专利名称：估计沿拖曳的声学线天线布置的节点之间节点间距离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估计沿拖曳的声学线天线布置的声学节点网络中的节点间距离的技术。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，本发明不限于这介特定的应用领域，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�？�(即，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，由沿地震拖缆长度布置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深船的操作员站，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(沿地震拖缆布置的)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(拖缆经常受到幅值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拖缆之间引导它们。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，声波发射器)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�？苫谙率龉嚼垂兰�=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(sound velocity))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。在用于估计节点间距离的已知方法中，使用的声速c在垂直平面中应当是恒定的。然而，事实上并非如此。海洋中声速广泛取决于温度、压力和水的盐度(尤其地)，并且因此几乎总是取决于考虑的深度(Z);在这种情况下，我们谈论的是声速剖面(SSP) c (Z)。执行地震勘探区域中，声速剖面的形状可以改变声音的声路径。该声音将不会按照直线(如在上述节点间距离估计方法中所认为的)，而是由于折射现象(根据斯涅尔笛卡儿定律)按照弯曲射线路径。实际上，在非均匀介质中，由于声速的变化并且更精确地是由于其梯度的变化，声线可被弯曲(折射)。声音的波前朝向声速较低的层折射，如果声速变化快，该折射可更加显著。
图3-5示出了信道中声谏梯度的影响。对于这些图中的每一幅，左边的部分表示声速剖面，右边的部分表示相应的射线路径，其通过用于10°孔径发射以及300m-距离的射线路径跟踪方法获得。这些附图能够比较由在两个介质中的声音跟随的射线路径。正如这些附图左边部分所示，第一介质(附图5)为具有恒定声速的50m深水柱，并且第二介质(图3和4)是由50m深水柱以及具有恒定梯度的25m深最小声速构成的介质。正如这些附图右边部分所示，震源(发送器节点)的深度在图3和5中是25m，在图4中是30m。声音在第一种情况下将沿着直线路径(图5)，并且在第二种情况下根据深度将沿着强烈弯曲的路径(图3和4)。当路径弯曲时，沿着路径的距离将比在直线情况下更重要。因此，采用先前方法(假设恒定的声速剖面)获得的节点间距离将会被高估，这是缺乏定位精度或定位结果中有偏差的代名词(拖缆的定位是基于通过多对声节点获得的节点间距离)。如在前面段落中描述的，已知方法中使用的用来估计节点间距离的声速值，在垂直平面中应当是恒定的，这通常是一个错误的假设。而且，取决于位置和天气状况(海洋状况、太阳的影响、潮流等……)，环境状况(温度、压力或水的盐度)会快速变化。声速剖面的形状因此可意味着使射线路径弯曲的折射现象。用于估计节点间距离的经典公式(dAB =c.将不再有效，并且行程时间将是在曲线上(即，弧长Lab)而不是在直线上的行程时间。假设声速恒定，该声速值的误差将意味着在两个靠近节点估计距离上的小误差。例如，对于节点间距离dAB = 300m,0.5ms-l的误差(声速计的经典值)相当于在节点间距离上的IOcm的误差。相反地，假设例如里！左部的声速剖面(50m水柱以及具有恒定梯度的25m深最小声速)和15m深的声源，直接路径在图6的右部示出(通过用于10°孔径发射以及300m-距离的射线路径跟踪方法获得)。当假设恒定声速为1482ms-l (在15m_深)以及实际距离为300m时，该直接路径长等于300.70m，其对应于在节点间距离上70cm的误差。