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WO2023208951A1 - Vehicule autonome sous-marin et procede de guidage correspondant - Google Patents

Vehicule autonome sous-marin et procede de guidage correspondant Download PDF

Info

Publication number
WO2023208951A1
WO2023208951A1 PCT/EP2023/060840 EP2023060840W WO2023208951A1 WO 2023208951 A1 WO2023208951 A1 WO 2023208951A1 EP 2023060840 W EP2023060840 W EP 2023060840W WO 2023208951 A1 WO2023208951 A1 WO 2023208951A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
waves
acoustic
seismic
sensors
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/060840
Other languages
English (en)
Inventor
Christophe L'her
Pascal Coince
Original Assignee
Sercel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sercel filed Critical Sercel
Priority to AU2023260623A priority Critical patent/AU2023260623A1/en
Priority to GB2414608.6A priority patent/GB2631893A/en
Publication of WO2023208951A1 publication Critical patent/WO2023208951A1/fr
Priority to MX2024012239A priority patent/MX2024012239A/es
Priority to NO20241065A priority patent/NO20241065A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/16—Receiving elements for seismic signals; Arrangements or adaptations of receiving elements
    • G01V1/18—Receiving elements, e.g. seismometer, geophone or torque detectors, for localised single point measurements
    • G01V1/181—Geophones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3817—Positioning of seismic devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3843—Deployment of seismic devices, e.g. of streamers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
    • B63G2008/002—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations unmanned

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of autonomous underwater vehicles or AUVs (for “Autonomous Underwater Vehicle” in English), used as sea bottom seismic sensors or OBNs (for “Ocean Bottom seismic Nodes” in English). ).
  • AUVs autonomous Underwater Vehicle
  • OBNs sea bottom seismic sensors
  • Autonomous underwater vehicles, or AUVs are experiencing increasing use, and can in particular follow individualized movement according to different technologies, as for example described in patents or patent applications US8600592, US2004/065247 or US9688371.
  • One of the guidance solutions is the acoustic guidance of autonomous underwater vehicles using USBL technology (for “Ultra Short Baseline” which literally translates into French as ultra short baseline) or “phase array” (phase array in French).
  • This solution consists of the regular emission, from the recovery base, of an acoustic signal which is received by an acoustic sensor of the vehicle.
  • USBL or "phase array” type acoustic sensors capable of providing the information necessary to guide an underwater vehicle are expensive and bulky, so that the resulting vehicle is also expensive and of imposing size, which goes to going against the habits of seismic prospectors.
  • the choice of location on the vehicle of an acoustic sensor, sensitive to acoustic waves, is usually a complex compromise between the acoustic viewing angle of the vehicle to detect the acoustic waves wherever the base is positioned, and the hydrodynamic drag of the machine.
  • the seabed seismic vehicle includes an arcuate floating body coupled to a metal plate with a substantially flat bottom.
  • US2019256181 describes an autonomous underwater vehicle, AUV, for recording seismic signals on the ocean floor during a marine seismic survey.
  • the AUV includes a propulsion system configured to propel and steer the AUV and seismic sensors configured to record seismic signals while the AUV rests on the ocean floor.
  • Document US2012020185 describes a probe, usually called a glider, which is towed to a seismic vessel via a towing cable.
  • a cable guide is used to reduce the risk of entanglement by guiding the tow cable through the water a distance away from seismic propagation.
  • the probe is adjustable to move the probe and the towing cable away from seismic propagation.
  • the present invention aims to propose a new autonomous underwater vehicle and a corresponding guidance method making it possible to overcome all or part of the problems set out above.
  • the subject of the invention is an autonomous underwater vehicle, said vehicle comprising a housing which includes: - a vehicle movement and steering system allowing the vehicle to be moved and steered in the water; - a navigation system making it possible to control the movement training and steering system of the vehicle to control the movement of the vehicle towards a recovery base which includes an acoustic transmitter; - a measurement system comprising three acceleration or speed sensors along axes different from each other, making it possible to receive seismic waves to generate corresponding seismic data; - a processing unit configured to operate in a seismic acquisition mode in which the processing unit generates seismic data from the seismic waves received; - a seismic data storage system; characterized in that at least two of said sensors of said measuring system which are capable of receiving seismic waves, are also capable of receiving acoustic guide waves emitted by the acoustic transmitter of the base; And the processing unit is also configured to, when the vehicle is decoupled from the ground of the seabed, be able to operate in a movement guidance mode according to which the processing
  • the same measuring system is used at one time for seismic acquisition and another time to determine the direction in which the base is located relative to the vehicle. This allows a reduction in cost, an increase in reliability, a saving in weight, and ease of vehicle integration.
  • the object which includes sensors associated with a seismic vessel, is very different from an autonomous underwater vehicle used to carry out seismic measurements.
  • the weight in the water of such a “glider” is less than a kilogram, for example of the order of 300 grams in the water, or is even floating depending on its flight phase, whereas an autonomous underwater vehicle (AUV) used for seismic has a weight in the water of several kilograms to ensure good coupling of the vehicle to the seabed.
  • UUV autonomous underwater vehicle
  • the sensors used in “gliders” present a significant level of electrical noise, usually of the order of several hundred ng/ ⁇ Hz, which is adapted to the fact that the measurement carried out is an acoustic measurement in the water column and that the object to which they are coupled (the glider) is light.
  • Such sensors cannot be used efficiently (or reliably) with autonomous underwater vehicles (AUV), whose high weight means that a seismic measurement, in the coupled state of the vehicle to the seabed, with such high noise level sensors would generate poor quality seismic measurements.
  • UUV autonomous underwater vehicles
  • the performance of a vector acoustic measurement from an underwater vehicle depends on its weight in the water.
  • a heavy machine in water requires the use of low-noise sensors to obtain good acoustic measurement performance.
  • the significant noise level of the sensors used in “gliders” means that these sensors cannot be used in heavy autonomous underwater vehicles (AUVs) to efficiently (or reliably) determine the directions. of acoustic waves received by said autonomous underwater vehicles (AUV).
  • AUVs autonomous underwater vehicles
  • the vehicle may also include one or more of the following characteristics taken in any technically admissible combination.
  • the autonomous underwater vehicle has a weight in the water of several kilograms, for example greater than 5 kg.
  • the three acceleration or speed sensors of the measuring system have a noise level lower than 50 ng/ ⁇ Hz, for example a noise level of 15 ng/ ⁇ Hz.
  • the three acceleration or speed sensors of the measuring system which are capable of receiving seismic waves, are also capable of receiving acoustic guidance waves emitted by the acoustic transmitter of the base, and, in movement guidance mode, the processing unit is configured to determine the direction of the acoustic guidance waves emitted by the acoustic transmitter of the base which are received by the three sensors of said measurement system.
  • the three acceleration or speed sensors of the measuring system which are able to receive seismic waves, are also able to receive acoustic guidance waves emitted by the acoustic transmitter of the base, makes it possible to guide the vehicle in three dimensions, particularly up-down and left-right.
  • the housing comprises a wall capable of coming into contact with the ground, said measuring system making it possible to receive seismic waves in the coupled state of the vehicle with the ground of the seabed.
