淺海檢波器聲學定位系統的製作方法
2024-01-31 05:08:15 1
專利名稱：淺海檢波器聲學定位系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種聲學定位系統，特別涉及一種用於淺海石油地震勘探中海底檢波
器二次定位的淺海檢波器聲學定位系統。
二背景技術：
目前，用於淺海石油地震勘探中檢波器二次定位的聲學定位系統，在國內屬於空 白領域，在國外只有英國的sonardyne公司和美國的I/O公司兩家生產，國外產品的源級、 靈敏度、抗幹擾能力等硬體指標適合於沙質海底的清水區域，不適宜於混濁水域，特別不適 合河流入海口的淤泥區，顯控軟體的操作模式不適用於現有的施工作業模式，在淺海地震 勘探項目應用實例中，普遍存在採收率偏低、工作效率偏低的突出問題。
三
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種淺海檢波器聲學定位 系統，可用於淺海地震勘探生產中，對數百道海底檢波器實時定位的高效、高精度的水下聲 學定位系統產品。 其技術方案是主要由艦載部分和海底部分構成，所述的艦載部分由處理軟體、主 機和收發合置的換能器構成，海底部分為多個海底應答器；處理軟體編程控制主機中的D/ A部分生成FSK編碼格式的喚醒信號，喚醒信號經由主機中的功放放大後傳輸給換能器轉 換為聲波信號，聲波信號經海水傳播到海底應答器，海底應答器接收並解碼信號，海底應答 器被識別喚醒後編碼生成自身的識別碼，轉換識別碼為聲信號，通過海水傳播給換能器，換 能器轉換聲波信號成電信號，電信號被主機中的A/D部分採集並傳輸給處理軟體，處理軟 件對信號進行檢測、解碼、完成對海底應答器的識別測距。 上述的主機採用可編程控制的NI硬體實現喚醒信號的數模轉換、放大，應答器應 答信號的採集和模數轉換。 上述的換能器由接收水聽器、發射換能器、透聲聚胺脂、前置放大器和電纜組成， 其中，發射換能器和接聽水聽器被透聲聚胺脂硫化包覆，發射換能器通過抗拉電纜直接和 主機相連，接聽水聽器通過電纜串接前置放大器後與主機相連。 上述的換能器和導流翼活動連接，導流翼由內部嵌件和外部殼體組成，內部嵌件 為不鏽鋼配重，外部殼體為玻璃鋼導流體。 上述的海底應答器是由圓柱筒體流線型的外殼內安設聲學換能器、電路艙、電池 艙和可拆卸密封堵頭構成， 一端安設聲學換能器，另一端安設可拆卸密封堵頭，中間設有電 路艙和電池艙，接收的聲納信號經換能器聲電轉換後，經過電池艙電路的前置濾波、AGC放 大、窄帶濾波、二級放大、檢波整形後進入單片機，單片機片內檢測解碼判決、判決正確後， 單片機經數字10 口發射自身識別碼、經過驅動電路和推挽放大電路、進入換能器經過電聲 轉換、轉換為發射聲納信號。 本發明的有益效果是採用自適應算法實現海底大量目標信號的檢測和解碼，提高採收率和碰撞距離的解析度；採用長基線定位技術，空間定位解算方法，最小二乘約束迭 代求解，提高軟體解算的精度和效率；採用低碼率時延MFSK數字通信技術、有效的抑制淺 海多徑和混響，提高採收率、降低虛警概率；採用收發合置的換能器製造技術，設計的源級 和靈敏度滿足淺海複雜勘探區域定位要求，設計流線型導流翼，保持換能器水下工作姿態， 降低湍流和混響。從而滿足渤海灣海域二次定位地震勘探檢波器二次定位的高採收率和高 定位效率的要求。
四
附圖1為本發明的系統構成圖；
附圖2為本發明的艦載部分的原理框圖；
附圖3為本發明的換能器的結構示意圖；
附圖4為本發明的換能器導流翼的結構示意圖；
附圖5為本發明的海底應答器的結構示意圖；
附圖6為本發明的顯控軟體工作流程圖；