而且，如果考虑的两个节点A和B不是位于同样的深度，从节点A到节点B和从节点B到节点A的射线路径可以是不同的，并且因此取决于信号的形式，行程时间可以是不同的。如显！所示，在温暖的海洋区域，典型的声速剖面具有三部分，对应于水柱的三层:表层(混合层)，主温跃层和深海等温层。混合层可以是几米厚，但是也可延伸至数十米(取决于季节、阳光、海洋状况、潮流……)。该混合层在较冷的海域会消失。声速对于混合层几乎恒定，但对于主温跃层和深海等温层却不是这样。在地震数据采集领域中，倾向增加拖缆的深度，这可将拖缆(和声节点)置于混合层下(并且因此在主温跃层中)，这样可增加折射现象。正如 上文详述的，如果采用经典公式来估计节点间距离，该折射现象会引起误差。
发明内容
在至少一个实施例中，本发明的目的尤其在于克服现有技术的这些不同缺点。
更具体地说，本发明至少一个实施例的目标是提供用于估计节点间距离的技术，其比之前讨论的已知解决方法更加精确。本发明至少一个实施例的另一个目标是提供这类技术，其易于实现且成本小。本发明的具体实施方式
提出一种估计在发送器节点和接收器节点之间的节点间距离的方法，该发送器节点和接收器节点属于包括沿拖曳的声学线天线布置的多个节点的网络，通过水下声信道将声信号从发送器节点传送到接收器节点。该方法包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的步骤，所述声速剖面取决于深度。该具体实施方式
完全具有新颖性和创造性，由于其考虑了环境属性，尤其是通过水下声信道的声速剖面(在发送器节点和接收器节点之间)来表示的。因此，该估计节点间距离的技术比前述已知解决方法更加精确，并且消除了(或至少减小)由折射现象所导致的潜在的偏差。在第一实施方式中，所述估计节点间距离的步骤包括如下步骤:-获得从发送器节点到接收器节点的声信号的行程时间、发送器节点和接收器节点的浸入深度、在发送器节点浸入深度处的声速以及所述声速剖面的估计；-根据行程时间和在发送器节点浸入深度处的声速来确定节点间的近似距离，其对应于发送器节点和接收器节点之间的直线路径；-使用声传播模型并获知发送器节点和接收器节点的浸入深度、节点间的近似距离以及声速剖面的估计，来估计发送器节点和接收器节点之间的声传播，所述估计声传播的步骤提供了发送器节点和接收器节点之间的弧形路径的弧长；以及-确定节点间距离估计，其为所述节点间的近似距离和由所述弧长和所述节点间的近似距离之差定义的距离估计误差之间的差。该第一实施方式包含，根据已知方法确定节点间的近似距离(假设信道中声速恒定)，并且再对该节点间的近似距离校正误差。该误差使用声传播模型(例如，射线理论模型)以及在其他假设条件下水下声信道的声速剖面估计来确定。我们假设由估计声传播的步骤提供的弧形路径(其端部定位在距发送器节点的直线距离为近似节点间距离处)的长度近似等于实际弧形路径(其端部定位在距发送器节点的直线距离为实际节点间距离处)的长度。根据特定特征，实施获得声速剖面估计的步骤使用至少一个属于下述组中的方法，该组包括:-访问(consult)至少一个声速剖面数据库的方法:以及-使用测量装置和/或声学方法，进行直接测量的方法。也就是说，用传统和简单的方式获得了声速剖面估计。根据特定特征，采用间接测量的方法来实施获得声速剖面估计的步骤，使用反演过程，其从至少一个失真声信号中提取声速剖面估计，该失真声信号由声信号通过所述水下声信道在一对节点间的传送造成。因此，使用反演过程获得声速剖面估计。这比访问数据库更加准确，也不需要测量装置，并且与所考虑的节点对的两个节点之间的声速剖面相对应。根据特定特征，所述反演过程从失真声信号中提取声速剖面估计，该失真声信号由所述声信号通过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成。
这样仅使用了一对节点(对该节点对估计节点间距离)。根据特定特征，利用空间分集，使用至少两个不同节点对，和/或利用时间分集，使用在至少两个不同时刻处的相同节点对，执行所述反演过程的至少两次迭代，每一次迭代提供声速剖面的中间估计，并且获得声速剖面估计的步骤包括组合声速剖面的中间估计以获得声速剖面最终估计的步骤。迭代次数(以及因此中间估计的数量)越多，声速剖面的最终估计越好。根据特定特征，所述至少两个不同的节点对具有不同的深度，如果第一对发送器节点与第二对发送器节点深度不同，和/或如果第一对接收器节点与第二对接收器节点深度不同，则第一对和第二对节点定义为具有不同的深度。这样就允许垂直水柱采样，其给出声速剖面更好的最终估计结果。