  • the three acceleration or speed sensors of the measuring system can thus receive S-type seismic waves, also called shear waves, when the vehicle is coupled to the seabed.
  • S-type seismic waves also called shear waves
  • the three acceleration or speed sensors of the measuring system can be implemented as a 3-axis accelerometer system.
  • the probe acquires P waves (pressure waves) in the water column, but the probe is neither used nor designed to acquire S-type seismic waves by being coupled to the seabed.
  • the probe of document US2012020185 is what those skilled in the art usually call a “glider” which is configured to remain in the water column.
  • the processing unit for determining the direction of acoustic waves received by the vehicle, in the decoupled state of the vehicle relative to the seabed, is configured to determine said direction by comparison of the energy levels measured on the different axes, i.e. by comparing the energy levels received by the different acceleration or speed sensors.
  • the measuring system is coupled to the wall of the housing capable of coming into contact with the ground, so as to be able to receive the seismic waves when the vehicle is coupled to the ground of the seabed to carry out a seismic acquisition operation.
  • said acceleration or speed sensors of the measuring system are accelerometers formed by an electromechanical microsystem.
  • the measuring system also includes a hydrophone.
  • the vehicle includes a single hydrophone which is used to determine whether the received wave comes from port or starboard.
  • a single hydrophone which is used to determine whether the received wave comes from port or starboard.
  • the measuring system and the processing unit are located on the same electronic card included in the vehicle housing.
  • the processing unit comprises an operating mode selection module making it possible to switch: - the seismic acquisition mode, which can preferably be activated when the vehicle is coupled with the seabed, to allow a seismic acquisition operation to be carried out, - to movement guidance mode.
  • the invention also relates to an assembly comprising a vehicle according to any of the preceding embodiments, and a recovery base which comprises an acoustic transmitter.
  • the acoustic transmitter of the recovery base is configured to emit acoustic guidance waves with a frequency between 50 to 800 Hz.
  • the invention also relates to a method for guiding an autonomous underwater vehicle conforming to any of the preceding embodiments, the method comprising the following steps: - positioning of the vehicle in relation to the seabed; - execution of a seismic data acquisition operation from the seismic waves received by the measuring system; - where applicable, decoupling of the vehicle from the seabed, - reception by said measuring system of acoustic guidance waves emitted by the transmitter of the recovery base; - determination of the direction of the received acoustic guidance waves; - controlling the movement of the vehicle towards the recovery base, depending on the determined direction of the acoustic guidance waves received.
  • the determination of the direction of the acoustic waves received by the measurement system and emitted by the base transmitter is carried out by: - an arc-tangent method; - an intensity method measured on each axis of said at least two sensors of the measuring system; Or - a beam forming method.
  • the positioning of the vehicle relative to the ground of the seabed is achieved by coupling a wall of the vehicle housing with the ground.
  • FIG. 1 there is a schematic view of an autonomous underwater vehicle according to one embodiment of the invention, the vehicle being coupled to the ground of a seabed, for a seismic acquisition operation carried out with a measuring system included in the vehicle which receives seismic waves reflected by a layer of the subsoil;
  • FIG. 1 there is a schematic view of an autonomous underwater vehicle according to one embodiment of the invention, the vehicle being decoupled from the ground of the seabed, and the measuring system receiving acoustic guidance waves emitted into the water by a recovery basis;
  • an autonomous underwater vehicle usable for seismic acquisition on the seabed is shown.
  • the life cycle of such an autonomous underwater vehicle used for seismic acquisition usually includes three main phases: - a phase of deployment of the vehicle to position it at a given location on the ground of a seabed; - a seismic data acquisition phase in the coupled state of the vehicle with the seabed; - a vehicle recovery phase to be able to recover the seismic data recorded in the vehicle.
  • the deployment phase of the vehicle can be carried out by positioning the vehicle in the water at a distance from the ground of the seabed, and the seismic data acquisition phase can be carried out in the decoupled state of the vehicle with the seabed soil.
  • the deployment and recovery phases are phases in which the vehicle is moving in and relative to the water column.
  • the movement of the vehicle can be vertical and/or horizontal.
  • the acquisition phase is carried out in the absence of movement of the vehicle, when the vehicle is coupled to the ground.
  • the vehicle rests fixedly on the ground, that is to say without any degree of freedom in relation to the surrounding environment.
  • the measurement system includes several acceleration or speed sensors along different axes, for example three sensors each making it possible to detect an acceleration or speed along an axis different from that of the other sensors.
  • the detection axes can be perpendicular to each other.
  • These sensors also called seismic sensors, are used during a seismic acquisition phase where the vehicle is, according to one embodiment, coupled to the seabed, to receive seismic waves and make it possible to generate seismic data.
  • the same measuring system is used to implement, at separate times, the seismic acquisition operation and the guidance operation.
  • seismic measuring system is meant the fact that the sensors of the measuring system which are used for guiding the vehicle with a view to its recovery are sensors of the measuring system which are also used for seismic acquisition, and not not separate additional sensors as is the case in the state of the art.
  • the autonomous underwater vehicle includes a system 11 for driving movement and steering the vehicle, making it possible to move and direct the vehicle in the water.
  • the movement training function of the system 11 can be achieved with flotation means, load shedding, and/or a propulsion system.
  • the steering function of system 11 can be achieved for example with a system of fins or steerable wings.
  • the autonomous underwater vehicle also includes a navigation system 12 which makes it possible to control the vehicle movement and steering system 11 to control the movement of the vehicle in a given direction towards a recovery base 2.
  • the autonomous underwater vehicle comprises a measurement system 13 which includes acceleration or speed sensors making it possible to receive seismic waves S1 to generate corresponding seismic data.
  • the sensors are able to receive seismic waves which are reflected by the ground and/or the subsoil layers in reaction to an earth vibration or a wave emitted by a source.
  • the autonomous underwater vehicle comprises a processing unit 100 which makes it possible to process the signals generated by the sensors which receive the seismic waves S1, to generate seismic data which are stored in a system 14 for storing seismic data, such as a data memory.
  • part of the processing unit 100 is included in the measurement system 13.
  • the vehicle has a housing 10 which forms the body of the vehicle and in which the measuring system 13 is housed.
  • the measurement system 13 comprises three sensors 131, 132, 133 of acceleration or speed along axes different from each other (preferably orthogonal to each other), which allow, for example in the coupled state of the vehicle 1 with the ground of the seabed FM1, to receive seismic waves S1 to generate corresponding seismic data.
  • the sensors can thus be called seismic sensors, and the set of three seismic sensors (single-axis) can be considered as a 3-axis seismic sensor.
  • said acceleration or speed sensors 131, 132, 133 of the measurement system 13 are accelerometers formed by an electromechanical microsystem, also called MEMS (for Micro Electro-Mechanical System in English).
  • the electromechanical microsystem which forms the three accelerometers can be considered as a 3-axis accelerometer.
  • the measurement system 13 used is a digital MEMS sensor referenced QuietSeisTM available from the company SERCEL.
  • the sensors of the sensor system comprise three geophones (speed sensors) oriented along three different detection axes, preferably orthogonal to each other. Acceleration can be obtained by differentiating velocity versus time.
