本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于海洋物探的抗多途干擾獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法,屬于海洋地震拖纜系統(tǒng)中的多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位領(lǐng)域。
背景技術(shù):水下多纜定位技術(shù)是海上地震勘探技術(shù)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。精確的拖纜定位可以保證較高的三維地震成像精度,為后續(xù)開發(fā)方案的制定提供可靠的依據(jù)。但由于在海上地震數(shù)據(jù)采集時(shí),拖纜長度達(dá)到數(shù)千米,受海流影響,其位置時(shí)時(shí)都在變化,且拖纜布放的深度較淺,聲傳播過程中海面反射聲的影響明顯。現(xiàn)有技術(shù)對海上石油勘探中的水下多纜定位原理、特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析,并建立了海上地震勘探多纜定位模型,但對于如何有效抗多途干擾和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取方面較少涉及,文獻(xiàn)中采用逐步解算方法定位水鳥位置,會間接影響聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位的精度,降低系統(tǒng)的探測效果。長基線水聲定位技術(shù)要求精確獲取每個(gè)接收水鳥和發(fā)射水鳥的相對距離,而由于每條拖纜上間隔布放發(fā)射水鳥和接收水鳥,在拖纜的數(shù)目多、長度長的情況下,水鳥的數(shù)目龐大,且拖纜布放的深度較淺,聲傳播過程中海面反射聲的影響明顯,這就導(dǎo)致當(dāng)發(fā)射水鳥同時(shí)工作時(shí),每個(gè)接收水鳥都會接收到一長串具有數(shù)個(gè)峰值的脈沖信號,無法從這一長串脈沖信號中準(zhǔn)確提取需要的直達(dá)峰值,導(dǎo)致無法獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明解決的技術(shù)問題為:克服現(xiàn)有技術(shù)不足,提出一種應(yīng)用于海洋物探的抗多途干擾獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法,能夠抗多途干擾獲取聲信號直達(dá)時(shí)間,準(zhǔn)確獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法。本發(fā)明解決的技術(shù)方案為:一種應(yīng)用于海洋物探的抗多途干擾獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法,如圖10所示,步驟如下:(1)在接收到指令后,發(fā)射水鳥向接收水鳥發(fā)射聲信號即時(shí)域脈沖信號,接收水鳥收到的某發(fā)射頻率的發(fā)射水鳥發(fā)射的直接到達(dá)該接收水鳥的直達(dá)信號和經(jīng)海面反射到達(dá)該接收水鳥的多途信號;(2)設(shè)定搜索窗的時(shí)間寬度,設(shè)置幅度上限和幅度下限,對該接收水鳥收到的時(shí)域脈沖信號進(jìn)行采樣;以搜索窗的時(shí)間寬度為單位寬度在濾波放大后的時(shí)域脈沖信號上進(jìn)行循環(huán)搜索,對每個(gè)搜索窗的時(shí)間寬度內(nèi)的所有采樣點(diǎn)的脈沖幅度進(jìn)行判斷,若某采樣點(diǎn)脈沖幅度大于幅度上限,判定該采樣點(diǎn)信號幅度大于幅度上限的信號是接收的脈沖信號;(3)以步驟(2)幅度大于幅度上限的該采樣點(diǎn)為起點(diǎn)對時(shí)域脈沖寬度進(jìn)行計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)時(shí)間為發(fā)射脈沖寬度的一半,第一次出現(xiàn)信號幅度大于幅度上限的采樣點(diǎn),則直接將該采樣點(diǎn)接收的脈沖信號判定為有效脈沖,即直達(dá)信號;若某采樣點(diǎn)的脈沖幅度小于幅度上限,則將該采樣點(diǎn)的脈沖幅度再與設(shè)定的幅度下限比較,若該接收的采樣點(diǎn)的脈沖幅度大于幅度下限則暫時(shí)保存該采樣點(diǎn)接收的脈沖信號,進(jìn)行步驟(4);(4)判斷步驟(4)暫時(shí)保存采樣點(diǎn)接收的脈沖信號的發(fā)射脈沖寬度的另一半內(nèi)是否有同樣幅度的脈沖出現(xiàn),有同樣的幅度脈沖出現(xiàn)則認(rèn)為暫存的脈沖是有效脈沖,將此有效脈沖判定為直達(dá)信號;(5)將該直達(dá)信號的采樣時(shí)間作為該接收水鳥接收到的該發(fā)射水鳥發(fā)射的聲信號的直達(dá)時(shí)間ti;遍歷所有接收水鳥和發(fā)射水鳥,能夠得到各個(gè)接收水鳥接收到的各個(gè)發(fā)射水鳥發(fā)射的聲信號的直達(dá)時(shí)間ti。所述發(fā)射聲信號的脈沖寬度0.5ms~1ms,直達(dá)信號、多途信號脈沖寬度0.5~1ms。所述設(shè)定的搜索窗的時(shí)間寬度為發(fā)射信號脈沖寬度的0.25~0.5倍之間。