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用于采集地球物理学数据的自控水下航行器

阅读：647发布：2020-05-14

IPRDB可以提供用于采集地球物理学数据的自控水下航行器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且作为第一个目的，本发明具有一种为了采集海床附近的重力梯度和磁力梯度而安装的自控水下航行器，其特征在于，该航行器包括：‑至少一个重力梯度仪；‑至少一个磁力梯度仪。特别地，该自安装的水下航行器允许深到3,000m的水下勘探。本发明的第二个目的涉及一种下层土的地球物理学特征的分析方法，包括特征为以下步骤的水下环境中的重力梯度和磁力梯度的采集：‑使用根据本发明的自安装的水下航行器；‑将航行器沉入到海床附近；‑沿编程的路线航行；‑采集和存储由该重力梯度仪和该仪器收集的、与地理测量点相关的数据；‑恢复收集的数据且使用该数据用于下层土的地球物理学分析。，下面是用于采集地球物理学数据的自控水下航行器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于采集海床附近的重力梯度和磁力梯度的自安装的水下航行器(100)，其特征在于，所述航行器(100)包括：-包括具有在低于10-1Hz的频率范围内的为的灵敏度的两个加速计的至少一个重力梯度仪(5)；

-至少一个磁力梯度仪(5)。

2.根据权利要求1所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述重力梯度仪(5)测量所述重力梯度的垂直分量Tzz。

3.根据权利要求2所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述频率范围是10-4Hz至10-

2Hz。

4.根据前述权利要求1所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述重力梯度仪(5)定位在所述自安装的水下航行器(100)的重心。

5.根据权利要求1所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述磁力梯度仪(4)由与所述航行器(100)一体的、且位于所述航行器(100)的外壳(1)的内部和/或外部的至少两个标量磁力计(12)组成。

6.根据权利要求5所述的自安装的水下航行器(100)，其中形成所述磁力梯度仪(4)的所述标量磁力计(12)为3个。

7.根据权利要求5所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述标量磁力计(12)相互间隔开20cm至10m的距离定位。

8.根据权利要求7所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述标量磁力计(12)相互间隔开40cm至1.5m的距离定位。

9.根据权利要求5所述的自安装的水下航行器(100)，其中形成所述磁力梯度仪(4)的所述标量磁力计(12)以高达0.01nT的精确度实施磁场的测量。

10.根据权利要求9所述的自安装的水下航行器(100)，其中形成所述磁力梯度仪(4)的所述标量磁力计(12)以高达0.1nT的精确度实施磁场的测量。

11.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述标量磁力计(12)用核磁共振技术测量所述磁场。

12.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)，包括：-外壳(1)；

-至少一个推进系统(3)；

-至少一个致动系统(2)；

-至少一个供电系统(7)；

-至少一个控制系统(6)。

13.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述外壳(1)使所述航行器(100)具有高空气动力学性能。

14.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述外壳(1)的总长度的范围为50cm至15m。

15.根据权利要求14所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述外壳(1)的总长度的范围为3m至10m。

16.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中向所述外壳(1)内部能够注水以避免过多压力负荷。

17.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述外壳(1)内部存在可发泡聚合物泡沫。

18.根据权利要求中12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述推进系统(3)包括定位在尾部的至少一种推进器，所述推进器能够保证用于所述航行器(100)的航行的必要推力。

19.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述致动系统(2)包括用于引导所述航行器(100)的至少一个舵，和/或用于保证沿着所述航行器(100)的路线的稳定性的至少一个稳定器。

20.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述供电系统(7)包括至少一个电池和/或所述电池的管理系统，所述电池的管理系统能够优化和保护电池且还能够管理充电/放电过程。

21.根据权利要求20所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述电池为锂电池。

22.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述供电系统(7)具有至少两个电池，所述至少两个电池中的至少一个用于给器载电子设备供电，且至少一个用于给所述推进系统(3)和所述致动系统(2)供电。

23.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述控制系统(6)由电子处理器组成，除所述自安装的水下航行器(100)上存在的仪器外，所述电子处理器还能够控制所述推进系统(7)和/或所述致动系统(2)和/或所述供电系统(7)。