  • the measuring system 13 is housed inside the housing 10 which forms the body of the vehicle by being coupled to said housing, preferably secured to a wall which is intended to come into contact with the ground at the bottom sea FM1 in the state coupled to the seabed ground, for carrying out a seismic acquisition operation.
  • the wall of the housing 10 on which the measuring system 13 is fixed is a wall whose exterior face forms the underside of the housing in the state coupled to the ground.
  • said sensors 131, 132, 133 of acceleration or speed of the measurement system 13 are thus considered as single-axis seismic sensors, and all of these acceleration or speed sensors of the system 13 of measurement can be considered as a multi-axis seismic sensor.
  • the exterior of the housing 10 is in contact with the water so that, in the decoupled state of the vehicle relative to the ground of the seabed FM1 (in other words, when the vehicle is surrounded by water and is not resting on the seabed), the housing 10 forms an acoustic membrane through which the measuring system 13 is capable of acquiring the acoustic guidance waves emitted by the base 2.
  • the entire housing 10 of the vehicle and the measuring system 13 form a vector sensor.
  • seismic sensors of the MEMS accelerometer type have performance and sensitivity adapted to, in the decoupled state of the vehicle relative to the seabed, processing signals corresponding to the acoustic waves emitted into the water by the transmitter of the recovery base in order to determine the angles of arrival of said acoustic waves.
  • the angles of arrival of said acoustic waves are determined at least in two dimensions, preferably in three dimensions, so as to be able to guide the vehicle towards the base emitting said acoustic waves.
  • the processing unit uses the acoustic waves received by two of the acceleration or speed sensors of the measuring system to determine the angles of arrival of acoustic waves in two dimensions, or the acoustic waves received by the three acceleration or speed sensors of the measuring system to determine the angles of arrival of acoustic waves in three dimensions.
  • the analysis and processing of the signals corresponding to the acoustic guidance waves emitted by the base are only carried out when the underwater vehicle is in its navigation phase, that is to say when the underwater vehicle is not is not coupled to the seafloor soil.
  • the vehicle can be kept decoupled from the ground, that is to say away from the ground, by the system 11 for driving movement and steering the vehicle, which can include a flotation or shedding system, and/or a propulsion device.
  • the system 11 for driving movement and steering the vehicle which can include a flotation or shedding system, and/or a propulsion device.
  • the fact that the vehicle is in the water at a distance from the ground makes it more sensitive to the acoustic guidance waves emitted in the water which can then be detected effectively by the acceleration or speed sensors of the system 13. measurement through the wall of the housing 10 of the vehicle which serves as an acoustic membrane between the water and the measuring system.
  • the beamforming method is used because this method provides good angle determination accuracy in a marine environment.
  • the measurement system 13 also includes a hydrophone.
  • a hydrophone makes it possible to remove uncertainty regarding the left-right direction of movement of the vehicle. This option also allows the use of other arrival trajectory calculation processing by combining the hydrophone signal with the measurement channels of the measurement system (MEMS).
  • MEMS measurement system
  • the recovery base 2 includes an acoustic transmitter 20.
  • the acoustic transmitter of the recovery base 2 is configured to emit acoustic guidance waves S2 with a frequency between 50 to 750 or 800 Hz.
  • the vehicle It is thus possible to guide the vehicle to a recovery base located more than 1km away from the vehicle.
  • the measurement system is MEMS type
  • the reception range is improved due to the low frequency of the acoustic guidance signals, unlike conventional USBL technology.
  • the processing unit is for example in the form of a processor and a data memory in which computer instructions executable by said processor are stored, or even in the form of a microcontroller.
  • the functions and steps described can be implemented as a computer program or via hardware components (e.g. programmable gate arrays).
  • the functions and steps carried out by the processing unit, and/or by the navigation system can be carried out by sets of instructions or computer modules implemented in a processor or controller or be carried out by dedicated electronic components or FPGA or ASIC type components. It is also possible to combine computer parts and electronic parts.
  • the processing unit is thus an electronic and/or computer unit.
  • said unit is configured to carry out a given operation, this means that the unit comprises computer instructions and the corresponding execution means which make it possible to carry out said operation and/or that the unit comprises electronic components correspondents.
  • the measurement system 13 and the processing unit 100 are located on the same electronic card included in the housing 10 of the vehicle.
  • a single electronic card includes all the functions associated with the measurement system (or unit of measurement) and the transmission of information to the navigation system.
  • step 510 the vehicle 1 is coupled with the ground of the seabed FM1.
  • coupled is meant the fact that the vehicle is in contact with the ground of the seabed and fixed so as to allow the measurement system to detect, through the wall of the housing in contact with the ground, seismic waves reflected by one or more layers. from the basement of the seabed.
  • the coupling can be carried out by positioning the vehicle on the ground of the seabed so that the wall of the housing 10 of the vehicle to which the measuring system 13 is fixed inside the housing, is in contact with the ground of the seabed.
  • the vehicle 1 is not coupled with the ground of the seabed FM1.
  • the vehicle is positioned in the water at a distance from the ground of the seabed, and the measuring system 13 makes it possible to detect the seismic waves transmitted in the water.
  • the processing unit 100 triggers a seismic data acquisition operation.
  • the measuring system 13 receives seismic waves S1.
  • the sensors 131, 132, 133 of the measuring system detect the amplitudes of the seismic waves along three different axes.
  • the signals generated by the sensors corresponding to the seismic waves S1 received are processed by the processing unit 100 to generate seismic data.
  • the seismic data is stored in a storage system 14 such as a data memory.
  • the vehicle finds itself in a state decoupled from the ground (step 530) (or alternatively the vehicle remains in a state decoupled from the ground).
  • the processing unit 100 receives an order, for example from a vehicle control member, to switch to guidance mode, or that the processing unit 100 is configured to detect that the vehicle 1 is moving or away from the ground of the seabed FM1, and that, following detection of decoupled state or end of seismic acquisition, the processing unit 100 then switches to guidance mode.
  • the processing unit 100 may be configured to, after a seismic acquisition phase in the state coupled to the ground of the vehicle, control the spacing of the vehicle relative to the ground, by shedding or activation of a propulsion device, to cause its decoupling, then directly switch to guidance mode for processing the signals corresponding to the acoustic guidance waves received by the measurement system and emitted by the transmitter 20 of the base 2.
  • step 540 the transmitter 20 of the base 2 emits acoustic guidance waves. It can be planned that the base 2 is configured to emit the acoustic guidance waves only when the seismic acquisition phase(s) are completed.
  • the or at least part of the sensors of the measuring system 13 which were used to receive the seismic waves S1 and generate seismic data, are then also used to receive (step 550 ) the acoustic guidance waves S2 emitted by the transmitter 20 of the recovery base 2.
  • step 560 the processing unit 100 then processes the signals corresponding to the acoustic guidance waves received by the sensors of the measurement system 13, and determines the angles of arrival of the corresponding acoustic waves.
  • the processing unit 100 can deduce from determined angles the direction D2 in which the base 2 is located and can then provide, in step 570, guidance data to the navigation system 12.
  • the direction D2 of the acoustic guidance waves S2 received can be determined for example with an arc-tangent type method, or using an intensity method measured on each sensor detection axis or a beamforming method.
