CN103649783B - 用于地震勘测的磁偏角补偿 - Google Patents

Abstract

在用于有冰水域中的地震勘测中，拖缆在水表面以下在船舶后面被拖曳以避开冰。GPS读数可能不会一直地被获得，因为冰阻止具有GPS接收机的尾浮标从表面处的拖缆进行拖曳。替代地，设备在水的表面以下在拖缆上拖曳。拖缆的绝对位置通过间歇性地将被拖曳设备朝着表面带出来跟踪，因此GPS读数能够被获得。然后拖缆的绝对位置能够与罗盘读数相结合地使用，并且能够使在勘测期间沿着拖缆获得的各种地震传感器信号相关联。罗盘读数能够使用磁偏计读数针对磁偏角来修正，该磁偏角读数能够针对来自承载磁偏计的船舶或其他设备的铁影响被补偿。

Description

用于地震勘测的磁偏角补偿

相关申请的交叉引用

这是2010年3月8日提交的美国专利申请序号12/719,783的部分继续申请，其被通过引用结合到本文中，要求其优先权，并且其要求2009年3月9日提交的美国专利申请号61/158,698；2009年9月28日提交的61/246,367；以及2009年11月14日提交的61/261,329的优先权。

背景技术

常规海洋地震勘测使用震源和拖在地震勘测船后面的许多拖缆。这些拖缆具有检测地震能量以便对海底下的地层进行成像的传感器。当在具有适度浪涛等的开放水体中操作时，部署拖缆和源并在勘测期间牵引它们可能是相对简单的。

然而，由冰、碎片、大浪或其他障碍物覆盖的海洋位置可能使得勘测更加困难、昂贵或者甚至不可能。例如，在有冰的水中，地震勘测船必须破冰并穿过充满浮冰块的水。由冰撞击产生的噪声还可能使产生的地震记录复杂。

另外，水面上的浮冰块使得牵引所述源和拖缆更加困难且易于损坏。水面处的系统的任何部件都可能遭遇冰，陷入困境并失去。另外，甚至从滑道离开船的任何线缆或拖绳都可能收集表面上的冰，潜在地损坏线缆或拖绳。同样地，在船体下面被拉动并上升到船的后面的冰可能将这些线缆和绳索剪断。在授予Bjerkoy的美国专利号5,113,376和5,157,636中公开了本领域中已知的用于在冰覆盖区中执行地震勘测的某些方案。然而，到目前为止，与有冰或有阻碍的水中的海洋地震勘测相关联的问题尚未被显著地解决。

除在北极和冰覆盖区中的勘测中涉及到的某些物理挑战之外，例如，地球中的任何给定区域中的地球磁场的变化都可能引起基于陆地或基于海洋的地震勘测中的问题。如已知的，地球的磁场能够用七个参数来描述，包括磁偏角（D）、倾角（I）、水平强度（H）、水平强度的北（X）和东（Y）分量、垂直强度（Z）以及以纳诺特斯拉为单位测量的总强度（F）。大多数地磁场（即，主磁场）来自地球的外核。各种数学模型、诸如国际参考地磁场（IGRF）和世界磁模型（WMM）能够描述此主磁场及其如何随着时间推移而慢慢改变。虽然场的变化可能是略微可预测的，但地磁场也由于磁圈和电离层内的电流且由于不那么可预测的其他变化而改变。

地磁场的变化和改变能够影响北极地区以及其他位置上的地震勘测。此外，来自地震勘测设备的罗盘读数可能受到北极纬度处的磁偏角的差的影响。如已知的，磁偏角表示磁北与实际地理北之间的角。磁偏角的变化取决于纬度和经度且随时间而变，并且方位角的变化性在北极纬度处增加。

如将认识到的，能够基于用于罗盘的位置的磁偏角（真北与磁场的水平迹线之间的角）来修正罗盘读数。为了修正罗盘方位，通过将磁偏角与罗盘的磁方位相加来计算真方位。遗憾的是，北和南磁极周围的区域可能产生不稳定或不可用的罗盘读数，并且地球上的某些区域可能具有磁偏角方面的广泛差异。

已公布的地球的磁模型总是具有误差，并且并未完全准确到有时需要的详细水平。常规的基于海洋的地震勘测能够通过使用其中一直由拖缆上的尾浮标来获得GPS读数的闭合经过（closed traverse）来避免问题。然而，在北极勘探中，系统通常由于浮冰块而不能使用尾浮标，使得系统不能可靠地获得GPS读数。这使得对于有冰或有阻碍的水而言跟踪地震勘测设备和数据并进行定位更加有问题。

本公开的主题针对克服或至少减少上文所阐述的问题中的一个或多个的影响。

发明内容

地震勘测系统在其中磁偏角的变化可能产生在勘测期间获取的地磁场测量结果中的误差的各区域或者时间操作。例如，地球的北极地区可能具有在地震勘测区域中改变的磁偏角的变化，并且罗盘读数的误差在此类区域中的海洋地震勘测中可能是有问题的。当该区域具有限制使用尾浮标来获得GPS读数的有冰的水时，该问题可能进一步加剧。

例如，在基于海洋的系统中船在勘测期间拖曳拖缆。罗盘在海洋地震勘测期间收集用于计算拖缆的位置的信息。如已知的，罗盘给定磁方位，并且必须在地理坐标系中计算其位置。由于罗盘对局部磁场的磁偏角敏感，所以任何局部的差异都能够降低根据罗盘读数来重构拖缆的位置的准确度。因此，勘测系统随着勘测的进行而实时地测量磁偏角，并且实时地或稍后在处理中修正地磁场测量结果（例如，罗盘读数）。

用于磁偏角的修正能够在任何形式的海洋地震勘测中且甚至在基于陆地的地震勘测中有用。当特别地在北极地区中执行海洋勘测时，用于磁偏角的修正可能特别有用，因为系统不能始终使用来自拖缆上的尾浮标等的GPS读数以确定传感器的位置。替代地，拖缆具有许多线缆罗盘或被用于在勘测期间监视拖缆的位置的其他磁航向设备。在没有来自尾浮标的一直的GPS读数的情况下，勘测系统必须确定由地壳、大气等的变化引起的当前磁偏角的变形，因此能够修正罗盘读数。

如上所述，由于浮冰块或其他障碍物，北极地区中的勘测系统通常使用尾浮标来获得用于地震拖缆的绝对位置（例如，GPS读数）。因此，该勘测必须使用开放经过。为此，系统需要严格地处理沿着拖缆的各种罗盘读数中的误差。作为一个解决方案，当没有浮冰块或其他障碍物时，能够间歇地将拖缆上的可控载运器带出表面，使得能够获得绝对位置（例如，GPS读数）并传送至勘测系统。此类可控载运器能够位于拖缆的尾端或其他地方。

在获得间歇性GPS读数之后，可控载运器然后能够回到表面下面漂浮以避免遭遇冰并保持拖缆在水的表面以下受到保护。惯性导航系统（INS）设备、集成导航系统或其他类似系统始终能够用相对位置信息来补充间歇性GPS读数，因此即使当表面处的显著浮冰块阻止可控载运器获得新的GPS读数时，也能够确定拖缆的位置。此相对位置信息包括拖缆在水的表面以下被拖曳的同时的惯性测量结果。

同时，该勘测系统能够获得磁偏角测量结果，并相应地修正拖缆上的各种线缆罗盘或其他传感器读数。为此，能够在船舶后面部署具有磁力计的磁偏计以便获得磁偏角测量结果。例如，能够在拖缆线缆的末端上拖曳磁偏计或在船舶的船尾拖走。通常，此类磁偏计通常在拖船后面船舶的两个或更多长度被拖曳。

对于某些磁偏计而言，磁偏计在被拖曳时所遭遇的运动的问题可能使磁偏计获得的测量结果的处理过于复杂。例如，可能需要相对于被拖曳时的磁力计空间取向来连续地修正磁力计读数。这能够增加计算复杂性。为了避免此类复杂化，能够直接在拖船上使用用于磁偏计的部件，即使船舶对磁偏角读数产生某些磁性影响。当执行各种校准步骤以补偿由船舶对磁偏计引起的软和硬铁影响时，可实现在船舶上的使用。