附圖7為本發明的定位處理軟體的模塊構成圖； 上圖中艦載部分(A)、海底部分(B)、處理軟體(1)、主機(2)和收發合置的換能 器(3)、海底應答器(4);接收水聽器(3. 1)、發射換能器(3.2)、透聲聚胺脂(3.3)、前置 放大器(3.4)、電纜(3.5)、導流翼(3.6)、內部嵌件(3.7)和外部殼體(3.8);聲學換能器 (4. 1)、電路艙(4. 2)、電池艙(4. 3)、可拆卸密封堵頭(4. 4)、外殼(4. 5)。
五具體實施例方式
結合附圖l-7，對本發明作進一步的描述 參照附圖1，本發明由艦載部分A和海底部分B構成，艦載部分由處理軟體1、主機 2和收發合置的換能器3構成，海底部分為大量的海底應答器4，可連接的外圍設備包括差 分GPS和測深儀等，其中，處理軟體1為本領域技術人員所熟知的技術，不再詳述。
參照附圖2，其中發射/接收換能器，完成電信號和聲信號之間的轉換，發射詢問 信號，接收應答信號；導流翼是發射/接收換能器拖曳的載體，實現發射/接收換能器的穩 定拖曳；水聽器前放實現對水聽器接收到的微弱信號進行放大，以利於信號的傳輸；電纜 實現綜合分機到發射/接收換能器之間的電信號傳輸；綜合分機包括電源模塊、採集模塊、 功率放大模塊，實現機箱內各模塊的電源管理、水聽器上傳信號的數位化、筆記本生成詢問 信號的模數轉換、詢問信號的功率放大；筆記本實現與外圍設備通訊、詢問信號生成、應答 信號的接收處理、水下應答器的定位、後置處理、各種圖表報告的生成、主機的管理等功能。
參照附圖3、4，發射/接收換能器總稱為換能器基陣，所述的換能器3由接收水聽 器3. 1、發射換能器3. 2、透聲聚胺脂3. 3、前置放大器3. 4、電纜3. 5和導流翼組成，其中，發 射換能器3. 2和接聽水聽器3. l被透聲聚胺脂3. 3硫化包覆，發射換能器3. 2通過抗拉電纜 3. 5直接和主機2相連，接聽水聽器3. 1通過電纜3. 5串接前置放大器3. 4後與主機相連； 根據換能器指向性的要求，水下換能器基陣中發射和接收部分均由圓管形式的陶瓷基元構 成。為了提高發射部分的聲源級，發射陶瓷基元預先施加預應力。考慮到潛在的遮擋效應 的影響，接收部分被布置在換能器整體結構的最上部，並提供了可供選用的整體屏蔽措施。電纜屏蔽、各線間屏蔽均與換能器的金屬底座連通並通過金屬底座的安裝孔與外部水介質
連通。發射換能器和接收水聽器間採取減振措施，降低兩換能器間的相互幹擾。 換能器和導流翼通過不鏽鋼螺絲安裝成一體，導流翼由內部嵌件和外部殼體組
成。內部嵌件為配重，材料為不鏽鋼，外部殼體起導流和保持姿態作用，材料為玻璃鋼，通過
重量和重心的合理設計，使換能器在水下能夠穩定拖曳，保持合適姿態。 參照附圖5，採用硬體和單片機軟體技術聯合解碼的應答器設計圖。所述的海底 應答器4是由圓柱筒體流線型的外殼4. 5內安設聲學換能器4. 1、電路艙4. 2、電池艙4. 3 和可拆卸密封堵頭4. 4構成， 一端安設聲學換能器4. 1，另一端安設可拆卸密封堵頭4. 4，中 間設有電路艙4. 2和電池艙4. 3，接收的聲納信號經換能器聲電轉換後，經過電池艙電路的 前置濾波、AGC放大、窄帶濾波、二級放大、檢波整形後進入單片機，單片機片內檢測解碼判 決、判決正確後，單片機經數字10 口發射自身識別碼、經過驅動電路和推挽放大電路、進入 換能器經過電聲轉換、轉換為發射聲納信號。 參照附圖6，軟體包括喚醒信號生成、應答信號檢測解碼和定位處理三大部分。軟 件基於MFC，利用VC++6. 0編寫完成，完全面向對象，結合資料庫技術、計算機繪圖技術和NI 採集硬體驅動相結合，實現海底合作應答器的喚醒信號生成，應答器信號的檢測、解碼和實 時定位處理，定位結果的圖形顯示、實時更新、監控管理，通過對地震觀測系統的圖形顯示 和定位船的實時圖形顯示，實現定位船的精確導航。 參照附圖7，定位處理軟體完成應答器的實時定位、圖形顯示和管理。