在第二实施方式中，所述估计节点间距离的步骤包括使用反演过程的步骤，该反演过程从失真声信号中共同提取声速剖面估计和节点间距离估计，该失真声信号由所述声信号穿过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成。在第二实施方式中，与第一实施例相反，没有关于声速剖面的假设，并且不需要声传播估计的在先步骤(声速剖面同时反演为节点间距离)。因此，逻辑上，声速剖面的估计和节点间距离的估计更精确。在第三实施方式中，所述估计节点间距离的步骤包括如下步骤:-获得声速剖面的所述估计；以及-使用反演过程并获知声速剖面的所述估计，反演过程由失真声信号提取节点间距离的估计，该失真声信号由所述声信号穿过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成。在第三实施方式中，正如在第一实施例中，具有关于声速剖面的假设，但是与第一实施例相反，不需要声传播估计的在先步骤(节点间距离被反演)。因此，节点间距离估计更加精确。在计算时间方面，第三实施例成本要低于第二实施例。根据(第三实施方式的)特定特征，获得声速剖面估计的步骤使用至少一个属于下述组中的方法实施，该组包括:-访问至少一个声速剖面数据库的方法:以及-使用测量装置和/或声学方法，进行直接测量的方法。也就是说，用传统和简单的方式获得了声速剖面的估计。根据(第二和第三实施方式中的任何一个的)特定特征，所述估计节点间距离的步骤包括如下步骤:-获得从发送器节点到接收器节点的声信号行程时间、发送器节点的浸入深度、发送器节点浸入深度处的声速；-根据行程时间和在发送器节点浸入深度处的声速来确定节点间的近似距离，其对应于发送器节点和接收器节点之间的直线路径；以及，所述反演过程采用所述节点间的近似距离进行初始化。也就是说，反演过程(其提取节点间距离的估计)采用(根据已知方法，假设在信道中声速恒定)简单确定的节点间近似距离来进行初始化。根据(第一、第二和第三实施方式中的任意一种的)特定特征，该方法由所述接收器节点或集中系统来执行。在另一个实施例中，本发明涉及一种计算机程序产品，包括程序代码指令，当所述程序在计算机或处理器上执行时，用于实施上述方法(其不同实施例的任何一个中)。在另一实施例中，本发明涉及一种非临时性计算机可读载体介质，存储了当所述程序被计算机或处理器执行时，使计算机或处理器执行上述方法(其不同实施例的任何一个中)的程序。在另一实施例中，本发明提出了一种用于估计在发送器节点和接收器节点之间节点间距离的装置，该发送器节点和接收器节点属于包括沿拖曳的声学线天线布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点将传送到接收器节点，其特征在于，该装置包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的设备，所述声速剖面取决于深度。
经由指示性和非详尽的示例以及附图的方式，本发明实施例的其他特点和优势将在下述描述中变得更明显，其中:-图1，参照现有技术已描述过，介绍了由地震勘探船拖曳的地震拖缆网络示例；-图2，参照现有技术已描述过，详细示出了图1中标记为C的�？�(即，拖缆的一部分)；-图3到6，参照现有技术已描述过，分别介绍了声速剖面(图的左部)和相应的射线路径(图的右部)；-图7，参照现有技术已描述过，介绍了温暖海域的典型声速剖面示例；-图8为根据本发明的方法的第一实施例的流程图；-图9是根据本发明的方法的第二实施例的流程图；-图10是根据本发明的方法的第三实施例的流程图；-图11是反演过程的流程图，该反演过程提供声速剖面的估计，要将其用作图8的第一实施例中的输入；以及-图12示出了根据本发明特定实施例的估计装置的简化结构。
具体实施例方式根据现有技术，上面已对图1至图7进行了说明。在以下的说明中，被看作是估计在发送器节点A和接收器节点B之间的节点间距离的示例，如图1所示，并且归属于沿地震拖缆20a至20e布置的节点14的网络。现参照里I我们提出了根据本发明方法的第一实施例。步骤81中，发送器节点A通过水下声信道将声信号发送到接收器节点B。步骤82中，接收器节点B接收声信号。步骤83，包括测量发送器节点A和接收器节点B之间的行程时间tAB。步骤84中，获知节点A在浸入深度zA处的声速C(Za),使用下述经典公式:DAB =C (zA) *tAB,确定节点A和节点B之间节点间的近似距离Dab。