供在船舶上使用的磁偏计使用磁力计来获得三轴地磁场读数，诸如航空24位Honeywell捷联式磁力计。磁偏计还使用三罗盘惯性测量单元（IMU）设备以及与此类设备相关联的计算和运动补偿计算。最后，系统将GPS读数和来自IMU设备的惯性测量结果（即，绝对位置和惯性位置）组合在一起，并且然后将测量结果与来自磁力计的三轴地磁场读数相比较以计算磁偏角修正。随后，能够用此计算的磁偏角来修正各种线缆罗盘或沿着拖缆的其他传感器读数。

对在拖船处确定的磁偏角的修正能够应用于有冰或有障碍物的水中的海洋地震勘测以及其他应用。一般地，能够在其中不能使用尾浮标来获得GPS读数或者只能偶尔地获得此类读数的海洋勘测中使用本文公开的技术。例如，使用在表面以下很深的深度处或在从拖船倾斜处拖曳的拖缆、使得不能完成获得用于拖缆的GPS读数的任何形式的海洋地震勘测可以受益于这些技术。

如上所述，使用来自拖船的磁偏角测量结果来修正拖缆上的线缆罗盘读数要求执行校准步骤以解决船舶对磁偏计的影响。简要地，拖船在校准期间经过圆形图案并从磁偏计和IMU设备获得读数。来自IMU设备的读数然后被用来修正拖船的俯仰角和滚转（roll）角。勘测系统然后修正船舶上的来自拖船的硬铁影响和来自地球的地磁场的环境差异的软铁影响。软件算法执行这些修正并确定补偿因数或参数。还能够使用偏差曲线来监视磁场，并且可以使用感兴趣区域中的地磁观测数据来增强磁偏计的校准。

一旦已获得，能够将磁偏角修正应用于来自在地震勘测期间所使用的任何的各种设备的读数，诸如线缆罗盘、拖缆等。能够实时地调整各种读数，并且能够存储用于磁偏角修正和罗盘读数两者的原始数据以供稍后使用和处理。此外，能够实时地修正罗盘读数等，使得勘测系统能够在勘测期间更好地监视和控制拖缆。

可以认为北极地区中的各纬度处的修正具有多达1至2度的差。当涉及到多个拖缆且其具有相当大的长度时，能够在勘测期间将沿着拖缆的长度的变化混合。因此，能够修正磁偏角的误差对于地震勘探而言能够在监视和记录拖缆的位置方面有用。最后，修正可以实现接近0.1%的准确度。

除海洋应用之外，磁偏角变化在其中使用磁航向的基于陆地的应用中可能是有问题的。磁偏角在空间上和时间上改变，并且该变化在北极纬度处、在太阳风暴等可能加剧。因此，甚至基于陆地的勘测也能够受益于公开的技术。

前述概要并不意图概述本公开的每个潜在实施例或每个方面。

附图说明

图1示出了修正用于磁偏角的地震勘测信号的过程。

图2A-2B示出了供在冰覆盖区中使用的根据本公开的某些讲授内容的海洋地震勘测系统的侧视图和平面图。

图2C-2D图示出具有漂浮设备和不同类型的可控设备的海洋地震勘测系统的侧视图。

图3A-3B图示出两个操作条件下的一种可控设备。

图4图示出根据本公开的可控设备的实施例。

图5图示出可控设备的内部细节和部件。

图6A图示出在拖缆的尾端处具有遥测拖曳潜水器（ROTV）作为可控设备的海洋地震勘测系统的侧视图。

图6B图示出在拖缆上的多个位置处具有ROTV的另一海洋地震勘测系统的平面图。

图7A-7B更详细地示出了遥测拖曳潜水器（ROTV）。

图8示意性地图示出在ROTV被拖曳的同时控制ROTV并航位推测其位置的控制系统。

图9示出了用于拖曳的载运器的惯性导航系统中的航位推测和修正漂移的控制环路。

图10示出了具有位于其上面的、用于使用用于船舶的GPS读数、已知传感器位置、已知可控载运器位置以及各种罗盘读数来确定拖缆的形状的传感器的拖缆。

图11示出了用于执行声学交叉支撑（cross-brancing）以确定拖缆位置的声学系统的不同布置。

图12A-12B示意性地图示出具有磁偏计部件的拖船上的控制系统的元件。

图12C示意性地示出了地磁坐标系。

图12D示意性地示出了具有相对于地理北和水平面测量的偏位角的船舶坐标系。

图13图示出使用在船舶处确定的磁偏角的地震勘测的一般流程图。

图14示出了用于确定拖船处的磁偏角的流程图形式的校准过程。

图15A-15B示出了用于船舶的两个校准图案。

图16A-16B更详细地示出了校准过程。

图16C示意性地示出了从基站进行的基于磁偏角的用于勘测区域的磁偏角的内插。

图17以图形方式图示出用以使用四阶傅立叶级数偏差曲线和最小二乘方来求解作为GPS/IMU读数的方位角的函数的旋转垂直磁力计分量（Mz）的步骤。

图18以图形方式图示出用于同时地用最小二乘方来求解水平磁力计分量（Mx，My）的参数以补偿水平面中的硬和软铁影响的步骤。

图19以图形方式图示出用于确定用于校准地点的加权、内插Δ磁偏角图的步骤。

图20图示出用于修正来自海洋地震勘测的线缆罗盘读数的磁偏角的流程图形式的处理步骤。

图21示意性地示出了根据本公开的基于陆地的地震勘测系统。

具体实施方式

A.用于地震勘测的磁偏角修正

陆地或海洋上的地震勘测使用传感器来获得地震信号。当在获得地震信号时已经知道这些传感器的位置时，然后能够生成感兴趣的地下岩层的图像。在许多情况下，使用地磁场测量结果、诸如罗盘读数来确定地震传感器的位置、取向和航向。虽然磁偏角随时间和在地球上的不同位置处而改变，但变化在某些位置处（例如，北极纬度）或在某些情况（例如，太阳风暴）期间可能更加明显。因此，能够针对地球上的给定空间位置实时地修正磁偏角能够在地震勘测中有益且能够改善勘测结果的准确度。

为此，公开了一种用于在地震勘测期间在时间上和空间上都修正磁偏角的系统和方法，所述地震勘测可以是基于陆地的或基于海洋的。在图1中，以流程图的形式示出了用于修正磁偏角以用于地震勘测的过程10。在勘测期间，用勘测区域中的一个或多个地震传感器来获得地震信号（方框12）。针对基于海洋的勘测，传感器可以是沿着在船舶后面拖曳的拖缆设置的水听器，并且能够由源、诸如同样在船舶后面拖曳的气枪来生成地震信号。针对基于陆地的勘测，传感器可以是设置在地面上的各种位置处的地震检波器，并且能够由振动器或其他地震源来生成地震信号。

为了用地震信号对感兴趣的地层进行成像，传感器相对于源的位置必须是已知的。为此，相对于地震传感器获得局部地磁场测量结果（方框14）。例如，可以在海洋地震勘测期间在拖曳的拖缆上实现罗盘读数。还可以在拖船上或其他地方实现读数。针对基于陆地的地震，还可以获得罗盘读数以对传感器和源进行定向。

如所已知的，罗盘及其他类似传感器给定磁方位，但是在地理参考系、诸如经度和纬度中计算用于对地球进行成像的各种传感器、源等的位置。因此，需要将罗盘读数转换到参考系。遗憾的是，罗盘或类似传感器对勘测区域中的局部磁场的磁偏角敏感，使得任何局部差异都降低罗盘的重构位置的准确度。为了克服这一点，修正局部地磁场测量结果以解决勘测区域中的磁偏角。

磁偏角随时间推移且跨地球的不同位置而改变。如前所述，在地球中的某些区域中或在某些条件下可能尤其如此。因此，基于已经根据本文所讨论的技术而确定的时间和空间磁偏角参数来修正局部地磁场测量结果（即，罗盘读数）（方框16-17）。最后，能够使这些已修正测量结果与获得的地震信号相关，因此能够产生更准确的地震图像（方框18）。