所述幅度上限為發(fā)射信號幅度的1/50,幅度下限為發(fā)射信號幅度的1/150。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)本發(fā)明的方法簡單,原理清楚,能夠滿足拖纜系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。(2)本發(fā)明采用多頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模型,所有水鳥可以同時(shí)工作,提高拖纜系統(tǒng)的工作效率。(3)本發(fā)明采用抗多途干擾方案,避免漏報(bào)直達(dá)信號。附圖說明圖1(a)為水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的兩種組網(wǎng)方式1示意圖,(b)為水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的兩種組網(wǎng)方式2示意圖;圖2為本發(fā)明抗多途干擾方案流程圖;圖3為逐步解算方案示意圖;圖4為本發(fā)明全局解算方案示意圖;圖5為本發(fā)明長基線水聲定位模型示意圖;圖6為本發(fā)明簡單構(gòu)造的水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)示意圖;圖7為本發(fā)明算例各水鳥布放距離示意圖;圖8的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分別為本發(fā)明6個(gè)接收水鳥收到的仿真擬合脈沖信號示意圖;圖9(a)為本發(fā)明X坐標(biāo)定位結(jié)果絕對誤差示意圖,(b)為本發(fā)明Y坐標(biāo)定位結(jié)果絕對誤差示意圖。圖10本發(fā)明的流程圖具體實(shí)施方式本發(fā)明一種應(yīng)用于海洋物探的抗多途干擾獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法,首先根據(jù)水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的組網(wǎng)方式確定輪詢方案;其次采用多頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模型獲取指定接收水鳥與發(fā)射水鳥的時(shí)域信號,若直達(dá)信號與多途信號能分開,則提取直達(dá)信號,若直達(dá)信號與多途信號重疊,則采用另一種抗多途方案去掉多途信號;最后獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法。本發(fā)明所述多頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:所有發(fā)射水鳥和接收水鳥可以同時(shí)進(jìn)行工作,大大提高了拖纜系統(tǒng)的效率,縮短了定位解算的時(shí)間,提高了聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的抗多途干擾效果,抗多途干擾,準(zhǔn)確獲取聲信號直達(dá)時(shí)間的方法。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述,海上拖纜系統(tǒng)一般由3~4條拖纜組成,拖纜之間平行布放。對多纜的聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)主要由發(fā)射水鳥和接收水鳥組成,每條拖纜的組成一樣,其組網(wǎng)方式主要有兩種,若拖纜較短(每根拖纜小于等于1km),可在拖纜前端和末端放置發(fā)射水鳥(即聲學(xué)鳥),中間放置接收水鳥(即水平鳥),如圖1(a)所示;若拖纜較長(每根拖纜大于1km),由于高頻聲信號衰減較大,發(fā)射水鳥只在前端和末端布放會導(dǎo)致中間的接收水鳥接收不到信號,一般采取發(fā)射、接收水鳥間隔布放的原則,如圖1(b)所示,發(fā)射水鳥為實(shí)心圓,接收水鳥為空心圓,水鳥之間通過拖纜內(nèi)的連接電纜傳遞數(shù)據(jù),根據(jù)高頻聲信號的衰減大小,一般將水鳥的間距定為50米~100米。本發(fā)明所述多頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取方案中所有發(fā)射水鳥和接收水鳥可以同時(shí)進(jìn)行工作,大大提高了拖纜系統(tǒng)的效率,縮短了定位解算的時(shí)間,提高了聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的抗多途干擾效果,采用全局解算算法減小了定位誤差。