測公式為φv+YS-lsin(α)+Σk=2n[cklk]cos(α)ρ=φtb+vφtb---(20a)]]>λv+Xs+lcos(α)+Σk=2n[cklk]sin(α)vcos(φv)=λtb+vφtb---(20b)]]>其中φtb、λtb是尾浮標測量測地坐標，及vφtb、vλtb是測量殘數(shù)。
對于從拖纜基準點測得的偏移l的羅盤觀測公式，按如下給出α-[tan-1(dv/du)+π/2]=Bcomp+vcomp(21)其中α是拖纜坐標系(u,v)的瞬時取向；Bcomp是觀測的羅盤方位；vBcomp是測量殘數(shù)，并且dvdu=d(Σk=2ncklk)dl=Σk=2n[kcklk-1]---(22)]]>在把其并入濾波過程之前，對于坐標網(wǎng)折合羅盤觀測。根據(jù)如下公式通過對它們進行磁偏角和坐標網(wǎng)會聚方面的校正做到這點Bcomp=B+mag_decl+grid_conv (23)因此，結(jié)合公式(21)、(22)、和(23)，完整的形式是α-[tan-1(Σk=2n[kcklk-1]+π2]-magdecl-gridconv=B+vB---(24)]]>本發(fā)明的一個優(yōu)點在于磁偏角能置于狀態(tài)向量中，并且能與所有其他參數(shù)一道從測量恢復(fù)。
現(xiàn)在參照表示本發(fā)明方法的圖5，步驟31是初始化。在步驟32，向用戶提供在處理數(shù)據(jù)時使用的濾波器類型的選擇。在步驟33，把從各航測裝置獲得的數(shù)據(jù)記錄到計算機系統(tǒng)中。在步驟34，把新的航測數(shù)據(jù)的狀態(tài)向量和其協(xié)方差矩陣轉(zhuǎn)換到下一個時間事件，這完全根據(jù)動態(tài)模型。轉(zhuǎn)換公式按如下給出xi(-)=Mi-1xi-1(+)Cxi(-)=Mi-1Cxi-1(+)Mi-1T+Ti-1Cgi-1Ti-1T(25)其中i指示當前時間事件，x表示狀態(tài)向量，Cx是狀態(tài)向量的協(xié)方差矩陣，M是過渡矩陣；Cg是用于表示動態(tài)模型的強制函數(shù)g的驅(qū)動噪聲的協(xié)方差矩陣，g是使動態(tài)模型不正確的向量量，及T是系數(shù)矩陣、被選擇成使Tg表示g對狀態(tài)向量的影響。
在步驟35，對于測量觀測值的預(yù)測殘數(shù)或修正值、和其有關(guān)的協(xié)方差矩陣按如下計算vi(-)=bi-Aixi(-)Cvi(-)=Cli+AiCxi(-)AiT(26)其中Cl是測量觀測值的協(xié)方差矩陣，A是表示測量量與未知量之間測地和物理關(guān)系的設(shè)計矩陣。
由在特定時間的測量值與由系統(tǒng)預(yù)測狀態(tài)計算的測量量之差，計算預(yù)測殘數(shù)。在步驟36，統(tǒng)計和重復(fù)檢查修正值，以便排除遠離的觀測值。跟隨向量或矩陣的符號(-)和(+)分別指示在測量更新之前或之后的時間內(nèi)的場合處該向量或矩陣的值。
在步驟37，計算設(shè)計矩陣和加權(quán)矩陣。由于大多數(shù)觀測公式的復(fù)雜特性，故從來不以分析方式導(dǎo)出設(shè)計矩陣。用數(shù)值方法計算矩陣的元素。
參照圖6，給出對于一個浮體和一個拖纜的配置、及m個觀測公式，用于i觀測的設(shè)計矩陣。用于i觀測的設(shè)計矩陣的元素如下Ai1=∂Fi(x)∂φ,Ai2=∂Fi(x)∂λ;]]>Ai3=∂Fi(x)∂φ---(27)]]>其中Fi(x)是i測量的原始非線性觀測公式，而x是狀態(tài)向量。一旦觀測i是可用的，就把來自以上公式的狀態(tài)向量解用來計算在時間j觀測的數(shù)據(jù)值，由Fi(x)lj指示。因而，為了用數(shù)值方法計算設(shè)計矩陣的元素，對于狀態(tài)向量的每單個元素遞歸地計算量Fi(x+δx)lj。δx指示系統(tǒng)狀態(tài)的微小變化。最后，給出相對于i觀測的、用于狀態(tài)向量的k元素的設(shè)計矩陣的元素AikAik=Fi(xk+δxk)lj-Fi(xk)ljδxk---(28)]]>再參照圖5，在步驟38由下式計算增益矩陣Cxi(+)=[(Cxi(-))-1+AlTCli-1Ai]-1(29)其中Ki是控制預(yù)測狀態(tài)量和在由測量影響時的其有關(guān)協(xié)方差矩陣的增益矩陣。熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員會理解，與標準卡爾曼增益矩陣運算相比，以上方法在求解增益矩陣時比較簡單，由此按如下計算它Ki=Cxi-1(-)AlT[AiCxi-1(-)AT+Wi-1]-1---(30)]]>重要的是要認識到，對于濾波器的任何一個循環(huán)，在增益矩陣的計算中僅出現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換，必要時轉(zhuǎn)換AiCxi-1(-)AT+Wi-1]]>該矩陣將具有等于新測量模型中觀測數(shù)量的大小。
在步驟39，在增益矩陣的計算之后，按如下計算暫時狀態(tài)向量校正x^ik=x^i(-)+Gik-1[li-comp(x^ik-1(+))-∂xAik-1(x^i(-)-x^ik-1(+))]---(31)]]>其中δxAik-1是對于k-1次迭代計算的設(shè)計矩陣Aik-1的雅可比矩陣；li-comp(xk-1(+))是‘觀測-計算’向量bik-1。在步驟40、41、和42，迭代計算增益矩陣，同時按如下更新修正值和其協(xié)方差矩陣vi(-)=bi-Aixi(-)Cvi(-)=Cli+AiCxi(-)AiT(32)