为了在海洋地震勘测中修正磁偏角，例如，能够随时间推移且相对于感兴趣区域的当前磁偏角测量结果而修正用于对传感器进行定位的从拖缆获得的各种罗盘读数。如下面所讨论的，这能够涉及到对部署在拖船上的磁偏计进行校准以去除硬和软铁影响，因此能够计算当前磁偏角并用来沿着拖缆修正罗盘读数。还可以使用来自本地基站的磁偏角计算来对勘测区域的当前磁偏角进行内插。

为了在基于陆地的地震勘测中修正磁偏角，例如，能够随时间推移且相对于感兴趣区域的当前磁偏角测量结果来修正为了对地震检波器进行定位而获得的各种读数。如下面所讨论的，这能够涉及到使用本地传感器处的磁偏计测量结果和并对来自勘测区域附近的本地基站的磁偏角进行内插。

B.海洋地震勘测系统

理解了在地震勘测中修正磁偏角的总体过程，讨论现在转到海洋地震勘测系统的细节和能够用其执行的磁偏角修正。

图2A-2B示出了具有拖曳具有传感器70的许多拖缆60的拖船30的海洋地震勘测系统20。此系统20能够类似于在典型水域中所使用的常规海洋地震勘测系统。然而，如特别地示出的，能够在具有冰川冰、流冰群、浮冰块或水表面处的可能干扰海洋地震勘测系统的被拖曳部件的其他阻碍或障碍物的冰覆盖区中使用系统20。在此特定系统20中，破冰船35在拖船30前面破冰。总之，在勘测期间使用地磁场测量结果、诸如罗盘或磁力计读数来收集拖缆位置的信息的各种形式的海洋地震系统能够受益于如本文所讨论的磁偏角修正。

随着拖船30拖曳拖缆60，供应系统45操作源90，并且具有地震记录仪的控制系统40记录用拖缆60上的传感器70获得的地震数据。在船舶的吃水线以下延伸，抗冰艉鳍（iceskeg）50保持用于拖绳62/92的附着点在水的表面以下。连接到控制系统40的地震记录仪的拖缆线缆65从船舶30开始延伸，并且艉鳍50在水的表面下面指引这些拖缆线缆65，使得冰将不会与之相干扰或聚集在其周围。

地震源90具有多个地震源元件91，其通常是气枪。连接到供应系统45的供应线缆95从船舶30开始延伸。拖绳92连接线缆95到抗冰艉鳍50并帮助在船舶30后面拖曳源90。

如图2B中进一步所示，能够使用扫雷器、鳍或门64和撑板66来在拖船30后面支撑多个拖缆60。扫雷器64和撑板66还可以类似于被用于海洋地震勘测的常规部件，不同的是扫雷器64优选地在水的表面以下拖曳。

在海洋地震勘测期间，期望确定、跟踪以及潜在地控制拖缆60的位置以更好地获取所获得的地震数据并进行地图绘制。确定绝对位置能够在勘测期间使用拖缆60的GPS读数来完成。

然而，在本公开的海洋地震勘测系统20中，获得GPS读数能够证明是困难的，因为系统20明显被浸没在水的表面以下，使得GPS接收机不能进行操作以获得读数。为此，系统20已在拖缆60上部署设备80以帮助确定拖缆60的绝对位置以及有效地控制其位置。此外，地磁场测量结果、诸如沿着拖缆60的罗盘读数的各种传感器读数可能遭受随时间推移和在勘测区域上的磁偏角的波动。为此，系统20使用如稍后所讨论的磁偏角修正技术。

讨论现在转到能够在拖缆60上使用以获得GPS读数并另外在勘测期间控制拖缆60的位置的多个类型的已部署或可控设备80。

1.漂浮部署的设备

在图2C中，示出了根据本公开的具有第一类型的已部署设备80A的海洋地震勘测系统20。在海洋地震勘测期间，控制并监视拖缆60的位置，使得知道传感器阵列70的绝对位置以用于适当的数据获取和分析。例如，拖缆的尾端的GPS坐标能够用来确定各种拖缆60上的每个传感器70的位置的坐标，并且控制系统40将这些坐标位置用于数据获取、分析以及控制。用于获取、分析以及控制的适当系统包括能够确定拖缆60的位置的ION地理智能获取系统。此类系统能够使用可从ION Geophysical获得的DIGIFIN^TM拖缆转向系统和命令控制软件来使拖缆60转向。（DIGIFIN是ION Geophysical公司的注册商标，并且ORCA是Concept Systems控股有限公司的注册商标。）

在本勘测系统20中，拖缆60使用艉鳍50和在本文中公开的其他特征浸没在水表面以下行进。然而，仍必须确定拖缆60的位置。为了获得给定拖缆60的位置，图2A中的系统20在拖缆60的尾端处使用漂浮在水的表面上的已部署设备80A。

已部署设备80A可以是被设计成在处于表面处的同时处理冰冲击和脱落的浮冰块的船柱式浮标。设备80A包括GPS接收机82，其能够随着其被用拖缆60在船舶30下面拖曳而获得用于已部署设备80A的GPS坐标。获得GPS坐标能够使用本领域中已知的常规技术，因此在这里并不对其进行详述。例如，在美国专利号7,190,634中能够找到关于水下拖缆线缆60的基于GPS的定位的细节，该专利被通过引用结合到本文中。

随着船舶30拖曳拖缆60，源90产生源信号，并且传感器70检测地震信号。控制系统40使用拖缆60和用于到GPS接收机82的通信和功率的其他线路从已部署设备80获得GPS坐标。然后，使用在本领域中已知的技术，控制系统40确定拖缆60、传感器70、源90及其他部件相对于船舶30的位置和被勘测的区域的物理坐标。

虽然海洋地震勘测系统20使用图2C的漂浮部署设备80A，但只要表面设备80A被设计成遭遇一定量的浮冰块、障碍物等，这一般是可能。否则，表面设备80A可能被冰阻住、被冲击损坏、移动到不适当的地方或丢失。因此，在某些情况下，可以如下所述地使用可浸没形式的已部署设备80。

2.可控部署设备

前述已部署设备80A意图漂浮在表面上。还可以使用在结合进来的申请序号12,719,783中公开的其他设备，并且其能够具有浮筒、浮标、系链等。特别地，图2D中的海洋地震勘测系统具有能够控制其深度的已部署设备80D。在勘测期间，在水的表面以下的拖缆60的末端上拖曳可控已部署设备80D以避免与浮冰块撞击。为了获得GPS读数，已部署设备80D具有能够通过控制设备80D的深度而被带到表面的GPS接收机82d。因此，优选地与拖缆60成一直线地在表面以下拖曳已部署设备80D，并且带到表面以在适当的时间用接收机82d获得GPS读数。

图3A-3B图示出两个操作条件下的前述已部署设备80D。在图3A的此标准滑动条件下，已部署设备80D在水下跟在拖缆60后面。当可能损坏或妨碍已部署设备80D的浮冰块、障碍物等在水的表面处时，此位置是适当的。当在表面处出现空旷地时，能够将已部署设备80D提高至表面，使得GPS接收机82d能够获得GPS读数。为了适当地对拖缆60和传感器70的阵列进行地图绘制，可能需要以周期性间隔实现这些GPS读数，因此能够充分地跟踪拖缆60和传感器70的位置。

已部署设备80D可以是可控载运器、设备或滑行器。例如，在一个布置中，已部署设备80D可以是遥控载运器（ROV），其具有推进系统和可控翼片等以在已部署设备80被拖曳时使其在水中转向至期望位置。替换地，已部署设备80D可以是使用浮力控制而向上或向下移动的被拖曳滑行器，如稍后更详细地描述的。在另一替换中，已部署设备80D可以是缺少推进系统但具有可控翼片的遥测拖曳潜水器（ROTV），同样如稍后更详细地所述的。