本發(fā)明優(yōu)選的方案為:一種水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位方法,包括確定水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的組網(wǎng)方式階段、多頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取階段、抗多途干擾階段和全局解算求解所有水鳥的位置信息階段;所述確定水下多纜聲學(xué)網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)的組網(wǎng)方式階段步驟如下:(1)確定海上拖纜系統(tǒng)中拖纜數(shù)量和每條拖纜上的發(fā)射水鳥和接收水鳥的數(shù)量,確定每條拖纜的長度,若每條拖纜的長度小于等于1km,則進(jìn)行步驟(2),若每條拖纜的長度大于1km,則進(jìn)行步驟(3);所述發(fā)射水鳥能夠發(fā)射聲信號,接收水鳥能夠接收聲信號;設(shè)每條拖纜上有N個(gè)發(fā)射水鳥和M個(gè)接收水鳥,為同一條拖纜上的發(fā)射水鳥設(shè)置相同的發(fā)射頻率,為不同拖纜上的發(fā)射水鳥設(shè)置不同的聲信號發(fā)射頻率;(2)在接收到指令后,向每條拖纜的發(fā)射水鳥和接收水鳥發(fā)出統(tǒng)一的啟動脈沖,使每條拖纜的各個(gè)發(fā)射水鳥和接收水鳥啟動,在接收到啟動脈沖信號后,發(fā)射水鳥和接收水鳥開始工作,每條拖纜的發(fā)射水鳥同時(shí)工作,發(fā)出不同發(fā)射頻率的聲信號,接收水鳥接收聲信號;要確定某一拖纜某個(gè)接收水鳥與某發(fā)射水鳥之間的相對距離時(shí),將該接收水鳥收到的聲信號脈沖以該發(fā)射水鳥發(fā)射的聲信號的發(fā)射頻率為中心頻率,帶寬1kHz進(jìn)行濾波后再放大,得到發(fā)射頻率的時(shí)域脈沖信號,這些發(fā)射頻率的時(shí)域脈沖信號包括該發(fā)射水鳥直接到達(dá)該接收水鳥的直達(dá)信號和發(fā)射水鳥未直接到達(dá)該接收水鳥的多途信號;遍歷所有接收水鳥,得到拖纜上各個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號;所述多頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取階段步驟如下:(3)將每根拖纜分成N階,每階拖纜的第一個(gè)水鳥為發(fā)射水鳥,每階其余水鳥為接收水鳥;對某一階拖纜進(jìn)行定位時(shí),除這一階的發(fā)射水鳥、接收水鳥開始工作外,拖纜的其它階所有發(fā)射水鳥和接收水鳥關(guān)閉,即所有拖纜的第一階中的發(fā)射水鳥先發(fā)射聲信號,所有拖纜的第一階中的接收水鳥接收聲信號,然后所有拖纜的第二階中的發(fā)射水鳥再發(fā)射聲信號,所有拖纜的第二階中的接收水鳥接收聲信號,以此類推,直至所有拖纜的第N個(gè)階中的發(fā)射水鳥發(fā)射聲信號,所有拖纜的第N階中的接收水鳥接收聲信號;要確定某一拖纜某個(gè)接收水鳥與發(fā)射水鳥之間的相對距離時(shí),將該接收水鳥收到的聲信號脈沖以該發(fā)射水鳥發(fā)射的聲信號的發(fā)射頻率為中心頻率,帶寬1kHz進(jìn)行濾波后再放大,得到發(fā)射頻率的時(shí)域脈沖信號,這些發(fā)射頻率的時(shí)域脈沖信號包括該發(fā)射水鳥直接到達(dá)該接收水鳥的直達(dá)信號和發(fā)射水鳥未直接到達(dá)該接收水鳥的多途信號;遍歷所有接收水鳥,得到每一階拖纜上各個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號;(4)對步驟(2)拖纜上各個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號和步驟(3)得到的每一階拖纜上各個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號的時(shí)域進(jìn)行判斷,即若某個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號中的直達(dá)信號與多途信號能夠在時(shí)域上分開,進(jìn)行步驟(5);若接收水鳥在距離海平面6.5米以內(nèi)(發(fā)射的時(shí)域脈沖信號脈寬為0.5ms時(shí))或者接收水鳥在距離海平面9米(發(fā)射的時(shí)域脈沖信號脈寬為1ms時(shí))以內(nèi),判定某個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號中的直達(dá)信號與多途信號時(shí)域上重疊;接收水鳥在距離海平面6.5米之上(發(fā)射的時(shí)域脈沖信號脈寬為0.5ms時(shí))或者接收水鳥在距離海平面9米之上(發(fā)射的時(shí)域脈沖信號脈寬為1ms時(shí)),判定某個(gè)接收水鳥收到的各發(fā)射水鳥發(fā)射的時(shí)域脈沖信號中的直達(dá)信號與多途信號時(shí)域上能分開。所述抗多途干擾階段步驟如下:(5)設(shè)定搜索窗的時(shí)間寬度,搜索窗的寬度小于某接收水鳥收到的時(shí)域脈沖信號的時(shí)長,對接收水鳥收到的時(shí)域脈沖信號進(jìn)行采樣,將某接收水鳥收到的時(shí)域脈沖信號的所有采樣點(diǎn)的信號幅度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均,得到平均幅度,將每個(gè)采樣點(diǎn)的信號幅度與該平均幅度做比,得到每個(gè)采樣點(diǎn)的幅度比;以該搜索窗的時(shí)間寬度為單位寬度在濾波放大后的時(shí)域脈沖信號上進(jìn)行循環(huán)搜索,在每個(gè)搜索窗的時(shí)間寬度內(nèi)找到幅度比最大的采樣點(diǎn),然后將每個(gè)搜...