  • the navigation system 12 converts this guidance data into a control instruction so as to control the vehicle movement and steering system 11, in order to guide the vehicle movement towards the base. Steps 540 to 570 can be repeated until the vehicle arrives at the base (step 580).

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Abstract

L'invention concerne un véhicule (1) autonome sous-marin comprenant un boîtier (10) qui inclut un système (13) de mesure comprenant trois capteurs d'accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres, et une unité de traitement configurée pour générer des données sismiques à partir des ondes sismiques (S1) reçues et pour opérer déterminer la direction (D2) d'ondes acoustiques (S2) de guidage émises par un émetteur acoustique (20) d'une base (2) qui sont reçues par au moins deux capteurs dudit système (13) de mesure; et générer et transmettre au système (12) de navigation, des données de guidage relatives à la direction (D2) déterminée des ondes acoustiques (S2) reçues. Le système (12) de navigation est configuré pour commander le système (11) d'entrainement en déplacement et de direction du véhicule en fonction des données de guidage pour guider le déplacement du véhicule vers la base.

Description

VEHICULE AUTONOME SOUS-MARIN ET PROCEDE DE GUIDAGE CORRESPONDANT DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention concerne de manière générale le domaine des véhicules autonomes sous-marins ou AUV (pour « Autonomous Underwater Vehicle » en anglais), utilisés en tant que capteurs sismiques de fond de mer ou OBN (pour « Ocean Bottom seismic Nodes » en anglais).
ART ANTERIEUR
Les véhicules autonomes sous-marins, ou AUV, connaissent une utilisation croissante, et peuvent notamment suivre un déplacement individualisé selon différentes technologies, comme par exemple décrit dans les brevets ou demandes de brevet US8600592, US2004/065247 ou US9688371.
Une des solutions de guidage est le guidage acoustique des véhicules autonomes sous-marins selon la technologie USBL (pour « Ultra Short Baseline » ce qui se traduit littéralement en français par ligne de base ultra courte) ou « phase array » (réseau de phase en français). Cette solution consiste en l’émission régulière, depuis la base de récupération, d’un signal acoustique qui est reçu par un capteur acoustique du véhicule.
Or l’un des problèmes posés par l’acquisition de données sismiques, décrite par exemple dans le document WO2008/156502 est la récupération des capteurs sismiques afin d’extraire les données qu’ils enregistrent.
Ainsi ont été proposés des véhicules autonomes sous-marins utilisés en tant que capteurs sismiques de fond de mer, qui peuvent être déployés sur le fond de mer et revenir sans manipulation directe à leur base de récupération qui peut être localisée sous l’eau.
Les demandes WO2016066719A1 ou US20210173110A1 proposent des engins sous-marins pour l’acquisition sismique qui sont équipés de moyens de flottaison ou de délestage, ou de système propulseur et qui peuvent utiliser un système de communication de type USBL pour le guidage des engins.
Cependant, les capteurs acoustiques de type USBL ou "phase array" capables de fournir l’information nécessaire pour guider un véhicule sous-marin sont chers et encombrants, de sorte que le véhicule résultant est également coûteux et de taille imposante, ce qui va à l’encontre des habitudes des prospecteurs sismiques.
De plus, le choix de la localisation sur le véhicule d’un capteur acoustique, sensible aux ondes acoustiques, est usuellement un compromis complexe entre l’angle de vision acoustique du véhicule pour détecter les ondes acoustiques où que soit positionnée la base, et la traînée hydrodynamique de l’engin.
Le document US2019353815 décrit un véhicule de fond marin pour enregistrer des signaux sismiques sur le fond marin. Le véhicule sismique de fond marin comprend un corps flottant arqué couplé à une plaque métallique à fond sensiblement plat.
Le document US2019256181 décrit un véhicule sous-marin autonome, AUV, pour enregistrer des signaux sismiques sur le fond de l'océan pendant une étude sismique marine. L'AUV comprenant un système de propulsion configuré pour propulser et diriger l'AUV et des capteurs sismiques configurés pour enregistrer des signaux sismiques alors que l'AUV repose sur le fond de l'océan.
Le document US2012020185 décrit une sonde, usuellement appelée planeur (« glider » en anglais), qui est remorquée à un navire sismique via un câble de remorquage. Un guide-câble est utilisé pour réduire le risque d'un enchevêtrement en guidant le câble de remorquage dans l'eau à une distance éloignée de la propagation sismique. La sonde est orientable pour éloigner la sonde et le câble de remorquage de la propagation sismique.
La présente invention a pour but de proposer un nouveau véhicule autonome sous-marin et un procédé de guidage correspondant permettant de pallier tout ou partie des problèmes exposés ci-dessus.
A cet effet, l’invention a pour objet un véhicule autonome sous-marin, ledit véhicule comprenant un boîtier qui inclut :
- un système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule permettant de déplacer et diriger le véhicule dans l’eau ;
- un système de navigation permettant de commander le système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule pour commander le déplacement du véhicule vers une base de récupération qui comprend un émetteur acoustique ;
- un système de mesure comprenant trois capteurs d’accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres, permettant de recevoir des ondes sismiques pour générer des données sismiques correspondantes ;
- une unité de traitement configurée pour opérer dans un mode d’acquisition sismique dans lequel l’unité de traitement génère des données sismiques à partir des ondes sismiques reçues ;
- un système de stockage des données sismiques ;
caractérisé en ce que au moins deux desdits capteurs dudit système de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques, sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base; et
l’unité de traitement est aussi configurée pour, lorsque le véhicule est découplé par rapport au sol du fond marin, pouvoir opérer dans un mode guidage de déplacement selon lequel l’unité de traitement est configurée pour :
- déterminer la direction des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base qui sont reçues par lesdits au moins deux capteurs dudit système de mesure ;
- générer et transmettre au système de navigation, des données de guidage relatives à la direction déterminée des ondes acoustiques reçues,
le système de navigation étant configuré pour commander le système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule en fonction des données de guidage pour guider le déplacement du véhicule vers la base.
Ainsi, le même système de mesure est utilisé à un moment donné pour l’acquisition sismique et un autre moment pour déterminer la direction dans laquelle se trouve la base par rapport au véhicule. Ceci permet une diminution du coût, une augmentation de la fiabilité, un gain en poids, et une simplicité d’intégration du véhicule.
Il est à noter que dans le document US2012020185, l’objet (« planeur ») qui inclut des capteurs associés à un navire sismique, est très différent d’un véhicule autonome sous-marin utilisé pour réaliser des mesures sismiques. Le poids dans l’eau d’un tel « planeur » est inférieur au kilogramme, par exemple de l’ordre de 300 grammes dans l’eau, voire est flottant suivant sa phase de vol, alors qu’un véhicule autonome sous-marin (AUV) utilisé pour la sismique présente un poids dans l’eau de plusieurs kilogrammes pour assurer un bon couplage du véhicule au fond marin.