24.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述控制系统(6)为可编程的系统。

25.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)，包括至少一种以下仪器：-水深测量器；

-回声测深仪；

-障碍物探测器；

-声纳；

-速度计；

-甲烷传感器；

-温度计。

26.根据权利要求25所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述速度计是DLV(多普勒计程仪)类型的。

27.根据权利要求25所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述甲烷传感器探测海床附近烃类的可能的存在，所述烃类的可能的存在不能在海平面处或海平面之上探测。

28.根据权利要求25所述的自安装的水下航行器(100)，其中由各种器载仪器收集的数据保存在所述航行器(100)上存在的至少一个电子文档内。

29.根据权利要求28所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述收集的数据由所述航行器(100)通过至少一种以下方式传送到外部数据收集库：-无线电或无线通信系统；

-线缆；

-无线电调制解调器(10)。

30.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，包括定位系统，所述定位系统包括至少一种以下仪器：-GPS卫星系统(9)；

-光学发射机(8)；

-无线电发射机；

-声学发射机；

-应答器。

31.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)，所述自安装的水下航行器(100)允许到3,000米的深度的水下勘探。

32.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述供电系统(7)和所述控制系统(6)容纳在密封容器中，所述密封容器定位在所述外壳内部且可抵抗高达400巴的压力。

33.根据权利要求12所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述航行器(100)的所述外壳的内部是密封的和防水的，且所述外壳由能够抵抗高达400巴的压力的特征和材料制成。

34.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)，包括沉入/浮出系统。

35.根据权利要求34所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述沉入/浮出系统由两个电动机械压舱物释放单元组成，所述两个电动机械压舱物释放单元允许一旦达到所需的勘探深度就释放第一个压舱物负载，且允许释放第二个压舱物负载以允许所述航行器(100)从所述深度浮出。

36.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)用于识别对石油勘探有用的潜在区域的用途。

37.根据权利要求5至10中的任一项所述的自安装的水下航行器(100)用于监控与水下区域中的烃类的生产和/或存储有关的质量变化的用途。

38.根据权利要求1所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述重力梯度仪(5)包括：-第一球形壳体(13)，所述第一球形壳体(13)连接至所述自安装的水下航行器(100)且能够抵抗高压力；

-第二壳体(14)，所述第二壳体(14)具有比所述第一壳体(13)更小的尺寸且通过万向节头系统(17)连接至所述第一壳体(13)；

-第三壳体(15)，所述第三壳体(15)具有比所述第二壳体(14)更小的尺寸且通过万向节头(18)连接至所述第二壳体(14)，所述万向节头(18)允许所述第三壳体(15)在第二壳体(14)内部摆动，其中所述第三壳体设置有安装在其下部的配重系统(19)；

-沿垂线对齐的两个加速计(16)，所述两个加速计(16)相互间隔开小于60cm的距离定位且所述两个加速计(16)限制在所述第三壳体(15)的结构内部。

39.根据权利要求38所述的自安装的水下航行器(100)，其中所述重力梯度仪(5)的所述加速计(16)相互间隔开10cm至40cm的距离定位。

40.一种下层土的地球物理学特征的分析方法，包括特征为以下步骤的水下环境中的重力梯度和磁力梯度的采集：-使用根据权利要求1-39中任一项所述的用于采集海床附近的重力梯度和磁力梯度的自安装的水下航行器(100)；

-将所述航行器(100)沉入到所述海床附近；

-沿编程的路线航行；

-采集和存储由所述航行器(100)中包括的至少一个重力梯度仪、至少一个磁力梯度仪和仪器收集的、与地理测量点相关的数据；

-恢复收集的所述数据且使用所述数据用于所述下层土的地球物理学分析。

41.根据权利要求40所述的下层土的地球物理学特征的分析方法，其中所述航行器(100)潜入离海底20米至150米的勘探深度。

42.根据权利要求40所述的下层土的地球物理学特征的分析方法，其中在所述采集步骤的过程中，所述航行器(100)沿着具有在水平面上的轨迹的编程的路线前进以避免仪器测量的扰动。