沿着这些线路，图4-5图示出用于公开的海洋地震系统20的已部署设备或可控载运器150A-B的实施例。如图4A中所示且如前所述，载运器150A附接于地震拖缆60的末端，其为载运器150A提供功率和通信。能够将系链61用于此目的。载运器150A上的翼片154/156可以是活动的，并且载运器150A能够具有拖进系统160，诸如螺旋桨。替换地，翼片154/156不需要是活动的。替代地，载运器150A使用浮力控制，如下面所述。同样地，载运器150A不使用推进力，并且载运器150A上的系统150实际上可以是制动器，同样如稍后所述。

如所示，载运器150A具有用于检测表面障碍物的检测器165。此检测器165能够包括声纳、冰剖面仪、光学传感器、多束回声探测仪、摄像机等，其向上看并监视载运器150A上面的障碍物（或空旷地）。能够将来自检测器165的信号与导航和/或控制系统（未示出）集成以便获取海洋地震数据，诸如系统。这样，控制系统能够确定载运器150A上方表面没有冰的时间，并且能够用信号通知载运器150A上升至水的表面。

作为一个示例，检测器165能够使用声纳来检测在表面处存在冰的时间。例如，如果在表面处存在特定厚度的冰，则声纳检测器165可以检测此表面冰，并且然后能够将此信息用于确定是否升起载运器150A。虽然这取决于其能力，但声纳检测器165优选地能够检测至少小于1m厚的较薄的冰，因此能够针对可能存在的大多数表面冰保护载运器150A。

作为另一示例，检测器165可以是确定表面处的可用光的光学传感器，其可以指示冰的存在或不存在。沿着这些线路，检测器165可以是沿着拖缆60向拖船馈送视频或图像的数字式摄像机。拖缆60的尾端可以位于与拖船相距显著距离处，并且操作员将不能确定拖缆60在哪里和什么冰可能在载运器150A上方。因此，操作员能够观看来自摄像机165的视频或图像，并且确定如果存在空旷地的话是否升起特定载运器150A。这然后能够通过用经由拖缆60从船舶传送至载运器150A的信号来远程地激活载运器150A来完成。

载运器150A具有GSP接收机152。如所示，此GPS接收机152能够位于向上翼片154上，使得当载运器150A滑行至表面以便获取GPS读数时，天线152能够在水的表面上方窥视。无论GPS接收机152如何出现在表面，所获得的GPS读数都被传送至仪表控制系统以便对拖缆60进行定位并确定其位置以用于适当的数据获取和分析。

由于可能并不总是可获得连续的GSP读数，所以载运器150A可以包括惯性导航系统以保持由GSP读数间歇性地确定的方位，如本文所述。此外，载运器150可以包括磁偏计167，其能够被从载运器150A的末端用绳索拴住以保持其远离任何干扰电子装置。磁偏计167能够使用三轴磁力计来计算地球磁场中的磁偏角，并且然后能够将磁偏角修正至真北读数，因此仪表控制系统能够在不存在通常被用于该目的的更稳定的GPS读数的情况下确定拖缆60的末端的绝对位置。作为在拖缆60的末端拖曳磁偏计167的替代，能够优选地直接在船舶30的后面独立地拖曳磁偏计167，通常在船舶长度的2-1/2倍的距离处，以减少来自船舶磁场的干扰。甚至更优选地且如稍后所述，能够将磁偏计设置在船舶30本身上。

载运器150A通过转到表面来间歇性地获得GPS读数以用GPS接收机152来获得GPS数据。然后，潜在表面下面，载运器150A能够使用先前获得的GSP数据以及惯性导航数据、罗盘读数以及当前磁偏计数据来在进行中确定拖缆60的实时或近实时位置，直至能够获得新的GPS读数。

图5中的已部署设备或载运器150B揭示了某些内部细节和部件。在载运器150B上，翼片154不是活动的，并且载运器150B不使用推进力。替代地，载运器150B使用在载运器150B的非浸沉式尾部中具有容积（例如，囊状物）180的浮力控制。能够使用泵送系统182等来调整此囊状物180的容积，使得能够以受控方式来改变载运器150B的浮力。

为了改变载运器150B的俯仰角和滚转角，能够使质量170沿着载运器150B的长度轴向地移位或绕着轴旋转。优选地，质量170是被用于载运器的电子部件的实际电池，其包括伺服系统或用于移动质量170的其他电动机。

与图4的GPS接收机相反，图5中所示的GPS接收机152位于延长臂或桅杆153的末端上。此臂153能够从载运器150B以一定的角度向上延伸，使得GPS接收机152能够在载运器150在表面附近滑行时从水中延伸出来。替换地，能够使桅杆153在其底座155处从与载运器150B成一直线的拖缆位置枢转至向上成角度位置。当载运器150被周期性地带到表面以获得GPS数据时，能够激活桅杆153以使GPS接收机152在其底座155处从水中枢转出来。

一般地，载运器150能够具有与被用于载运器的那些类似的特征和测量海洋中的表面下水流、温度等的漂移剖面仪。同样地，载运器150B具有保持可变浮力系统180、质量170以及电子装置部190的机架（未示出）。适合于海水密度的等密度外壳157能够分区段地配合在机架上。外壳157和机架然后能够配合在具有翼片154和流线形状的玻璃纤维外壳151内。用于GPS接收机152的桅杆153能够连接到电子装置部190，并且能够从外壳151开始延伸。

如在结合的申请中公开的，能够在拖缆60（以及其他位置）的尾端处使用这些及其他可控已部署设备80。当尾端设备80被带到表面时，其能够获得GPS读数以便确定拖缆的位置。

3.使用可控已部署设备的系统

如前所述，可控已部署设备80能够在拖缆60的尾端上用来控制拖缆60的位置。同样如前所述，设备80能够包括缺少推进系统但具有可控翼片的遥测拖曳潜水器（ROTV）。图6A图示出在拖缆60的尾端处具有遥测拖曳潜水器（ROTV）200作为可控设备的海洋地震勘测系统20的侧视图。ROTV200在水的表面下面被拖曳在拖缆60的末端上。此ROTV200还具有一旦ROTV200被带到表面、能够获得GPS读数的GPS接收机212。

图6B图示出在拖缆60的多个位置处具有ROTV200的海洋地震勘测系统20的平面图。在此统统中，前引ROTV200A被拖曳在拖缆60的头部处，并且拖尾ROTV200B被拖曳在拖缆60的末端上。前引ROTV200A被拖绳62和拖缆线缆65从船舶的艉鳍50连接出来。如果期望的话，甚至可以在沿着拖缆60的中间位置处布置中间ROTV（未示出）。

为了实现三维（或者甚至2D或4D）操作，每个前引ROTV200A单独地拖曳拖缆60。拖绳和拖缆线缆62/65将ROTV200A连接到船舶的艉鳍50。在勘测期间，能够控制每个ROTV200A-B的位置和深度以保持用于地震勘测的拖缆60的适当布置阵列。另外，受控深度允许拖缆60避免表面处的任何浮冰块。

沿着拖缆60在前引和拖尾位置处使用ROTV200A-B能够促进拖缆60的部署和检索。例如，相互独立地，单独ROTV200A-B能够在其他拖缆60下面向下牵引其拖缆60，并且能够在船舶30下面的可能空旷区域中通过拖缆60的阵列的中间将其带上来。然后能够将拖缆60向上拉至船舶30，并且能够避免其他拖缆60和拖绳62。这将允许操作员单独地部署和取回（检索）拖缆60，并且甚至能够在所有其他拖缆60保持在水中的同时允许拖缆60的修理。如在图6A的系统中的在拖缆60的尾部上使用单个ROTV200还可以能够采取相同形式的部署和取回（检索）。

图7A-7B更详细地示出了遥测拖曳潜水器（ROTV）200的一个实施例。一般地，此ROTV200是结合了ROV、AUV和滑行器的元件的混合型设备。用于ROTV200的一个适当示例是可从MacArtney Underwater Technology集团获得的TRIAXUS拖曳波动器。