Les capteurs utilisés dans des « planeurs » présentent un niveau de bruit électrique important, usuellement de l’ordre de plusieurs centaines de ng /√Hz, qui est adapté au fait que la mesure effectuée est une mesure acoustique dans la colonne d’eau et que l’objet auquel ils sont couplés (le planeur) est léger. De tels capteurs ne peuvent pas être utilisés de manière performante (ou fiable) avec des véhicules autonomes sous-marin (AUV), dont le poids élevé fait qu’une mesure sismique, à l’état couplé du véhicule au fond marin, avec de tels capteurs de fort niveau de bruit, générerait des mesures sismiques de mauvaise qualité. Par ailleurs, la performance d’une mesure acoustique vectorielle depuis un engin sous-marin dépend de son poids dans l’eau. Ainsi un engin lourd dans l’eau nécessite l’emploi de capteurs peu bruyants pour obtenir de bonnes performance de mesures acoustiques. Il en résulte que le niveau de bruit important des capteurs utilisés dans des « planeurs » fait que ces capteurs ne peuvent pas être utilisés dans des véhicules autonomes sous-marin (AUV) de poids élevé pour déterminer de manière performante (ou fiable) la directions d’ondes acoustiques reçues par lesdits véhicules autonomes sous-marin (AUV).
Le véhicule peut aussi comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule autonome sous-marin présente un poids dans l’eau de plusieurs kilogrammes, par exemple supérieur à 5 Kg.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure présentent un niveau de bruit inférieur à 50 ng /√Hz, par exemple un niveau de bruit de 15 ng /√Hz. Selon un mode de réalisation de l’invention, les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques, sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base, et, en mode guidage de déplacement, l’unité de traitement est configurée pour déterminer la direction des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base qui sont reçues par les trois capteurs dudit système de mesure.
Le fait que les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques, soient aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique de la base, permet de guider le véhicule en trois dimensions, en particulier haut-bas et gauche-droite.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le boîtier comprend une paroi apte à venir en contact avec le sol, ledit système de mesure permettant de recevoir des ondes sismiques à l’état couplé du véhicule avec le sol du fond marin.
Les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure peuvent ainsi recevoir des ondes sismiques de type S, encore appelée ondes de cisaillement, lorsque le véhicule est couplé au fond marin. Les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure peuvent être réalisés sous la forme d’un système d’accéléromètre 3 axes.
Dans la solution du document US2012020185, la sonde acquière des ondes P (ondes de pression) dans la colonne d’eau, mais la sonde n’est ni utilisée ni conçue pour acquérir des ondes sismiques de type S en étant couplé au fond marin. La sonde du document US2012020185 est ce que l’homme du métier appelle usuellement un « planeur » qui est configuré pour rester dans la colonne d’eau.
Selon un mode de réalisation de l’invention, pour la détermination de la direction d’ondes acoustiques reçues par le véhicule, à l’état découplé du véhicule par rapport au fond marin, l’unité de traitement est configurée pour déterminer ladite direction par comparaison des niveaux d’énergie mesurés sur les différents axes, i.e. en comparant les niveaux d’énergie reçus par les différents capteurs d’accélération ou de vitesse. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure est couplé à la paroi du boîtier apte à venir en contact avec le sol, de façon à pouvoir recevoir les ondes sismiques lorsque le véhicule est couplé au sol du fond marin pour effectuer une opération d’acquisition sismique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, lesdits capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure sont des accéléromètres formés par un microsystème électromécanique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure comprend aussi un hydrophone.
Préférentiellement, le véhicule comprend un seul hydrophone qui est utilisé pour déterminer si l’onde reçue vient de babord ou tribord. On notera que la solution du document US2012020185 nécessite la présence de deux hydrophones qui sont utilisés pour mesurer un angle et non pas pour déterminer si une onde reçue vient de babord ou tribord.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure et l’unité de traitement sont situés sur une même carte électronique inclue dans le boîtier du véhicule.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’unité de traitement comprend un module de sélection de mode de fonctionnement permettant de basculer :
- du mode d’acquisition sismique, qui est activable de préférence lorsque le véhicule est couplé avec le sol du fond marin, pour permettre de réaliser une opération d’acquisition sismique,
- vers le mode de guidage de déplacement.
L’invention concerne aussi un ensemble comprenant un véhicule selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents, et une base de récupération qui comprend un émetteur acoustique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’émetteur acoustique de la base de récupération est configuré pour émettre des ondes acoustiques de guidage d’une fréquence comprise entre 50 à 800 Hz.
L’invention concerne aussi un procédé de guidage d’un véhicule autonome sous-marin conforme à l’un quelconque des modes de réalisation précédents, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- positionnement du véhicule par rapport au sol du fond marin ;
- exécution d’une opération d’acquisition de données sismiques à partir des ondes sismiques reçues par le système de mesure ;
- le cas échéant, découplage du véhicule par rapport au sol du fond marin,
- réception par ledit système de mesure, d’ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur de la base de récupération ;
- détermination de la direction des ondes acoustiques de guidage reçues ;
- pilotage du déplacement du véhicule vers la base de récupération, en fonction de la direction déterminée des ondes acoustiques de guidage reçues.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la détermination de la direction des ondes acoustiques reçues par le système de mesure et émises par l’émetteur de la base est réalisée par :
- une méthode de type arc-tangente ;
- une méthode d’intensité mesurée sur chaque axe desdits au moins deux capteurs du système de mesure ; ou
- une méthode de formation de faisceau.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le positionnement du véhicule par rapport au sol du fond marin est réalisé par le couplage d’une paroi du boîtier du véhicule avec le sol.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- la est une vue schématique d’un véhicule autonome sous-marin selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule étant couplé au sol d’un fond marin, pour une opération d’acquisition sismique réalisée avec un système de mesure inclus dans le véhicule qui reçoit des ondes sismiques réfléchies par une couche du sous-sol ;
- la est une vue schématique d’un véhicule autonome sous-marin selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule étant découplé du sol du fond marin, et le système de mesure recevant des ondes acoustiques de guidage émises dans l’eau par une base de récupération ;
- la est une vue schématique du véhicule autonome sous-marin de la qui se dirige vers la base de récupération, en fonction des ondes acoustiques de guidage reçues par son système de mesure ;
- la est une vue schématique d’un véhicule autonome sous-marin selon un mode de réalisation de l’invention, représentant sous forme de blocs plusieurs éléments dudit véhicule ;
- la est un logigramme présentant plusieurs étapes d‘un procédé de guidage selon un mode de réalisation de l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention est décrite plus complètement ci-après avec référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation de l'invention sont montrés. Sur les dessins, la taille et les tailles relatives des éléments peuvent être exagérées à des fins de clarté. Des numéros similaires font référence à des éléments similaires sur tous les dessins. Cependant, l'invention peut être mise en œuvre sous de nombreuses formes différentes et ne devrait pas être interprétée comme étant limité aux modes de réalisation exposés ici.
Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l'apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation.
En référence aux figures, on a représenté un véhicule autonome sous-marin utilisable pour l’acquisition sismique en fond de mer.
Le cycle de vie d’un tel véhicule autonome sous-marin utilisé pour l’acquisition sismique comprend usuellement trois phases principales :
- une phase de déploiement du véhicule pour le positionner à un endroit donné sur le sol d’un fond marin ;
- une phase d’acquisition de données sismiques à l’état couplé du véhicule avec le sol du fond marin ;
- une phase de récupération du véhicule pour pouvoir récupérer les données sismiques enregistrées dans le véhicule.