43.根据权利要求40所述的下层土的地球物理学特征的分析方法，其中分析和组合通过无线连接或线缆连接从所述航行器(100)恢复的收集的所述数据以获得关于所述下层土的地球物理学状态的准确信息。

说明书全文

用于采集地球物理学数据的自控水下航行器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于采集地球物理学数据的自控水下航行器，该自控水下航行器装有用于收集海床上的数据的仪器。

背景技术

[0002] 海床的分析允许获得关于下层土自身的成分和结构的有用信息。

[0003] 特别地，下层土的某些区域的正确评估允许识别可能的烃沉积物。

[0004] 使用的分析系统的其中一个为磁力调查，该磁力调查利用地球的磁力且通常在领土的相对较大的区域上进行。

[0005] 不归因于自然或人为原因的磁场的所有变化，是由于下层土岩石中的磁化率差异。提供这些差异的岩石主要为磁性岩石，该磁性岩石通常形成沉积岩放置在其上的基底。

[0006] 磁力调查和磁力梯度的调查允许估计沉积岩的厚度，探测下层土中存在的可能的火山侵入/喷出。

[0007] 下层土的另一分析系统以重力测量为代表，重力测量允许监控重力加速度的变化。

[0008] 重力仪允许测量重力加速度，且因此测量下层土岩石的质量差异，揭示位于重力仪之下的岩石的密度的变化，例如玄武岩层的重力作用比盐层的重力作用更大，因为玄武岩的比重比盐的比重高得多。

[0009] 该测量通常需要大量的校正，因为重力的测量受很多因素影响，该因素为诸如区域的地形，例如纬度、潮汐和实施测量所在的水平面。

[0010] 为了获得重要的结果以及为了数据的正确解释，仪器必须达到非常高水平的灵敏度和准确度，在微伽(microGal)(1μGal＝10-8m/sec2)级，即10-9g(重力加速度g＝9.80665m/s2)。在这个灵敏度水平，由于地形的不规则性、或由于水面上的人为赝象、或源自天文学(潮汐)的重力的短暂波动，与下层土中的质量分布无关的乱真效应可以与有用信号重叠，使探测复杂。

[0011] 除了该现象，还有仪器的漂移，对于延长了时间的数据收集，仪器的漂移的作用变得更显著。

[0012] 为了克服这些困难，已经开发出梯度方法，其中待处理的数据为g的梯度张量的分量，确定为相对于固定基底(base)距离测量的g的值之间的差。

[0013] 本领域内有各种使用重力和/或磁力分析用于采集关于下层土的信息的方法和系统。

[0014] 例如，专利WO 2006/020662描述了一种使用合适地装有重力仪器的飞机分析地理区域的方法。

[0015] 特别地，根据这个方法，收集与被检查的区域相关的地理数据，计算与被检查的区域有关的地球物理学参数，然后定义收集的数据与预测的数据之间的关系。

[0016] 这些地球物理学数据可以用重力仪或重力梯度仪显示出，以分析被检查的区域的表面密度。

[0017] 特别地，在烃工业中，已经已知的是由Bell Aerospace(现在的Lockheed Martin)开发的、用于离岸勘探的全张量重力梯度仪(FTG)系统。

[0018] FTG技术的工业应用的两个例子为Air-FTG 和Marine-FTG

[0019] 第一个为空中的重力/重力梯度调查系统，而第二个为海洋中的系统。

[0020] 通过张量分析和扰动(由运输装置和其他外部因素产生)的还原方法，两个系统都提供关于重力梯度的信息。

[0021] 空中的重力梯度分析系统的另一个例子为BHP-Billiton公司的Falcon TM空中重力梯度仪(AGG)，AGG通过飞过地理区域可以测量地球的重力的变化。