为了拖曳ROTV200，具有电源线和通信线的拖曳线缆（未示出）连接到中心箔227的前沿49。如所示，ROTV200具有在其前段中通过箔220/225且在其后段中通过副翼230被互连的四个管状物210。箔220/225和副翼230具有机翼形状。中心箔225将前引箔220互连并在ROTV200前面支撑水平箔227。这些中心箔225帮助保持ROTV200在其滚转方向上找平。拖尾副翼230是可控的，具有控制俯仰的上和下副翼230A-B和控制偏航的左和右副翼230C-D。

安装在每个管状物210中的四个致动器或电动机（未示出）移动这些副翼230A-D以随着ROTV200被拖曳而控制其俯仰和偏航。管状物210具有用于保持除用于副翼230A-D的电动机、齿轮和位置传感器之外还有各种部件的隔室212。例如，这些隔室212能够具有下面所讨论的GSP接收机、惯性导航系统、深度传感器、俯仰传感器、滚转传感器、航向传感器等。

在被拖曳的同时，水平副翼230A-B产生上下力以使ROTV200垂直地移动，而垂直副翼230C-D产生右舷和端口力以便使ROTV200水平地（横向地）移动。通常，将在间歇性地调整副翼230以将ROTV200保持原状的情况下在中立（空挡）位置上拖曳ROTV200。某些情况、诸如上升至表面将要求副翼的更强烈的移动，尤其是当连接到拖缆时。用于ROTV200的制动能够使用先前所讨论的某些技术。另外或作为替换，能够将副翼230向内或向外转动以当ROTV被拖曳时增加其拖动。

图8示意性地图示出本公开的海洋地震系统中的用于控制可控载运器（例如，ROTV200）并在其被拖曳的同时确定其位置的控制系统300的元件。船舶30上的船舶部件305包括主控制系统310，其具有用于获得GPS读数的主GPS接收机320。如前所述，此控制系统310可以是仪表化控制系统，诸如可从ION Geophysical获得的控制系统310与控制单元300接口（或与之集成），其控制并监视被用于阵列中的拖缆的各种载运器（例如，ROTV）。用于图7A-7B的ROTV200的适当控制单元330的示例是被用于TRIAXUS ROTV的顶层单元。

被通信和电源线332连接，控制单元300与可控载运器340上的本地控制器350，诸如图7A-7B的ROTV200或本文公开的某个其他可控设备接口。控制器350从设备的传感器360向控制单元330传送传感器数据。在与主控制系统310中的导航信息接口之后，控制单元330向控制器350发送回导航指令，其使各种翼片电动机370适当地操作。对可控载运器340进行导航能够涉及到实时控制和预编程轨道两者。

控制器350与设备的集成传感器360通信并向用于副翼的电动机370进行传送。用于控制设备340的集成传感器360包括深度传感器、俯仰传感器、滚转传感器以及航向传感器。能够用压力传感器来测量深度，同时能够用双轴倾斜计来测量俯仰和滚转。能够使用磁通量闸门罗盘来测量偏航或航向，并且还能够使用高度计。

除集成的传感器360之外，控制器350能够连接到监视电动机和副翼以跟踪这些副翼的位置以向控制单元330进行反馈的位置传感器。所有这些集成的传感器（即，俯仰、滚转、航向以及电动机位置）为控制系统310提供反馈以控制副翼以指引可控载运器340并防止其滚转。

除这些传感器之外，可控载运器340上的控制器350与GSP接收机308通信。如前所述，当可控载运器340被带到表面时，能够将用于GPS接收机380的天线暴露在水的表面上以获得GPS读数。然而，可预期将间歇性地进行此类读取。可能，当在有冰或有障碍物的水中使用时，在能够使可控载运器340重新回到表面以获得GPS读数之前，可以在浮冰块下面拖曳可控载运器340达连续的几个小时或者甚至几天。因此，可控载运器340还具有被用于确定用GPS接收机380获得的直接GPS读数之间的可控载运器340的相对位置或定位的惯性导航系统（INS）设备390。

一般地，INS设备390能够使用在本领域中已知的部件，诸如处理器、加速度计以及陀螺仪，并且使用航位推测技术来连续地确定可控载运器340的位置、取向、方向以及速度。根据必须以这种方式对可控载运器340进行航位推测多长时间，INS设备390的加速度和角速度的测量结果所固有的漂移误差变得越来越被放大。相应地，优选地由周期性GPS读数来修正导航。即使有用于位置的每小时几分之一海里和用于取向的每小时十分之几度的误差，如果可控载运器340必须保持在表面以下达延长的时段，则INS设备390的确定中的误差也可能是显著的。以下讨论描述了能够用来修正INS设备390的确定的反馈环路。

4.控制环路

图9示出了用于确定可控载运器（例如，340；图8）、诸如ROTV的位置以及修正该位置的导航反馈环路400的示例。最初在环路400中，可控载运器340使用其GPS接收机380来获得直接GPS读数（方框402）。这是在可控载运器340上面的区域没有浮冰块或其他障碍物时完成的。在可控载运器340浸没之后，INS设备390和控制系统310开始随着可控载运器340被拖曳而确定其位置（方框404）。这是通过从GPS读数获取起始位置或方位并测量方向、速度和时间以使用航位推测技术来计算从该起始位置前进的可控载运器340的位置而完成的。

遗憾的是，这种形式的惯性导航并不是精确的，并且漂移误差随时间推移而累积。只要漂移误差足够低，此惯性导航就能够继续。在某个点处，控制系统310确定漂移误差是否已超过取决于实施方式的某些可接受范围（方框406）。如果没有，则控制系统310能够继续航位推测（方框404）直至漂移误差过大为止。

一旦漂移误差很大（由于航位推测的长时段、快速勘测速度、长勘测距离或这些的组合），控制系统310试图通过使可控载运器340重新回到表面以获得确定设备340的位置的新GPS读数或通过将INS设备的航位推测与来自船舶的主导航系统的反馈集成来修正误差。相应地，控制系统310根据人工输入或根据可控载运器340上的传感器（声纳、冰剖面仪、回声探测仪等）来确定设备340是否能够上升至表面（判定408）以获得另一GPS读数以确定设备的位置（方框402）以重复该过程。

如果可控载运器340不能上到表面，则控制系统310使用船舶的机载GPS接收机380来获得GPS读数（方框410）。此GPS读数给出拖船30的位置。作为附加补充，系统310从各种水中设备（即，可控载运器340、拖缆、传感器等）获得数据（412）。此数据能够用于确定可控载运器340的相对位置。

例如，图10示出了具有带有位于其上面以便确定拖缆形状的线缆罗盘或传感器70的拖缆60的海洋勘测系统20。在这里，确定使用来自船舶部件305的GPD读数（x）、已知传感器位置（Y1-Y5）、沿着拖缆60的已知可控载运器位置（Y6）以及来自线缆罗盘70的各种罗盘航向等。如所示，关于拖缆60上的传感器70和可控载运器340的数据（包括其在拖缆60上的位置（Y）中的每一个、用磁偏角修正的罗盘航向等）能够用来估计拖缆60上的各点的位置并导出拖缆的形状。与使用船舶部件305的机载GPS接收机的船舶的GPS读数（X）组合，能够将所有此数据与来自INS设备（390；图9）的位置数据集成以修正其漂移误差并提供关于GPS坐标中的拖缆60及其传感器70的位置的绝对位置信息等。

另外，能够将声学定位技术连同使用船舶部件305的机载GPS接收机的GPS读数一起用来修正INS设备的漂移误差并提供更多的绝对位置信息。例如，如图11中所示，针对系统20示出了用于执行声学交叉支撑的声学系统的不同布置。此类声学交叉支撑能够用来确定拖缆的位置。