在步驟43用公式18計算水聽器組的坐標，而浮體中心的坐標是系統(tǒng)中的狀態(tài)(不要求進一步計算)。在步驟44，計算機完成發(fā)射氣槍、收集數(shù)據(jù)、和計算氣槍和水聽器位置的循環(huán)。在步驟45，確定計算定位的質(zhì)量。
以上描述旨在說明和解釋一個本發(fā)明的具體實施例。然而，熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，顯而易見，對于所描述實施例的修改和變更是可能的，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。打算把如下的權(quán)利要求書理解為包含所有這樣的修改和變更。
權(quán)利要求
1．一種在地震排列范圍內(nèi)利用帶有多個測點的航測網(wǎng)絡(luò)，計算氣槍和水聽器位置的方法，該網(wǎng)絡(luò)提供多個航測觀測值，多個觀測值包括用來導(dǎo)出水聽器位置的磁方位，該方法包括步驟c．從網(wǎng)絡(luò)得到一組觀測值，每個觀測值通過使用其原點系統(tǒng)獨立于航測基準點運動的航測裝置得到；及d．形成其中根據(jù)如下公式模擬磁方位的設(shè)計矩陣α-[tan-1(Σk=2n[kcklk-1]+π2]-magdecl-gridconv=B+νB]]>
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在形成設(shè)計矩陣的步驟之前，進一步包括把新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到事件時間的步驟。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，在轉(zhuǎn)換步驟之后且在形成設(shè)計矩陣的步驟之前，進一步包括對于測量計算修正值和排除遠離的觀測值的步驟。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，在形成設(shè)計矩陣的步驟之后，進一步包括求出狀態(tài)向量以產(chǎn)生氣槍和水聽器的位置的步驟。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，在求出狀態(tài)向量的步驟之后，進一步包括計算可靠度和精度量的步驟。
6．一種利用由航測網(wǎng)絡(luò)得到的一組觀測值，確定氣槍和水聽器在航測網(wǎng)絡(luò)中的位置的方法，該方法包括步驟(a)把新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到事件時間；(b)計算對于測量的修正值和排除遠離的觀測值；(c)形成設(shè)計和隨機模型；(d)求出狀態(tài)向量；及(e)計算可靠度和精度量。
7．一種處理來自運動航測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的方法，該運動航測網(wǎng)絡(luò)帶有一個源點、多個水聽器點和多個測點，該方法包括(a)從網(wǎng)絡(luò)得到一組觀測值，每個觀測值通過使用其原點系統(tǒng)獨立于航測基準點運動的航測裝置得到；(b)把新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到事件時間；(c)計算對于測量的修正值和排除遠離的觀測值；(d)形成設(shè)計和隨機模型；(e)求出狀態(tài)向量以直接產(chǎn)生源和水聽器位置；及(f)計算可靠度和精度量。
8．一種在地震排列范圍內(nèi)利用帶有多個測點的航測網(wǎng)絡(luò)，計算氣槍和水聽器位置的方法，該網(wǎng)絡(luò)提供多個航測觀測值，多個觀測值包括用來導(dǎo)出水聽器位置的磁方位，該方法包括步驟(a)從網(wǎng)絡(luò)得到一組觀測值，每個觀測值通過使用其原點系統(tǒng)獨立于航測基準點運動的航測裝置得到；(b)把新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到事件時間；(c)計算對于測量的修正值和排除遠離的觀測值；及(d)形成一個設(shè)計矩陣，其中用于第ⅰ個觀測的設(shè)計矩陣的元素由如下公式確定Ai1=∂Fi(x)∂φ,Ai2=∂Fi(x)∂λ;]]>Ai3=∂Fi(x)∂φ]]>其中Fi(x)是i測量的粗非線性觀測公式，而x是狀態(tài)向量。
全文摘要
一種在地震排列范圍內(nèi)利用帶有多個測點的航測網(wǎng)絡(luò),計算氣槍和水聽器位置的方法。該網(wǎng)絡(luò)提供多個航測觀測值。多個觀測值包括用來導(dǎo)出水聽器位置的磁方位。該方法包括步驟:a)從網(wǎng)絡(luò)得到一組觀測值,每個觀測值通過使用其原點系統(tǒng)獨立于航測基準點運動的航測裝置得到;及b)形成一個設(shè)計矩陣,其中根據(jù)公共(Ⅰ)模擬磁方位:
文檔編號G01V1/38GK1226318SQ97195905
公開日1999年8月18日 申請日期1997年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月27日
發(fā)明者瓦西里斯·尼古拉斯·吉卡斯, 保羅·安托尼·克羅斯, 阿夏瑪·阿夸默 申請人:I/O探測產(chǎn)品(美國)公司