[0022] 特别地，梯度的测量获得为由两个重力梯度仪测量的响应之间的差。然后，这个系统揭示的数据必须净化得没有与空中运输装置有关的干扰。

[0023] 然而，已知领域具有各种与测量的重力数据的质量有关的限制，实际上，这些数据通常由定位于海平面附近或甚至在海平面上方的仪器采集，以这种方式，测量仪器经常远离被测量的物体。由质量结构产生的梯度信号的强度随着距离的立方减小，从而由定位于海平面附近或海平面之上的重力梯度仪实施的、与海床相关的重力梯度的探测在信号的准确度方面遭受距离的影响。

[0024] 因此有宽泛的余地用于改进地球物理学探测的质量和可靠性，特别是如果集中于搜索可能适于生产烃类的新地层。

[0025] 本领域的另一已知技术描述于专利申请US 2010/0153050中，其中使用包括重力传感器的AUV用于调查海床附近的重力场。

[0026] 特别地，这个文献描述了一种系统，该系统设置有：包括机动化万向节头的重力传感器、在接头上装配的运动传感器、在接头上装配的重力传感器和能够容纳以上元件、可装配在AUV内部的接受器。

[0027] 然而，使用AUV上的重力仪用于调查重力场具有各种限制。

[0028] 实际上，重力仪不能够将由于重力加速度的作用相对于由于水下航行器沿着垂直分量的惯性加速度的作用分离。

[0029] 相反地，通过用两个加速计测量重力梯度，重力梯度仪允许取消通常对该两个仪器的惯性作用。

发明内容

[0030] 现在申请人发现了一种系统且建立了一种适于测量海床附近的重力数据和磁力数据的设备，以获得比在海平面处或海平面之上获得的重力数据和磁力数据质量上更高的结果。对于重力场和磁场，实际上从使用位于调查的可能物体的有限距离处的传感器实施的调查可以获得的分辨率，在异常的振幅和频率方面更大。

[0031] 此外，在本领域，没有对重力梯度和磁力梯度的组合测量方法。

[0032] 本发明的另一个目的是将重力梯度的测量与磁力梯度的测量相结合，以获得关于海洋下层土的质量上改进的信息。

[0033] 而且，已知领域没有描述用能够达到很深深度的水下运输工具实施的磁力梯度和重力数据的调查和探测方法。

[0034] 本发明的第一个目的因此涉及一种为了采集海床附近的重力数据和磁力数据而安装的自控水下航行器，其特征在于，该航行器包括：

[0035] -至少一个重力梯度仪；

[0036] -至少一个磁力梯度仪。

[0037] 根据本发明的一个优选实施例，该重力梯度仪测量重力梯度的垂直分量Tzz。

[0038] 根据本发明的一个优选实施例，自安装的水下航行器中使用的重力梯度仪包括：

[0039] -第一球形壳体，第一球形壳体连接至自安装的水下航行器且能够抵抗高压力；

[0040] -第二壳体，第二壳体具有比第一壳体更小的尺寸且通过万向节头系统连接至第一壳体；

[0041] -第三壳体，第三壳体具有比第二壳体更小的尺寸且通过万向节头系统连接至第二壳体，该万向节头系统允许第三壳体在第二壳体内部摆动，其中第三壳体设置有安装在其下部的配重系统；

[0042] -沿垂线对齐的两个加速计，两个加速计相互间隔开小于60cm的距离、优选10cm至40cm的距离定位，且两个加速计限制在第三壳体的结构内部。

[0043] 重力梯度仪的使用允许消除由于航行器沿着垂直分量的加速度的作用。

[0044] 由于第二壳体的该万向节头系统、第三壳体的该万向节头和该配重系统，第三壳体内部容纳的加速计始终相对于当地垂线对齐，且同时相互对齐。该接头因此允许自安装的水下航行器的俯仰、偏航和滚动运动被补偿。

[0045] 特别地，该重力梯度仪包括两个加速计，该加速计在宽范围的频率内，优选地在低-1 -4 -2于10 Hz的、且更优选地为10 Hz至10 Hz的宽范围的频率内的灵敏度为