另外，能够通过使用船舶30上的换能器朝着拖缆60的尾端向可控载运器340上的声学传感器“发咻咻声（ping）”以确定载运器的位置来获得短基线。并且，能够通过使用海床上的一个或多个其他换能器（对于长基线系统需要至少两个换能器）来对可控载运器340上的传感器“发咻咻声（ping）”以确定其位置来获得长基线。最后，甚至能够将来自可控载运器340的控制传感器读数与由船舶部件305（即，控制单元330）指向可控载运器340的移动与机载GPS读数（X）集成以确定可控载运器340的绝对位置。能够使用在本领域中可用的这些及其他技术。

无论如何将INS设备的位置与来自其他导航部件的反馈集成，船舶部件305都能够修正可控载运器的航位推测（相对）位置（参见图9中的方框414），因此系统能够使用具有较小漂移误差的INS设备390来继续。只要可控载运器340保持浸没在表面以下，航位推测和修正漂移误差的整个过程就可以继续。最后，如果条件允许，可控载运器340被指引向表面以获得直接GPS读数以再一次固定其位置（图9中的方框402）。此新GPS读数提供然后能够在进一步勘测中在可控载运器340保持浸没时被用于航位推测和修正的新起始点。

C.用于海洋地震勘测的磁偏角修正

如前所述，能够使用一个或多个罗盘、声学测量等来获得地震勘测中的拖缆60的位置信息以确定拖缆60的位置及其相互之间的关系。虽然对线缆罗盘进行了参考，但本公开的教导能够用来修正任何地磁场测量设备，诸如将磁航向设备修正至真北。能够使用安装在拖缆60本身中的仪表或传感器来执行位置测量，并且能够在具有闭合经过的标准海洋勘测中或在具有开放经过的有冰水域中的勘测中使用该测量。最后，任一形式的海洋勘测都可以受益于本文公开的修正技术。

如前所述，测量即时磁偏角对修正从线缆罗盘等获得的拖缆60的磁确定位置有用。此修正在较高纬度处尤其有用，因为由于大气干扰，在高纬度处可发生更多的磁性变化。最后，水中的冰抑制如前所述的尾浮标的使用并限制拖缆60的末端处的GPS读数的测量，因此磁偏角修正能够改善准确度。

如上所述，在拖缆60的尾部处获得所需GPS读数的一个方式涉及到使用漂浮或系链浮筒（例如，图2A中的82），或者涉及到将可控设备移动至表面以在能够时获得GPS读数（图2D、3A-3B、4、5和6A-6B）。然后能够使用航位推测和惯性导航来在周期性GPS读数之间跟踪拖缆60的位置，如参考图7A-7B、8和9所述。这些计算的一部分可以基于拖缆60的尾端处的可控设备中的磁偏计，如先前参考图2B和4所述。

当使用时，磁偏计能够修正被用于对拖缆60进行定位的电缆罗盘的罗盘读数。拖曳在船舶30后面、诸如在拖缆60的尾端上或在拖缆60上的可控设备中的磁偏计将磁偏计远离船舶30定位。在此位置上，磁偏计能够避免船舶的磁场方面的问题。作为拖曳在拖缆60的末端的磁偏计的替代，能够直接在船舶30的后面独立地拖曳磁偏计，通常在船舶长度的2-1/2倍的距离处，以减少来自船舶磁场的干扰。

优选地，磁偏计使用基于矢量的磁力计相对于磁力计的空间取向来测量地球磁场的定向分量。在拖缆60上或在船舶30后面拖曳磁偏计使磁力计移动，因此可要求使用惯性测量等对磁力计的空间取向进行连续修正。当磁偏计中的磁力计是3轴捷联式磁力计时情况尤其如此，与仅测量总场的标量式磁力计相反。

然而，在大多数情况下，与此类被拖曳磁力计的增加的运动相比来自船舶30的任何感生磁可能不具有权衡的价值，使得在船舶30后面拖曳磁偏计并不是那么期望的。由于这些原因，拖船30可以具有安装在其上面的磁偏计系统。然而，在船舶30上，磁偏计系统必须补偿由船舶30引起的硬和软铁影响。随后的讨论提供了用于校准和使用船舶30上的磁偏计系统以便执行海洋地震勘测的细节。再次地，勘测可以是也可以不是在有冰或有障碍物的水中执行，其中，拖缆60的GPS读数是难以或不可能连续地获得的。

图12A-12B示意性地图示出用于拖曳拖缆60的船舶30的控制系统500。虽然在图12A中示出了从艉鳍50拖曳一个拖缆60的船舶30，但可以使用更多的拖缆60，如在图12B中所表示的。每个拖缆60具有沿着其长度设置以便在拖曳期间确定和控制拖缆的位置的许多磁航向设备或线缆罗盘65。使用磁偏计系统520，控制系统500获得船舶30处的磁偏计读数，并且基于该磁偏计读数在空间上和时间上修正线缆罗盘65的读数。此外，控制系统500能够使用仪表化控制系统，诸如可从ION Geophysical公司获得的的特征，并且能够使用如前文所讨论的类似特征以便控制拖缆60的位置。

控制系统500具有控制并监测阵列中的各种拖缆60的控制单元510以及其他传感器。虽然未详细地示出，但将认识到控制单元510能够使用本领域中已知的部件，诸如处理器、存储器件、存储器、软件、用户接口等。

为了控制拖缆60，例如，控制单元510与拖曳载运器、可控设备、翼片、方向标及其他部件（未示出）接口以便对拖缆60进行操纵和指引，如在本文中公开和在本领域中使用的。为了监视位置和确定磁偏角，控制单元510与拖缆60上的线缆罗盘65接口并与船舶30上的磁偏计系统520的磁力计50、惯性测量单元560以及GPS航向设备570接口。GPS航向设备570获得拖船30处的GPS读数，并且磁力计550获得三个定向磁分量，并且可以是磁通量闸门磁力计、捷联式磁力计等。GPS航向设备570能够优选地具有两个GPS接收机（未示出）以获得GPS读数，并且根据在本领域中已知和使用的技术来计算大地测量方位。

惯性测量单元560获得船舶运动的三个定向分量。例如，单元560能够具有俯仰传感器、滚转传感器以及航向传感器。俯仰和滚转能够由双轴倾斜计来测量。能够使用磁通量闸门罗盘来测量偏航或航向，并且还可以使用其他设备。

为了帮助举例说明本文所使用的各种取向，讨论转到示出了地磁和船舶坐标系的图12C-12D。图12C示意性地示出了用于空间中的点的地磁场的元素。该元素包括北分量Xe、东分量Ye以及垂直分量Ze。根据这些，能够导出水平强度H、总强度F、倾斜角I以及磁偏角D（从真北到水平分量顺时针方向测量）。

图12D示意性地示出了具有相对于地理北和水平面测量的姿态角的船舶坐标系。如按照惯例所做的那样，船舶的惯性坐标系具有x分量Xs（到船首正向测量）、y分量Ys（到右弦正向测量）以及z分量Zs（向下到龙骨正向测量）。随着船舶移动，其能够相对于地理坐标在其坐标系中具有各种偏位角。关于垂直轴（Zs）来测量航向，同时关于纵轴（Xs）来测量滚转。关于横轴（Ys）来测量俯仰。

被耦合到船舶的运动，可以是三轴捷联式磁力计的磁力计500测量相对于船舶的空间定向的地磁场。因此，磁力计的测量结果必须是非旋转的以用于使用在本领域中已知的技术对绝对坐标系（即，真北、纬度、经度等）适当参考。

图13图示出用图使用12A-12B的控制系统500在船舶30处确定的磁偏角的地震勘测600的总流程图。为了执行地震勘测，操作员最初对船舶30上的机载磁偏计系统520进行校准。如下所述，校准过程允许控制系统500在实现磁力计读数等时解决（account for）船舶30的磁影响。

一旦完成了校准，则操作员开始地震勘测（方框604）。如前所述，勘测涉及到拖船在感兴趣区域内在船舶30后面拖曳阵列中的一个或多个拖缆60。源信号从地层特征反射，并且拖缆60上的声学传感器获得地震信号以用于分析。为了将所有数据组合并最终对感兴趣区域进行成像，必须使地震信号与关于拖缆60上的传感器的位置的信息和在勘测期间接收到信号的时间相关联。这能够将许多已知技术用于海洋地震勘测。