權利要求
一種淺海檢波器聲學定位系統，其特徵是主要由艦載部分(A)和海底部分(B)構成，所述的艦載部分由處理軟體(1)、主機(2)和收發合置的換能器(3)構成，海底部分為多個海底應答器(4)；處理軟體(1)編程控制主機(2)中的D/A部分生成FSK編碼格式的喚醒信號，喚醒信號經由主機(2)中的功放放大後傳輸給換能器(3)轉換為聲波信號，聲波信號經海水傳播到海底應答器(4)，海底應答器(4)接收並解碼信號，海底應答器(4)被識別喚醒後編碼生成自身的識別碼，轉換識別碼為聲信號，通過海水傳播給換能器(3)，換能器(3)轉換聲波信號成電信號，電信號被主機(2)中的A/D部分採集並傳輸給處理軟體(1)，處理軟體(1)對信號進行檢測、解碼、完成對海底應答器(4)的識別測距。
2. 根據權利要求1所述的淺海檢波器聲學定位系統，其特徵是所述的主機(2)採用 可編程控制的NI硬體實現喚醒信號的數模轉換、放大，應答器應答信號的採集和模數轉 換。
3. 根據權利要求l所述的淺海檢波器聲學定位系統，其特徵是所述的換能器(3)由 接收水聽器(3. 1)、發射換能器(3. 2)、透聲聚胺脂(3. 3)、前置放大器(3. 4)和電纜(3. 5) 組成，其中，發射換能器(3. 2)和接聽水聽器(3. 1)被透聲聚胺脂(3. 3)硫化包覆，發射換 能器(3. 2)通過抗拉電纜(3. 5)直接和主機(2)相連，接聽水聽器(3. 1)通過電纜(3. 5) 串接前置放大器(3. 4)後與主機相連。
4. 根據權利要求3所述的淺海檢波器聲學定位系統，其特徵是所述的換能器(3)和 導流翼(3. 6)活動連接，導流翼(3. 6)由內部嵌件(3. 7)和外部殼體(3. 8)組成，內部嵌件 為不鏽鋼配重，外部殼體為玻璃鋼導流體。
5. 根據權利要求l所述的淺海檢波器聲學定位系統，其特徵是所述的海底應答器(4) 是由圓柱筒體流線型的外殼(4.5)內安設聲學換能器(4. 1)、電路艙(4.2)、電池艙(4.3) 和可拆卸密封堵頭(4.4)構成，一端安設聲學換能器(4. l)，另一端安設可拆卸密封堵頭 (4. 4)，中間設有電路艙(4. 2)和電池艙(4. 3)，接收的聲納信號經換能器聲電轉換後，經過 電池艙電路的前置濾波、AGC放大、窄帶濾波、二級放大、檢波整形後進入單片機，單片機片 內檢測解碼判決、判決正確後，單片機經數字10 口發射自身識別碼、經過驅動電路和推挽 放大電路、進入換能器經過電聲轉換、轉換為發射聲納信號。
全文摘要
本發明涉及一種聲學定位系統，特別涉及一種用於淺海石油地震勘探中海底檢波器二次定位的淺海檢波器聲學定位系統。本發明主要由艦載部分和海底部分構成，所述的艦載部分由處理軟體、主機和收發合置的換能器構成，海底部分為多個海底應答器；本發明採用收發合置的換能器製造技術，設計的源級和靈敏度滿足淺海複雜勘探區域定位要求，設計流線型導流翼，保持換能器水下工作姿態，降低湍流和混響。從而滿足渤海灣海域二次定位地震勘探檢波器二次定位的高採收率和高定位效率的要求。
文檔編號G01S15/88GK101793965SQ20101900601
公開日2010年8月4日 申請日期2010年2月8日 優先權日2010年2月8日
發明者劉世海, 劉志田, 吳學兵, 徐淑合, 汪雲家, 王文爭, 趙金良, 陽繼軍 申請人:中國石化集團勝利石油管理局地球物理勘探開發公司