[0046] 该重力梯度仪具有能够保持两个元件的灵敏轴沿当地垂线对齐的悬浮系统，该悬浮系统具有用于实施测量频率带内的梯度测量的必要精度。

[0047] 特别地，该重力梯度仪定位在该自安装的水下航行器的重心，用于减少仪器的测量的扰动。

[0048] 根据本发明的一个优选实施例，该磁力梯度仪由与该航行器一体的、且位于该航行器的外壳内部和/或外部的至少两个标量磁力计、优选地3个标量磁力计组成。

[0049] 根据本发明的一个特定实施例，该标量磁力计相互间隔开一个合适的距离、优选为20cm至10m、更优选50cm至1.5m定位。

[0050] 根据本发明的一个特定实施例，形成该磁力梯度仪的标量磁力计以高达0.01nT、优选高达0.1nT(nT＝10-9特斯拉)的精确度实施磁场的测量。

[0051] 该标量磁力计优选地用核磁共振技术测量磁场。

[0052] 应该指出的是，用于本发明的该标量磁力计在本领域内是已知的且对本领域的技术人员是相对于常规技术手段不需任何另外的劳动即可得到的。

[0053] 根据本发明的一个优选实施例，该自安装的水下航行器包括：

[0054] -外壳；

[0055] -至少一个推进系统；

[0056] -至少一个致动系统；

[0057] -至少一个供电系统；

[0058] -至少一个控制系统。

[0059] 根据本发明的一个优选实施例，该外壳使该航行器具有高空气动力学性能。

[0060] 特别地，该外壳可由铝或玻璃纤维制成，且该外壳的总长度的范围为50cm至15m，优选为3m至10m。

[0061] 根据本发明的一个优选实施例，可以向该外壳内部注水以避免过多压力负荷。

[0062] 根据本发明的一个特定实施例，为了增加该航行器的漂浮，外壳内部存在可发泡聚合物泡沫，优选为通过喷雾技术获得的聚合物泡沫。

[0063] 根据本发明的一个优选实施例，该推进系统包括定位在尾部的至少一种推进器，该推进器能够保证用于该航行器的航行的必要推力。

[0064] 根据本发明的一个优选实施例，该致动系统包括用于引导该航行器的至少一个舵，和/或用于保证沿着该航行器的路线的稳定性的至少一个稳定器。

[0065] 根据本发明的一个优选实施例，供电系统包括至少一个电池、优选为锂电池，和/或该电池的管理系统，该电池的管理系统能够优化和保护电池且还能够管理充电/耗尽过程。

[0066] 在本发明的一个特定实施例中，供电系统具有至少两个电池，至少两个电池中的至少一个用于给器载的电子设备供电，且至少一个用于给推进系统和致动系统供电。

[0067] 根据本发明的一个优选实施例，控制系统由电子处理器组成，除该自安装的水下航行器上存在的仪器外，电子处理器还能够控制推进系统和/或致动系统和/或供电系统。