按照常例，在海洋地震勘测期间，控制单元510从拖缆的线缆罗盘65获得罗盘读数（方框608）并从一个或多个GPS接收机获得GPS读数。例如，拖缆60上的各种线缆罗盘65在沿着拖缆60的各点处获得罗盘读数，并且拖船30上的GPS接收机570获得船舶位置的GPS读数。如果可能的话，尾浮标上的GPS接收机（未示出）或在拖缆60上拖曳的其他可控设备也能够获得GSP读数，虽然这可以是间歇性的，如先前所讨论的。

然后针对当前磁偏角对来自线缆罗盘65的读数进行修正，其能够使用下面更详细地描述的校准和计算技术来解决（方框610）。简要地，来自拖缆的罗盘65的原始罗盘读数通常是在没有针对在船舶30处确定的当前磁偏角被修正的情况下存储的。为了实现此修正，控制单元510确定使用来自GPS航向设备570的GPS数据导出的第一测地航向对比使用磁力计550的3分量磁力计数据导出的第二测地航向之间的差。由此，控制单元510计算磁偏角。另外，控制单元510从3分量惯性测量单元560向磁偏角施加运动补偿。然后能够将该磁偏角应用于来自罗盘65的原始罗盘读数，并且能够将结果得到的数据作为已修正罗盘读数存储在系统的数据库542中。

使用导航软件并知道拖缆60的布置、传感器的间距和罗盘读数、交叉支撑确定等，控制单元510能够根据期望来确定拖缆60的位置以用于勘测（方框612）。然后能够将关于拖缆的位置、来自拖缆60的声学传感器读数、罗盘读数、GPS读数、磁偏角等的所有相关数据存储在数据库542中以用于海洋地震勘测所共用的稍后的处理和分析，使得能够对感兴趣区域进行成像。

给定用船舶30上的磁偏角系统520来确定磁偏角的地震勘测的此一般概述，讨论现在转到在对船舶的磁偏角系统520进行校准以确定和使用磁偏角来修正拖缆60上的罗盘读数中涉及到的特定细节。

1.校准技术

在能够用拖船30上的控制单元510来确定正确的磁偏角之前，必须执行各种校准步骤。在一次校准中，控制单元510通过同时地对钢拖船30对用船舶30上的设备550、560和570获得的各种数据读数的3D硬和软影响进行求解来针对软和硬铁影响进行校准。

为此，针对感应磁化对控制单元510进行校准以补偿由船舶在地球磁场内的取向引起的感生磁力。此校准使用傅立叶级数偏差曲线。另外，控制单元510从远程基站或观察台执行内插内场参考（interpolated infield referencing）以估计校准位置处的正确磁偏角。在这里，控制单元510使用来自位于远离校准位置某个距离处的基站的数据。下面详细地描述这些校准步骤中的每一个。

a.校准过程

用控制单元510针对来自拖船30的硬和软铁影响进行校准是基于地球磁场的已知特性和钢船舶30的铁磁性。如所已知的，地球的地磁场具有量值、相对于水平面的倾角以及相对于真北的磁偏角。能够将这些场分量分解成Mx、My和Mz的几何分量，其能够用系统的磁力计550来获得。这些分量对应于用于磁力计的典型坐标系或框架惯例。此框架惯例常常被称为NED，其中，X轴在水平方向上指向北，Y轴在水平方向上指向东，并且Z轴垂直地指向下。

特定位置处的地球总磁场（B）包括三个物理分量的和：地核中的主磁场（Bm）、地壳表面附近的地壳场（Bc）以及最可变大气场（Ba）。在磁偏计的校准期间解决这三个场Bm、Bc和Ba。

地球磁场B的矢量具有在测地坐标系中定义的分量。如先前在图12D中所述，用于地球地磁场的大地坐标系具有x分量Xe（向北方正向测量）、y分量Ye（向东方正向测量）以及z分量Ze（朝着地心向下正向测量）。主磁场（Bm）是总磁场（B）的最大分量，包括约98%，并且其能够用许多模型来预测。某些典型模型包括国际参考地磁场（IGRF）、世界磁模型（WMM）、增强型磁模型（EMM）以及BGS全球地磁模型（BGGM）。在下面概述的校准程序中使用这些模型中的一个或多个。

为此，通过局部磁性勘测只能知道地壳场（Bc），其在大多数情况下将不是可用的。这能够通过在尽可能深的水中进行校准以使Bc最小化来处理。能够通过从由在被勘测区域中建立的磁观察台提供的数据进行内插来估计可变大气场（Ba）。此类观察台战略地在全世界定位，并且来自于它们的数据能够用来估计感兴趣区域中的可变大气场（Ba）。

两种铁磁性是系统500的校准中所考虑的。首先，拖船30是在处于地球磁场中的同时由铁构造而成，使得船舶30在其构造的物理过程期间获取残留或永久磁性。此铁磁性被称为“硬铁”磁性，并且甚至当船舶30取向改变时也恒定地与船舶30对准。因此，随着磁力计550获得读数，船舶30的硬铁磁性恒定地加到磁力计550的每个轴的输出上。

所考虑的第二种铁磁性是由地球磁场与船舶30的铁的相互作用产生的感生磁性。此感生磁性被称为“软铁”磁性，并且其随着船舶30在地球的磁场中改变取向而变（波动）。计算软铁影响比硬铁影响更加密集，并且涉及到确定角度（φ），水平磁力计读数Mx/My在水平方向上以该角度旋转。该计算还涉及到确定偏离的水平磁偏角读数Mx/My中的长轴和短轴的比（R）。当被组合时，角（φ）和比（R）补偿水平面中的感生磁性（软铁）。用于识别角、长轴的量值、旋转矩阵以及用于长轴的标度因子的特定等式在本领域中是已知的，并且在本文中为了简洁起见而不详细地重复说明。

这两个类型的铁磁性在水平面（Mx,My）和垂直面（Mz）两者中都具有影响。因此，校准过程优选地补偿水平和垂直面两者中的硬和软铁磁性以确定修正参数。

b.流程图

图14以流程图形式示出了校准过程630，其能够实现为控制单元的可编程处理器中的软件等，如本文所公开的。校准过程630相对于磁北对磁偏计系统520的方位角进行求解。为此，过程630使用随着船舶30经过校准图案而由磁力计读数（Mx,My和Mz）获得的观察的磁场的已旋转、已补偿分量。然后将来自此观察磁场的磁方位角与用GPS/IMU设备560/570相对于真北获得的方位角相比较，其给出用于修正拖缆60上的各种罗盘读数的磁偏角。

最初，操作员用船舶30来执行校准运行以对磁偏计系统520进行校准（方框632）。在这里，船舶30以圆形图案起航，使得船舶的航向通过所有方位角，其中，方位角指的是从北方方位顺时针方向测量的水平面中的角度。能够使用用于船舶30的两个图案620/625，如图15A-15B中所示。随着船舶30航行图案620/625，控制系统510记录校准数据，包括GPS/IMU航向、来自惯性测量单元560的俯仰和滚转；来自磁力计550的Mx、My和Mz的3轴读数；来自GPS接收机570的经度和纬度的GPS读数；以及用于每个先前数据的时间戳（方框634）。然后存储此校准数据以用于如下面详述的处理以导出用于修正未来读数的参数（方框636）。

为了进行校准，控制单元510使用获得的GPS/IMU数据来使原始磁力计数据旋转至水平方向（方框638）。一旦这已完成，则执行各种计算以找到能够用来基于在地震勘测期间经历的磁偏角的变化来修正罗盘读数和地震数据的校准参数。作为这些计算的一部分，控制单元510确定用于垂直取向（方框640）和水平取向（方框642）上的硬和软铁影响的校准参数。