En variante et comme décrit dans la demande WO2013092747 A1, la phase de déploiement du véhicule peut s’effectuer en positionnant le véhicule dans l’eau à écartement du sol du fond marin, et la phase d’acquisition de données sismiques peut s’effectuer à l’état découplé du véhicule avec le sol du fond marin.
Les phases de déploiement et de récupération sont des phases dans lesquelles le véhicule est en mouvement dans et par rapport à la colonne d’eau. Le mouvement du véhicule peut être vertical et/ou horizontal.
Selon un mode de réalisation, la phase d’acquisition est réalisée en l’absence de déplacement du véhicule, lorsque le véhicule est couplé au sol. A l’état couplé au sol, le véhicule repose de manière fixe sur le sol, c'est-à-dire sans degré de liberté par rapport au milieu environnant.
Comme détaillé ci-après, le système de mesure comprend plusieurs capteurs d’accélération ou de vitesse selon différents axes, par exemples trois capteurs permettant de détecter chacun une accélération ou vitesse selon un axe différent de celui des autres capteurs. Les axes de détection peuvent être perpendiculaires les uns aux autres. Ces capteurs, encore appelés capteurs sismiques, sont utilisés lors d’une phase d’acquisition sismique où le véhicule est, selon un mode de réalisation, couplé au sol du fond marin, pour recevoir des ondes sismiques et permettre de générer des données sismiques.
Selon l’invention, et contrairement à l’usage, le même système de mesure est utilisé pour mettre en œuvre, à des moments distincts, l’opération d’acquisition sismique et l’opération de guidage. On entend par « même système de mesure » le fait que les capteurs du système de mesure qui sont utilisés pour le guidage du véhicule en vue de sa récupération sont des capteurs du système de mesure qui sont aussi utilisés pour l’acquisition sismique, et non pas des capteurs supplémentaires distincts comme cela est le cas dans l’état de la technique.
Véhicule autonome sous-marin
Le véhicule autonome sous-marin comprend un système 11 d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule, permettant de déplacer et diriger le véhicule dans l’eau. La fonction d’entrainement en déplacement du système 11 peut être réalisée avec des moyens de flottaison, de délestage, et/ou un système de propulsion. La fonction de direction du système 11 peut être réalisée par exemple avec un système de dérives ou d’ailes orientables.
Le véhicule autonome sous-marin comprend aussi un système 12 de navigation qui permet de commander le système 11 d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule pour commander le déplacement du véhicule dans une direction donnée vers une base 2 de récupération.
Le véhicule autonome sous-marin comprend un système 13 de mesure qui comprend des capteurs d’accélération ou de vitesse permettant de recevoir des ondes sismiques S1 pour générer des données sismiques correspondantes.
Les capteurs sont aptes à recevoir des ondes sismiques qui sont réfléchis par le sol et/ou les couches du sous-sol en réaction à une vibration terrestre ou une onde émise par une source.
Le véhicule autonome sous-marin comprend une unité de traitement 100 qui permet de traiter les signaux générés par les capteurs qui reçoivent les ondes sismiques S1, pour générer des données sismiques qui sont mémorisées dans un système 14 de stockage des données sismiques, telle qu’une mémoire de données.
On peut prévoir qu’une partie de l’unité de traitement 100 soit inclue dans le système de mesure 13.
Système de mesure
Le véhicule présente un boîtier 10 qui forme le corps du véhicule et dans lequel est logé le système 13 de mesure.
Selon un mode de réalisation et comme illustré à la , le système 13 de mesure comprend trois capteurs 131, 132, 133 d’accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres (de préférence orthogonaux les uns par rapport aux autres), qui permettent, par exemple à l’état couplé du véhicule 1 avec le sol du fond marin FM1, de recevoir des ondes sismiques S1 pour générer des données sismiques correspondantes. Les capteurs peuvent ainsi être dénommés capteurs sismiques, et l’ensemble des trois capteurs sismiques (mono-axe) peut être considéré comme un capteur sismique 3-axes.
Selon un mode de réalisation préféré, lesdits capteurs 131, 132, 133 d’accélération ou de vitesse du système 13 de mesure sont des accéléromètres formés par un microsystème électromécanique, encore appelé MEMS (pour Micro Electro-Mechanical System en anglais). Le microsystème électromécanique qui forme les trois accéléromètres peut être considéré comme un accéléromètre 3-axes.
Selon un mode de réalisation particulier, le système de mesure 13 utilisé est un capteur numérique MEMS référencé QuietSeisTM disponible auprès de la société SERCEL.
Selon une variante de réalisation, on peut prévoir que les capteurs du système de capteur comprennent trois géophones (capteurs de vitesse) orientés selon trois axes de détection différents, de préférence orthogonaux les uns par rapport aux autres. L’accélération peut être obtenue en dérivant la vitesse par rapport au temps.
Selon un mode de réalisation, le système de mesure 13 est logé à l’intérieur du boîtier 10 qui forme le corps du véhicule en étant couplé audit boîtier, de préférence solidarisé à une paroi qui est destinée à venir en contact avec le sol du fond de mer FM1 à l’état couplé au sol de fond de mer, pour la réalisation d’une opération d’acquisition sismique. Autrement dit, la paroi du boîtier 10 sur laquelle est fixé le système de mesure 13 est une paroi dont la face extérieure forme le dessous du boîtier à l’état couplé au sol.
Comme expliqué précédemment, lesdits capteurs 131, 132, 133 d’accélération ou de vitesse du système 13 de mesure sont ainsi considérés comme des capteurs sismiques mono-axes, et l’ensemble de ces capteurs d’accélération ou de vitesse du système 13 de mesure peut être considéré comme un capteur sismique multi-axes.
Fonction de capteur vectoriel
L’extérieur du boîtier 10 est en contact avec l’eau de sorte que, à l’état découplé du véhicule par rapport au sol du fond de mer FM1 (autrement dit, lorsque le véhicule est entouré d’eau et ne repose pas sur le sol de fond de mer), le boîtier 10 forme une membrane acoustique à travers laquelle le système de mesure 13 est apte à acquérir les ondes acoustiques de guidage émises par la base 2. Ainsi, à l’état découplé du véhicule par rapport au sol, l’ensemble du boîtier 10 du véhicule et du système 13 de mesure forme un capteur vectoriel.
En particulier, les capteurs sismiques de type accéléromètres MEMS présentent des performances et une sensibilité adaptée pour, à l’état découplé du véhicule par rapport au sol du fond marin, traiter des signaux correspondant aux ondes acoustiques émises dans l’eau par l’émetteur de la base de récupération afin de déterminer les angles d’arrivée desdites ondes acoustiques. Les angles d’arrivée desdites ondes acoustiques sont déterminés au moins en deux dimensions, de préférence en trois dimensions, de façon à pouvoir guider le véhicule vers la base émettrice desdites ondes acoustiques.
On peut ainsi prévoir que l’unité de traitement utilise les ondes acoustiques reçues par deux des capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure pour déterminer les angles d’arrivée d’ondes acoustiques en deux dimensions, ou les ondes acoustiques reçues par les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure pour déterminer les angles d’arrivée d’ondes acoustiques en trois dimensions.