[0068] 在本发明的一个特定实施例中，该控制系统可以是可编程的。

[0069] 根据本发明的一个优选实施例，该自安装的水下航行器可包括至少一种以下仪器：

[0070] -水深测量器；

[0071] -回声测深仪；

[0072] -障碍物探测器；

[0073] -声纳；

[0074] -速度计；

[0075] -甲烷传感器；

[0076] -温度计。

[0077] 特别地，该水深测量器允许测量该航行器所在的深度，而该回声测深仪允许测量该航行器与海床的距离。

[0078] 特别地，该障碍物探测器和该声纳允许证实在该航行器的前行过程中障碍物的存在。

[0079] 在本发明的一个特定实施例中，该速度计可以是DLV(多普勒计程仪(Doppler Velocity Log))类型的。

[0080] 特别地，甲烷传感器可以探测海床附近烃类的可能的存在，烃类的可能的存在不能在海平面处或海平面之上探测。

[0081] 根据本发明的一个优选实施例，由各种器载仪器收集的数据保存在该航行器上存在的至少一个电子文档内。

[0082] 特别地，该收集的数据可以由该航行器通过至少一种以下方式传送到外部数据收集库：

[0083] -无线电或无线通信系统；

[0084] -线缆；

[0085] -无线电调制解调器。

[0086] 特别地，该无线电调制解调器允许该收集的数据从该深度传送至水面。

[0087] 根据本发明的一个优选实施例，该水下装备的航行器可以包括定位系统，该定位系统包括至少一种以下仪器：

[0088] -GPS卫星系统；

[0089] -光学发射机；

[0090] -无线电发射机；

[0091] -声学发射机；

[0092] -应答器。

[0093] 特别地，在不利的天气条件(诸如例如，雾或大浪)的情况下，该光学发射机、该无线电发射机和/或该声学发射机允许定位航行器。

[0094] 特别地，光学发射机发出光信号，无线电发射机发出无线电信号且声学发射机发出声音信号。

[0095] 通过响应来自支撑船只的询问信号，该应答器允许航行器被定位。

[0096] 除了该装备的水下航行器的材料外，本领域的技术人员可自由选择运动元件、电动机械装置，以使该航行器上存在的仪器上的该运动元件、电动机械装置的干扰最小化，特别地使磁场和重力场的变化最小化。

[0097] 应该指明的是，这些仪器在本领域是已知的且对本领域的技术人员是相对于常规技术手段不需任何另外的劳动即可得到的。

[0098] 应当指明的是，通过由该控制系统提供的指令，该航行器可独立地到达海床或预定的勘探深度。

[0099] 在本发明的一个优选实施例中，该自安装的水下航行器允许在相当大的深度、优选地深达3,000米的水下勘探。

[0100] 特别地，该仪器和该系统可容纳在密封容器内，密封容器可抵抗高压力，优选地可抵抗高达400巴的压力，其中该容器定位在该外壳内部。

[0101] 在本发明的一个进一步的实施例中，航行器的外壳的内部是密封的和防水的，且外壳由能够抵抗高压力、优选高达400巴的压力的特征(characteristics)和材料制成。

[0102] 在本发明的一个优选实施例中，该自安装的水下航行器可以包括沉入/浮出系统。

[0103] 在本发明的一个特定实施例中，该沉入/浮出系统由两个电动机械压舱物释放单元组成，两个电动机械压舱物释放单元允许：一旦达到所需的勘探深度就释放第一个压舱物负载，且释放第二个压舱物负载以允许该航行器从该深度浮出。

[0104] 该沉入/浮出系统通过优化供电系统的运行而允许避免使用推进系统。

[0105] 应该指出的是，为了优化该航行器的节能，通过小型支撑船只、优选地装有用于释放和回收航行器自身的装载起重机的小型支撑船只，可以将该航行器从勘探地点运输且运输至勘探地点。

[0106] 该自安装的水下航行器允许用规则的和/或受限制的调查网络详细勘探，不管被勘探的地点的深度。

[0107] 该合适地编程的控制系统允许航行器实施：

[0108] -以恒定速率在水平面上的直线轨迹；

[0109] -以恒定速率在空间中的直线轨迹；

[0110] -具有编程的曲率半径的在水平面上的弯曲轨迹；

[0111] -具有编程的曲率半径的在空间中的弯曲轨迹。

[0112] 根据一个优选的实施例，该航行器可以用于识别对石油勘探有用的潜在区域。

[0113] 根据另一个优选实施例，该航行器可用于监控与水下区域中的烃类的生产和/或存储有关的质量变化。

[0114] 本发明的第二个目的涉及下层土的地球物理学特征的分析方法，该方法包括特征为以下步骤的水下环境中的重力梯度和磁力梯度的采集：

[0115] -使用根据本发明的自安装的水下航行器；

[0116] -将该航行器沉入到海床附近；

[0117] -沿编程的路线航行；

[0118] -采集和存储由该梯度仪和该仪器收集的、与地理测量点相关的数据；

[0119] -恢复收集的数据且使用该数据用于下层土的地球物理学分析。

[0120] 根据本发明的方法的一个实施例，该航行器潜入优选地离海底20米至150米的勘探深度。

[0121] 根据本发明的方法的一个优选实施例，在该采集步骤的过程中，该航行器沿着具有水平面上的轨迹的编程的路线前进以避免仪器测量的扰动、特别地在该重力梯度仪中的扰动。