同样步骤84中，获知节点A和B的浸入深度(分别为zA和zB，其可以是彼此不相同的)、节点间的近似距离Dab(见上文)以及声速剖面C(Z)的估计，我们估计节点A和B之间的声传播(使用声传播模型，例如，射线理论模型；相应的方法称为“射线路径跟踪方法”)，即，我们估计节点A和B之间实际路径的形状(其为弧形)(在步骤85中估计该弧形的长度Lab) ο可以用其他声传播模型代替射线理论模型，来评价节点B处接收的信号，例如抛物线方程，波数集成或正常模式(该选择取决于所考虑的频率、水深、范围相关性……)。获得声速剖面C(Z)估计的不同方法在下面介绍。步骤85中，估计节点A和B之间的弧长Lab(实际路径)。步骤86中，已知弧长Lab，我们可以计算距离估计误差:ε = LAB_DAB。最后，步骤87中，通过计算:D’ = Dab-ε，我们可确定校正的距离D’ AB，S卩，节点A和B之间节点间距离的估计。因此，节点A和B之间的节点间距离估计得更加精确。具有多种不同方式来获得声速剖面C(Z)的估计: 使用环境的先验知识:访问全球声速剖面数据库； 使用直接测量的方法:使用测量装置(例如，海水深度温度自记仪，舍弃式海水深度温度自记仪(XBT)，舍弃式声速计(XSV)，声速计，等)；或者 使用间接测量的方法:使用反演过程(见下文图11描述)；或者
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在各层次的不同节点上使用声学方法，从而发现它们潜在的不同深度(比较BroadSeis 方法(商标))。SI!是一个反演过程的流程图，该反演过程提供声速剖面C(Z)的估计，将其用作图8的第一实施例中的输入。步骤111中，通过水下声信道，发送器节点(例如，节点A或靠近A的节点)将声信号发送到接收器节点(例如，节点B或靠近B的节点)。步骤112中，接收器节点接收声信号，根据信道属性作为失真的接收信号。实际上，由节点器发出的信号将会在海洋表面和海底上经历反射，或者由声速梯度引起的折射。步骤113中，从失真的接收信号获得一组观测量(数据)。例如，观测量可以是两个节点间信道的脉冲响应。步骤114中，该观测量用于执行环境属性和尤其是声速剖面的反演，假设节点间距离(发射器节点和接收器节点之间)已知，并且等于先前获得的节点A和B之间节点间近似距离(DAB = C(zA)*tAB)。也就是说，使用从失真的接收信号提取的观测量，并将其与传播模型(通过成本函数的优化过程)匹配可以获得声速剖面的估计。例如，如果观测量是两节点间信道的脉冲响应，那么执行匹配的脉冲响应过程(MIR)可给出声速剖面的估计(通过将观测到的脉冲响应与模型化的脉冲响应相比较，每一个对应于一个不同的已知声速剖面)。步骤114中，反演过程可通过访问全球声速剖面数据库或使用直接测量方法(见上文详述)得到的估计来进行初始化。在一个变形中，为了获得更好的结果，执行图11的反演过程的多次迭代(也叫做实现)，以便利用空间分集(使用不同节点对)和/或时间分集(在至少两个不同的时刻使用相同的节点对)。每一次迭代提供声速剖面的中间估计(例如，通过计算平均值)。
在一个变形中，如果不同节点位于不同深度，获得的垂直水柱采样为声速剖面估计给出了更好的结果。也就是说，不同节点对具有不同的深度是有利的。我们使用下面的定义:如果第一对发送器节点与第二对发送器节点深度不同，和/或第一对接收器节点与第二对接收器节点深度不同，则第一对和第二对节点具有不同的深度。现参照_，我们提出了根据本发明方法的第二实施例(共同提取声速剖面估计和节点间距离估计的反演过程)。步骤91中，通过水下声信道(即，水柱)，发送器节点A将声信号发送到接收器节点B。步骤92中，接收器节点B接收声信号，根据信道属性作为失真的接收信号。实际上，由节点发出的信号会在海洋表面和海底上经历反射，或者由声速梯度引起的折射。步骤93中，我们从失真的接收信号获得一组观测量(数据)。例如，观测量可以是两个节点间信道的脉冲响应。步骤94中，该观测量用于执行环境属性、尤其是声速剖面估计以及连同节点间距离Lab估计的反演。也就是说，使用从失真的接收信号提取的观测量，将其与一些采用传播模型获得的(通过成本函数的优化过程)相匹配可以共同获得声速剖面的估计和节点间距离的估计。例如，如果观测量是两节点间信道的脉冲响应，那么执行匹配的脉冲响应过程(MIR)可给出声速剖面的估计和节点间距离的估计(通过将观测到的脉冲响应和模型化的脉冲响应相比较，每个模型化的脉冲响应对应于不同对的已知声速剖面和已知节点间距离)。步骤94中，反演过程可采用节点间的近似距离Dab(如在附图8中示出的第一实施例所述的:Dab = C (zA) *tAB来确定)进行初始化，即，假设声速恒定情况下估计的节点间距离。现参照_，我们提出了根据本发明方法的第三实施例(仅提取节点间距离估计的反演过程)。