L’analyse et le traitement des signaux correspondant aux ondes acoustiques de guidage émises par la base ne sont réalisées que lorsque le véhicule sous-marin est dans sa phase de navigation, c’est-à-dire lorsque le véhicule sous-marin n’est pas couplé au sol du fond de mer.
Le véhicule peut être maintenu découplé du sol, c'est-à-dire écarté du sol, par le système 11 d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule, qui peut comprendre un système de flottaison ou de délestage, et/ou un dispositif de propulsion. Le fait que le véhicule soit dans l’eau à écartement du sol, le rend plus sensible aux ondes acoustiques de guidage émises dans l’eau qui peuvent alors être détectées de manière efficace par les capteurs d’accélération ou de vitesse du système 13 de mesure à travers la paroi du boîtier 10 du véhicule qui sert de membrane acoustique entre l’eau et le système de mesure.
Pour estimer les angles d’arrivée des ondes acoustiques de guidage, différentes méthodes connues en soi de l’Homme du Métier peuvent être utilisée. Ces méthodes peuvent notamment comprendre :
- une méthode de type arc-tangente,
- une méthode basée sur l’intensité mesurée sur chaque canal du capteur vectoriel, c'est-à-dire sur chaque axe des capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure,
- ou une méthode de formation de faisceau ("beamforming" en anglais).
Selon un mode de réalisation préféré, la méthode de formation de faisceau est utilisée du fait que cette méthode fournit une bonne précision de détermination d’angle dans un environnement marin.
Utiliser pour le guidage du véhicule, à l’état découplé du sol, tout ou partie des mêmes capteurs du système de mesure que ceux qui sont utilisés, à un moment distinct, pour l’acquisition sismique à l’état couplé ou non du véhicule au sol, fait qu’il n’est pas nécessaire de prévoir des capteurs supplémentaires spécifiques dédiés à la réception des ondes acoustiques de guidage pour le guidage du véhicule dans l’eau.
En particulier, il n’est pas nécessaire d’utiliser une carte électronique supplémentaire dédiée à la détection des ondes acoustiques de guidage, de sorte que le coût et la taille du véhicule peuvent être réduits.
Selon un mode de réalisation, le système 13 de mesure comprend aussi un hydrophone. L’utilisation d’un hydrophone permet de lever une incertitude concernant la direction de déplacement gauche droite du véhicule. Cette option permet également d’utiliser d’autres traitements de calcul de trajectoire d’arrivée en combinant le signal de l’hydrophone avec les voies de mesure du système de mesure (MEMS).
Base de récupération
La base 2 de récupération comprend un émetteur acoustique 20.
Selon un mode de réalisation, l’émetteur acoustique de la base 2 de récupération est configuré pour émettre des ondes acoustiques de guidage S2 d’une fréquence comprise entre 50 à 750 ou 800 Hz.
Il est ainsi possible de guider le véhicule vers une base de récupération située à plus de 1km de distance par rapport au véhicule. Dans le cas où le système de mesure est de type MEMS, la portée de réception est améliorée du fait de la basse fréquence des signaux acoustiques de guidage, contrairement à une technologie USBL classique.
L’unité de traitement se présente par exemple sous la forme d’un processeur et d’une mémoire de données dans laquelle sont stockées des instructions informatiques exécutables par ledit processeur, ou encore sous la forme d’un microcontrôleur.
Les fonctions et étapes décrites peuvent être mise en œuvre sous forme de programme informatique ou via des composants matériels (p. ex. des réseaux de portes programmables). En particulier, les fonctions et étapes opérées par l’unité de traitement, et/ou par le système de navigation peuvent être réalisées par des jeux d’instructions ou modules informatiques implémentés dans un processeur ou contrôleur ou être réalisées par des composants électroniques dédiés ou des composants de type FPGA ou ASIC. Il est aussi possible de combiner des parties informatiques et des parties électroniques.
L’unité de traitement est ainsi une unité électronique et/ou informatique. Lorsqu’il est précisé que ladite unité est configurée pour réaliser une opération donnée, cela signifie que l’unité comprend des instructions informatiques et les moyens d’exécution correspondants qui permettent de réaliser ladite opération et/ou que l’unité comprend des composants électroniques correspondants.
Selon un mode de réalisation préféré, le système 13 de mesure et l’unité de traitement 100 sont situés sur une même carte électronique inclue dans le boîtier 10 du véhicule. Autrement dit, une seule carte électronique reprend toutes les fonctions associées au système de mesure (ou unité de mesure) et à la transmission des informations vers le système de navigation.
Procédé
Un exemple de procédé de guidage d’un véhicule 1 autonome sous-marin est proposé ci-après, en lien avec la .
Le procédé comprenant les étapes suivantes. A l’étape 510, le véhicule 1 est couplé avec le sol du fond marin FM1. On entend par couplé le fait que le véhicule est en contact avec le sol du fond marin et fixe de manière à permettre au système de mesure de détecter à travers la paroi du boîtier en contact avec le sol des ondes sismiques réfléchies par une ou des couches du sous-sol du fond marin.
Ainsi, le couplage peut être réalisé en positionnant le véhicule sur le sol du fond marin de sorte que la paroi du boîtier 10 du véhicule à laquelle le système 13 de mesure est fixé à l’intérieur du boîtier, est en contact avec le sol du fond marin.
Selon une variante de réalisation, le véhicule 1 n’est pas couplé avec le sol du fond marin FM1. Le véhicule est positionné dans l’eau à écartement du sol du fond marin, et le système 13 de mesure permet de détecter les ondes sismiques transmises dans l’eau.
A l’étape 520, l’unité de traitement 100 déclenche une opération d’acquisition de données sismiques. Au cours de l’opération d’acquisition de données sismiques, le système 13 de mesure reçoit des ondes sismiques S1. Dans l'exemple illustré aux figures, les capteurs 131, 132, 133 du système de mesure détectent les amplitudes des ondes sismiques selon trois axes différents. Les signaux générés par les capteurs correspondant aux ondes sismiques S1 reçues sont traitées par l’unité de traitement 100 pour générer des données sismiques. Les données sismiques sont mémorisées dans un système de stockage 14 tel qu’une mémoire de données.
Après la phase d’acquisition sismique, le véhicule se retrouve dans un état découplé du sol (étape 530) (ou en variante le véhicule reste dans un état découplé du sol). En particulier, on peut prévoir que l’unité de traitement 100 reçoive un ordre, par exemple d’un organe de commande du véhicule, pour passer en mode de guidage, ou que l’unité de traitement 100 soit configurée pour détecter que le véhicule 1 est en mouvement ou écarté du sol du fond marin FM1, et que, suite à une détection d’état découplé ou de fin d’acquisition sismique, l’unité de traitement 100 bascule alors en mode guidage. En variante, on peut aussi prévoir que l’unité de traitement 100 soit configurée pour, après une phase d’acquisition sismique à l’état couplé au sol du véhicule, commander l’écartement du véhicule par rapport au sol, par délestage ou activation d’un dispositif de propulsion, pour entrainer son découplage, puis directement basculer en mode guidage pour le traitement des signaux correspondant aux ondes acoustiques de guidage reçues par le système de mesure et émises par l’émetteur 20 de la base 2.