[0122] 在本发明的方法的优选实施例中，该收集的数据通过无线连接或线缆连接从该航行器恢复，将被分析和组合，且以获得关于下层土的地球物理学状态的准确信息。

附图说明

[0123] 本发明的自安装的水下航行器和下层土的地球物理学特征的分析方法的另外的特征和优点从参考以下示出的图1-2对用于说明性的和非限制性的目的提供的以下实施例中的任一个的描述中将显得更明显，其中：

[0124] -图1：示意性地表示自安装的水下航行器的透视图；

[0125] -图2：表示自安装的水下航行器的实施例及其主要系统和仪器的侧视图的示意图；

[0126] -图3：表示自安装的水下航行器的示意剖视图，示出了重力梯度仪的一个优选实施例；

[0127] -图4：表示沿海平面附近的路线的重力梯度Tzz与沿海床处的路线的重力梯度的对比图。

具体实施方式

[0128] 参考图1，自安装的水下航行器(100)包括磁力梯度仪(4)，磁力梯度仪(4)由3个标量磁力计(12)组成，3个标量磁力计(12)定位于与航行器的外壳(1)一体的特定支座(11)一定距离处。

[0129] 该航行器(100)具有推进系统(3)和致动系统(2)，在描述的实施例中，致动系统(2)由装有舵的机翼组成。

[0130] 可以观察到的是，该航行器(100)还装有GPS卫星系统(9)、光学发射机(8)和无线电调制解调器(10)。

[0131] 参考图2，该自安装的水下航行器(100)在其内部容纳因为在外壳内部在图中以虚线表示的重力梯度仪Tzz(5)、供电系统(7)和可编程的控制系统(6)。

[0132] 参考图3，该自安装的水下航行器(100)在其内部容纳第一壳体(13)，第一壳体(13)具有普遍球形的形式且具有的厚度为可以抵抗海床内存在的高压力。

[0133] 该第二壳体(14)通过万向节头系统(17)连接至将它封闭的第一壳体(13)。

[0134] 该万向节头系统(17)允许第二壳体(14)在第一壳体(13)内部根据轴x、y和z自由地旋转。

[0135] 第三壳体(15)通过万向节头(18)连接至将它封闭的第二壳体(14)。

[0136] 该万向节头(18)允许第三壳体(15)在第二壳体(14)内部自由地摆动。

[0137] 第三壳体(15)在其内部封闭相互对齐且相距一定距离定位的一对加速计(16)。此外，第三壳体(15)包括与壳体(15)的下部对应定位的配重系统(19)。

[0138] 万向节头(18)与配重系统(19)和万向节头系统(17)一起，允许重力梯度仪(5)的加速计(16)根据当地垂线保持对齐。

[0139] 为了更好地说明在重力梯度的测量方面可获得的结果，当这安装在自安装的水下航行器(100)上时，图4示出了关于重力梯度Tzz的对比图。

[0140] 特别地，通过安装在船只(路线24)上(因此在水面附近)的和安装在3,000米的深度(路线26)航行的自安装的水下航行器(100)上的、灵敏度为5厄缶(Eotvos)(分辨率带22)的重力梯度仪实施对梯度Tzz的两个模拟。