步骤101中，通过水下声信道(即，水柱)，发送器节点A将声信号发送到接收器节点B。步骤102中，接收器节点B接收声信号，根据信道属性作为失真的接收信号。实际上，由节点发出的信号会在海洋表面和海底上经历反射，或者由声速梯度引起的折射。步骤103中，我们从失真的接收信号获得一组观测量(数据)。例如，观测量可以是两个节点间信道的脉冲响应。步骤104中，该观测量用于执行环境属性，尤其是节点间距离估计的反演，假设声速剖面是已知的(例如，通过访问全球声速剖面数据库或使用直接测量方法一见上文详述)。也就是说，使用从失真的接收信号提取的观测量，将其与传播模型(通过成本函数的优化过程)相匹配可以获得节点间距离的估计。例如，如果观测量是两节点间信道的脉冲响应，那么执行匹配的脉冲响应过程(MIR)给出节点间距离的估计(通过将观测到的脉冲响应与模型化的脉冲响应相比较，每个模型化的脉冲响应对应于不同已知节点间距离)。步骤104中，反演过程可采用节点间近似距离Dab(根据对附图1中示出的所述第一实施例的描述来确定)进行初始化，即，假设声速恒定情况下估计的节点间距离。现参照图12，我们提出了根据本发明具体实施例的估计装置120 (用于估计节点间距离)的简化结构。该估计装置120可以是声节点(例如前面示例中的接收器节点B)、节点管理系统或导航系统。它包括只读存储器(ROM) 123、随机存取存储器(RAM) 121和处理器122。只读存储器123 (非临时性计算机可读载体介质)存储可执行程序代码指令，其可由处理器122执行来实施本发明的技术方案(例如，图8的步骤82到87 ;或者图9的步骤92到94 ;或者图10的步骤102到104)。初始化时，前述程序代码指令从只读存储器123传送到随机存取存储器121，以便由处理器122执行。随机存取存储器121同样也包括存储该执行需要的变量和参数的寄存器。处理器122接收下述信息(分别用124a至124e来标记): 声信号(由发送器节点发射，并且由接收器节点接收)， 节点A在浸入深度zA处的声速C(Za)， 节点A和B分别的浸入深度Za和zB， 声速剖面C(Z)的估计，以及 传播模型根据程序代码指令，处理器122给出了节点间距离125的估计。上述估计方法的所有 步骤同样也可以实现: 通过一组程序代码指令的执行，该程序代码指令由可再编程计算机来执行，例如PC型设备、DSP (数字信号处理器)或者微控制器。该程序代码指令可存储在可拆卸(例如，软盘、CD-ROM或DVD-ROM)或不可拆卸的非临时性计算机可读载体介质中；或者.通过专用机或组件，例如FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或任何专用硬件组件。
权利要求
1.一种估计发送器节点(A)和接收器节点(B)之间的节点间距离的方法，该发送器节点和接收器节点归属于包括沿拖曳的声学线天线(20a_20e)布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点传送到接收器节点，其特征在于:该方法包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的步骤(83-87 ；93-94 ; 103-104)，所述声速剖面取决于深度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计节点间距离的步骤包括以下步骤: -获得(83，84)声信号从发送器节点到接收器节点的行程时间、发送器节点和接收器节点的浸入深度、发送器节点浸入深度处的声速以及声速剖面的所述估计； -根据行程时间和在发送器节点浸入深度处的声速，确定(84)节点间的近似距离(Dab)，其对应于在发送器节点和接收器节点之间的直线路径； -使用声音传播模型，并获知发送器节点和接收器节点的浸入深度、节点间的近似距离以及声速剖面的估计，来估计(84)发送器节点和接收器节点之间的声传播，所述估计声传播的步骤提供了在发送器节点和接收器节点之间的弧形路径的弧长(Lab);以及 -确定(86-87)节点间距离的估计(D’ 其为节点间的所述近似距离与由所述弧长和节点间的所述近似距离之差定义的距离估计误差之间的差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用至少一个属于下述组中的方法实施获得声速剖面估计的步骤，该组包括: -访问至少一个声速剖面数据库的方法:以及 -使用测量设备和/或声 学方法，进行直接测量的方法。