A l’étape 540, l’émetteur 20 de la base 2 émet des ondes acoustiques de guidage. On peut prévoir que la base 2 soit configurée pour émettre les ondes acoustiques de guidage uniquement lorsque la ou les phases d’acquisition sismique sont achevées.
A l’état découplé du véhicule par rapport au sol, les ou au moins une partie des capteurs du système de mesure 13 qui ont été utilisés pour recevoir les ondes sismiques S1 et générer des données sismiques, sont alors aussi utilisés pour recevoir (étape 550) les ondes acoustiques de guidage S2 émises par l’émetteur 20 de la base 2 de récupération.
A l’étape 560, l’unité de traitement 100 traite alors les signaux correspondant aux ondes acoustiques de guidage reçues par les capteurs du système 13 de mesure, et détermine les angles d’arrivée des ondes acoustiques correspondantes.
L’unité de traitement 100 peut déduire des angles déterminés la direction D2 dans laquelle se situe la base 2 et peut alors fournir, à l’étape 570, des données de guidage au système de navigation 12. La direction D2 des ondes acoustiques de guidage S2 reçues peut être déterminée par exemple avec une méthode de type arc-tangente, ou en utilisant une méthode d’intensité mesurée sur chaque axe de détection de capteur ou une méthode de formation de faisceau.
Le système de navigation 12 convertit ces données de guidage en instruction de commande de manière à commander le système 11 d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule, afin de guider le déplacement véhicule vers la base. Les étapes 540 à 570 peuvent être répétées jusqu’à ce que le véhicule arrive à la base (étape 580).
L'invention n’est pas limitée aux modes de réalisation illustrés dans les dessins.
De plus, le terme « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes. En outre, des caractéristiques ou étapes qui ont été décrites en référence à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus peuvent également être utilisées en combinaison avec d’autres caractéristiques ou étapes d’autres modes de réalisation exposés ci-dessus.

Claims (15)

  1. Véhicule (1) autonome sous-marin, ledit véhicule comprenant un boîtier (10) qui inclut :
    - un système (11) d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule permettant de déplacer et diriger le véhicule dans l’eau ;
    - un système (12) de navigation permettant de commander le système d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule pour commander le déplacement du véhicule vers une base (2) de récupération qui comprend un émetteur acoustique (20) ;
    - un système (13) de mesure comprenant trois capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse selon des axes différents les uns des autres, permettant de recevoir des ondes sismiques (S1) pour générer des données sismiques correspondantes ;
    - une unité de traitement (100) configurée pour opérer dans un mode d’acquisition sismique dans lequel l’unité de traitement (100) génère des données sismiques à partir des ondes sismiques (S1) reçues ;
    - un système (14) de stockage des données sismiques ;
    caractérisé en ce que au moins deux desdits capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques (S0), sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) ; et
    l’unité de traitement (100) est aussi configurée pour, lorsque le véhicule est découplé par rapport au sol du fond marin (FM1), pouvoir opérer dans un mode guidage de déplacement selon lequel l’unité de traitement (100) est configurée pour :
    - déterminer la direction (D2) des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) qui sont reçues par lesdits au moins deux capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure ;
    - générer et transmettre au système (12) de navigation, des données de guidage relatives à la direction (D2) déterminée des ondes acoustiques (S2) reçues,
    le système (12) de navigation étant configuré pour commander le système (11) d’entrainement en déplacement et de direction du véhicule en fonction des données de guidage pour guider le déplacement (D1) du véhicule vers la base (2).
  2. Véhicule (1) selon la revendication 1, dans lequel le véhicule autonome sous-marin présente un poids dans l’eau de plusieurs kilogrammes, par exemple supérieur à 5 Kg.
  3. Véhicule (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les trois capteurs d’accélération ou de vitesse du système de mesure présentent un niveau de bruit inférieur à 50 ng /√Hz, par exemple un niveau de bruit de 15 ng /√Hz.
  4. Véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, les trois capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse du système (13) de mesure qui sont aptes à recevoir des ondes sismiques (S0), sont aussi aptes à recevoir des ondes acoustiques (S2) de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2), et, en mode guidage de déplacement, l’unité de traitement (100) est configurée pour déterminer la direction (D2) des ondes acoustiques de guidage émises par l’émetteur acoustique (20) de la base (2) qui sont reçues par les trois capteurs (131, 132, 133) dudit système (13) de mesure.
  5. Véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le boîtier (10) comprend une paroi apte à venir en contact avec le sol, ledit système de mesure (13) permettant de recevoir des ondes sismiques à l’état couplé du véhicule avec le sol du fond marin (FM1).
  6. Véhicule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (13) de mesure est couplé à la paroi du boîtier (10) apte à venir en contact avec le sol, de façon à pouvoir recevoir les ondes sismiques (S1) lorsque le véhicule est couplé au sol du fond marin pour effectuer une opération d’acquisition sismique.
  7. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits capteurs (131, 132, 133) d’accélération ou de vitesse du système (13) de mesure sont des accéléromètres formés par un microsystème électromécanique.
  8. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (13) de mesure comprend aussi un hydrophone.
  9. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système (13) de mesure et l’unité de traitement (100) sont situés sur une même carte électronique inclue dans le boîtier (10) du véhicule.
  10. Véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de traitement (100) comprend un module de sélection de mode de fonctionnement permettant de basculer :
    - du mode d’acquisition sismique, qui est activable de préférence lorsque le véhicule (1) est couplé avec le sol du fond marin (FM1), pour permettre de réaliser une opération d’acquisition sismique,
    - vers le mode de guidage de déplacement.
  11. Ensemble comprenant un véhicule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et une base (2) de récupération qui comprend un émetteur acoustique (20).
  12. Ensemble selon la revendication 11, dans lequel l’émetteur (20) acoustique de la base (2) de récupération est configuré pour émettre des ondes acoustiques de guidage (S2) d’une fréquence comprise entre 50 à 800 Hz.
  13. Procédé de guidage d’un véhicule (1) autonome sous-marin conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 10, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - positionnement du véhicule (1) par rapport au sol du fond marin (FM1) ;
    - exécution d’une opération d’acquisition de données sismiques à partir des ondes sismiques (S1) reçues par le système (13) de mesure ;
    - le cas échéant, découplage du véhicule (1) par rapport au sol du fond marin (FM1),
    - réception par ledit système (13) de mesure, d’ondes acoustiques de guidage (S2) émises par l’émetteur (20) de la base (2) de récupération ;
    - détermination de la direction (D2) des ondes acoustiques de guidage (S2) reçues ;
    - pilotage du déplacement (D1) du véhicule (1) vers la base (2) de récupération, en fonction de la direction (D2) déterminée des ondes acoustiques de guidage (S2) reçues.
  14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la détermination de la direction (D2) des ondes acoustiques (S2) reçues par le système (13) de mesure et émises par l’émetteur (20) de la base (2) est réalisée par :
    - une méthode de type arc-tangente ;
    - une méthode d’intensité mesurée sur chaque axe desdits au moins deux capteurs du système de mesure ; ou
    - une méthode de formation de faisceau.
  15. Procédé selon l’une des revendications 13 ou 14 dans lequel le positionnement du véhicule par rapport au sol du fond marin (FM1) est réalisé par le couplage d’une paroi du boîtier (10) du véhicule avec le sol.
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