[0141] 两种手段遵循相同的方法，以调查相同区域的重力梯度Tzz。

[0142] 在图4中，可以观察到的是，安装在自控水下航行器(曲线20)上的重力梯度仪能够揭示不能在水面(曲线21)上测量的重力异常。

[0143] 特别地，峰(23)示出了安装于自控水下航行器(100)上的重力梯度仪如何能够揭示海床的粘土层(27)之下存在的盐穹(26)。

[0144] 为了更好地理解本发明及其实施例，以下提供说明性的和非限制性的示例。

[0145] 示例

[0146] 为了该目的，使用根据图1和图2的自安装的水下航行器。

[0147] 基于以下功能需求，使用的自安装的水下航行器(100)，长度为约7米，干重为2,000kg且水中的重量为-20kg：

[0148] -操作深度：深至3,000米；

[0149] -操作自控性：长达20小时；

[0150] -勘探区域：按照直线的500米至1,000米的平均间隔的轨迹的、具有正方形和/或长方形网的路线；

[0151] -勘探操作参数：

[0152] ·恒定速度为3节(1.5m/s)；

[0153] ·离底部的高度为30米至50米。

[0154] 供电系统基于可替换的且可通过航行器外部的线缆再充电的锂电池(7)。

[0155] 以下仪器安装在航行器上：

[0156] -重力梯度仪(5)，重力梯度仪(5)具有用于测量分量Tzz的轴；梯度仪的两个单个灵敏元件(16)在10-3Hz至10-1Hz的频率范围内具有等于1μGal的灵敏度。通过能够将两个重力仪的灵敏轴沿当地垂线保持对齐的、具有对在相关频率带内实施梯度测量必要的精度的系统悬挂梯度仪；

[0157] -用于磁场的微差测量的梯度仪(4)；由与外壳(1)一体的且通过特定支架(11)定位于外壳(1)外部的3个标量磁力计(12)组成。特别地，使用能够在三个维度实时实施对梯度的准确测量的梯度仪。磁力梯度仪基于能够提供具有低扰动、高精确度和可重复性的数据的质子进动(Overhauser)技术。传感器在0.1ms内通过单个电子单元相互同步，以消除由陡坡或方向的突然变化导致的任何可能的噪音；

[0158] -甲烷传感器；同样在相当大的深度使用用于立即识别烃类(CH4)的传感器。

[0159] 使用的航行器由以下主要单元组成：

[0160] -集成的航行感知系统，基于：

[0161] ·惯性平台，惯性平台用于测量除了沿三个笛卡尔轴的加速度外的滚动、俯仰和偏航；

[0162] ·回声测深仪，回声测深仪用于测量离海床的高度；

[0163] ·声纳多普勒，声纳多普勒用于测量前行过程中的速度；

[0164] ·声纳系统，声纳系统用于证实前行过程中的障碍物的存在；

[0165] ·深度传感器；

[0166] ·声学应答器，声学应答器用于从支撑船只定位该航行器；

[0167] -辅助通讯和定位装置：

[0168] ·GPS卫星系统(9)，GPS卫星系统(9)用于确定水面处的再次浮出位置；

[0169] ·无线电调制解调器(10)，无线电调制解调器(10)用于将位置发射至水面；

[0170] ·无线电发射机和光学发射机(8)，无线电发射机和光学发射机(8)中的每个包括自控激活器(activation)和电池，无线电发射机和光学发射机(8)在不利天气条件(雾和大浪)的情况下用于定位；

[0171] ·声学发射机，该声学发射机设置有自控激活器和电池，如果航行器仍然停留在海床上，声学发射机用于定位航行器；

[0172] -推进和致动系统，组成为：

[0173] ·尾部推进器(3)，尾部推进器(3)用于保证用于航行的必要推力；

[0174] ·舵和稳定器(2)，舵和稳定器(2)用于引导推力和保证沿着未被主动控制的方向的稳定性；

[0175] -基于二次锂电池的供电系统(7)；

[0176] -外壳(1)，外壳(1)的形状合适地制成使水中的前行阻力最小化，且外壳(1)包括：

[0177] ·密封容器和压力容器，密封容器和压力容器用于控制电子设备和供电系统；

[0178] ·发泡聚合物泡沫，发泡聚合物泡沫用于增加航行器的漂浮；

[0179] -沉入压舱物释放单元和紧急压舱物释放单元，一旦达到所需深度就使用沉入压舱物释放单元，紧急压舱物释放单元在必要或供电耗尽的情况下可以被激活。

标题	发布/更新时间	阅读量
弹性矢量逆时偏移成像方法-专利编号CN105807315B	2020-05-16	444
用于采集地球物理学数据的自控水下航行器-专利编号CN103261920A	2020-05-13	304
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基于裂缝等效介质模型的地震响应模式建立方法-专利编号CN102253415B	2020-05-18	165
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用于采集地球物理学数据的自控水下航行器

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