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用间接测量的方法来实施获得声速剖面估计的步骤，使用反演过程(111-114)，其从至少一个失真声信号中提取声速剖面的估计，该失真声信号由声信号通过所述水下声信道在一对节点之间的传送造成。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反演过程从失真声信号中提取声速剖面的估计，该失真声信号由所述声信号通过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用空间分集，使用至少两个不同节点对，和/或利用时间分集，使用在至少两个不同时刻处的相同节点对，执行所述反演过程的至少两次迭代，每一次迭代都提供声速剖面的中间估计，并且其特征在于获得声速剖面的估计的步骤包括组合声速剖面的中间估计以获得声速剖面最终估计的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少两个不同节点对具有不同的深度，如果第一对发送器节点与第二对发送器节点深度不同，和/或如果第一对接收器节点与第二对接收器节点深度不同，则第一对和第二对节点定义为具有不同深度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计节点间距离的步骤包括使用反演过程的步骤(94)，该反演过程从失真声信号中联合提取声速剖面的估计和节点间距离的估计，该失真声信号由所述声信号通过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述估计节点间距离的步骤包括以下步骤:-获得声速剖面的所述估计；以及 -使用反演过程(104)，所述反演过程从失真声信号中提取节点间距离的估计，该失真声信号由所述声信号通过所述水下声信道在所述发送器节点和所述接收器节点之间的传送造成，并且获知声速剖面的所述估计。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用至少一个属于下述组中的方法实施获得声速剖面的估计的步骤，该组包括: -访问至少一个声速剖面数据库的方法:以及 -使用测量设备和/或声学方法，进行直接测量的方法。
11.根据权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，所述估计节点间距离的步骤包括以下步骤: -获得声信号从发送器节点到接收器节点的行程时间、发送器节点的浸入深度、发送器节点浸入深度处的声速； -根据行程时间和在发送器节点浸入深度处的声速，确定节点间的近似距离(Dab)，其对应于发送器节点和接收器节点之间的直线路径； 以及，其特征在于，所述反演过程采用节点间的所述近似距离进行初始化。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法，其特征在于，该方法由所述接收器节点或集中式系统来执行。
13.计算机程序产品，其特征在于，其包括当所述程序在计算机或处理器上执行时，用于实施根据权利要求1-12中的至少一项所述的方法的程序代码指令。
14.一种非临时性计算机可读载体介质,其存储当由计算机或处理器执行时,会使计算机或处理器实施根据权利要求1-12中的至少一项所述的方法的程序。
15.一种用于估计在发送器节点和接收器节点之间的节点间距离的设备(120)，该发送器节点和接收器节点属于包括沿拖曳的声学线天线布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点传送到接收器节点，其特征在于，该设备包括用于根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的装置(121-123)，所述声速剖面取决于深度。
全文摘要
本发明提出了一种估计发送器节点(A)和接收器节点(B)之间的节点间距离的方法，该发送器节点和接收器节点归属于包括沿拖曳的声学线天线(20a-20e)布置的多个节点的网络，声信号通过水下声信道被从发送器节点传送到接收器节点。该方法包括根据水下声信道的声速剖面的估计来估计节点间距离的步骤，所述声速剖面取决于深度。
文档编号G01S11/14GK103176210SQ20121059900
公开日2013年6月26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
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