用计算的校准参数，控制单元510还执行能够补偿地球磁场中的大气差的计算（方框644）。这能够使用来自周围观察台的数据的内场参考来完成，如稍后更详细地解释的。最后，一旦完成了校准，则控制单元510能够将校准参数用于针对拖缆罗盘的数据的获取和处理以在执行或分析地震勘测时解决磁偏角的变化（方框646）。

c.第一校准阶段

理解了上述总体校准过程630，讨论现在转到图16A，其更详细地示出了第一校准阶段650。（阶段650的步骤能够实现为控制单元的可编程处理器中的软件等，如在本文中公开的。）在船舶30经过所述图案（图15A-15B的620/625）并如前所述获得所有方位角上的读数之后，控制单元510首先使用从惯性测量单元560获得的俯仰和滚转来使来自磁力计550的原始磁力计数据（Mx，My，Mz）旋转至水平方向（方框652）。为此，对磁力计数据施加旋转以去除滚转（即，Y轴与水平方向之间的横倾角（bank angle）），并且施加另一旋转以去除俯仰（即，X轴与水平方向之间的仰角）。此旋转使局部x-y水平面与参考X-Y水平面对准，并且能够使用在本领域中已知的旋转矩阵和计算。

此后，控制单元510使用四阶傅立叶级数偏差曲线和最小二乘法对作为GPS/IMU方位角的函数的已旋转垂直Mz分量进行求解。此曲线拟合确定垂直软铁参数（9个系数）以补偿垂直面中的软铁影响（方框654）。

图17以图形方式图示出用以使用四阶傅立叶级数偏差曲线和最小二乘法对作为来自GPS/IMU读数的方位角的函数的已旋转垂直分量Mz进行求解的此步骤。在这里，原始垂直分量Mz被示为线680，并且已旋转垂直分量Mz被示为线682。用于已旋转垂直分量Mz的求解曲线被示为线684，其中，作为来自惯性测量单元560的IMU方位角的函数用图形表示已旋转垂直分量Mz的纳诺特斯拉。作为这些步骤的结果，校准过程630获得参数以补偿由船舶30引起的垂直方向上的感生磁性（软铁影响）。垂直软铁参数来自最佳拟合线684的傅立叶级数的九个系数。

现在转到图16A，控制单元610在对垂直软铁参数进行求解之后在多个步骤（方框656至665）内进行迭代以然后确定用于补偿垂直方向上的残磁性（硬铁影响）的参数。

当在垂直调整因子Mz0adj的序列内且针对船舶30所经过的校准圆圈中的每个数据点进行迭代时，该过程求出Mz0＝傅立叶（方位角的函数）减调整因子Mz0adj并用cos（俯仰)＊cos(滚转)除以Mz0（方框636）。（在计算中，Mz0adj表示以纳诺特斯拉为单位的水平椭圆（Mh）的标准偏差（SD）最小化的垂直方向上的残留磁化的值）。此操作本质上使垂直方位角Mz0未旋转至船舶的取向。另外，以未旋转方位角Mz0来减小未旋转垂直方位角Mz的绝对值。Mz的减小改变已旋转Mx和My分量。因此，控制单元510用从惯性测量单元560获得的俯仰和滚转来使磁力计数据（原始Mx、原始My、减小的Mz）旋转至水平方向（方框638）。

水平磁力计分量Mx和My形成水平场分量。当在Mx的水平面中作为My的函数来绘图时，观察的磁场的水平场分量被表征为椭圆。在校准中，水平分量应是“圆形的”，如果其并未由于来自船舶30的软和硬铁影响而失真的话。然而，由于磁力计数据已经失真，所以观察的磁场的水平分量已改变，并且当在Mx和My的水平面中绘图时具有偏移、旋转或椭圆形状。通过理解水平场的椭圆Mh如何从理想圆形形状失真，能够确定描述水平面中的磁力计读数上的船舶30的软和硬铁影响的各种参数。

一旦磁力计数据已旋转（方框658），则控制单元510同时地用最小二乘法来求解水平场的椭圆Mh的参数（方框640）。这样做涉及到求解两个平移（X0和Y0）、取向角（φ）以及椭圆Mh的长轴和短轴的比（R），用于磁力计读数的理想形状已经在获得的实际磁力计数据中以此比失真。

平移X0是水平场的X方向上的平移，并且平移Y0是水平场的Y方向上的平移。这两个平移（X0和Y0）补偿水平方向中的残留磁性（硬铁）。本质上，这些平移（X0和Y0）指示在用于俯仰和滚转的修正之后什么偏移将施加于水平场的椭圆Mh以补偿水平面中的硬铁的偏移影响。角（φ）是水平方向上的水平场的椭圆Mh的角取向，并且比（R）是水平场的椭圆Mh的长轴与短轴的比。当被组合时，角（φ）和比（R）两者都补偿水平面中的感生磁性（软铁）。

然后，该过程对水平场的椭圆Mh进行平移和“成圆”---即该过程发现如果磁力计的数据未经受来自软和硬铁影响的失真，则什么参数将使得水平场的椭圆Mh符合理想圆形形状（方框642）。在这里，该过程通过选择使水平场（Mh）与理想情况的标准偏差（SD）最小化的调整因子Mz0adj值来迭代地求解定义磁力计数据上的硬和软铁影响的失真的参数。

特别地，该过程求解使水平场的椭圆Mh移位至Mx/My水平面中的（0,0）的平移（X0和Y0）。该过程还求解使水平场的椭圆Mh旋转的角（φ），因此该过程能够求解长轴和短轴的比（R）以增加短轴以的椭圆为圆形。一旦确定了该比，该过程然后能够使水平场的椭圆Mh向后旋转所述角度（即φ）以恢复此取向。

在图16A的迭代过程中的此点处，控制单元510基于已被用于解的当前迭代的参数来计算用于所有数据点的标准偏差（方框664）。特别地，针对所有数据点，控制单元510将水平场的椭圆Mh的标准偏差（SD）计算为（Mx2+My2）的平方根。然后，控制单元510选择使水平场的椭圆Mh与理想圆形形状的标准偏差（SD）最小化的Mz0adj调整因子（方框665）。Mz0adj调整因子的此值与平移（X0，X0）、旋转角（φ）和轴比（R）的特定参数相关联。还存在用于垂直分量Mz的傅立叶级数的九个系数。该过程然后根据需要进行重复直至针对该位置处的倾角计算了优化倾角值（方框666）。

图18以图形方式图示出这些步骤。用水平场的椭圆690示出了原始水平磁力计读数Mx、My，并且用圆形692示出了来自惯性测量单元560的俯仰和滚转数据。如果不存在失真，则磁力计的水平读数Mx、My在转动通过360°的情况下将在以（0,0）为中心的水平Mx/My平面中绘图为圆。当然，来自硬或软铁影响的外部磁影响使磁力计550的读数Mx、My从理想情况失真。一般地，硬铁影响促使磁力计读数Mx、My偏离中心（0,0）。因此，原始磁力计读数Mx、My被示为从中心偏离的椭圆690。对于其而言，软铁影响使读数Mx、My的理想圆扭曲成更加椭圆的形状。因此，用椭圆690来示出原始磁力计读数Mx、My。当然，由于两个影响能够同时存在，所以椭圆690中的结果得到的读数Mx、My展示出两个干扰。

在校准计算中，使用来自IMU设备660的俯仰和滚转数据（692）使原始磁力计数据（690）旋转至水平方向。为此，该步骤使用平移来使原始磁力计数据的椭圆（690）移位至水平Mx/My平面中的（0,0）并使椭圆（690）旋转角（φ）。该步骤还以特定的比（R）增加椭圆（690）的短轴b（因此使椭圆“成圆”），并使椭圆（690）向后旋转角（φ）。最后，该步骤求解最小平方，其用圆（696）来表示。先前所述的标准偏差（SD）在这里被表示为圆（694和696）之间的差。d.校准过程的第二阶段

图16A中的第一校准阶段660足以相对于磁北求解方位角。然而，第一阶段660并不补偿地球的大气磁性变化Bd。为此，执行如图16B中所示的第二校准阶段，其使用内场参考对磁观察台数据进行内插以在校准期间估计磁偏角。阶段650的步骤能够实现为在控制单元的可编程处理器中的软件等，如在本文中公开的。

因此，控制单元510获得从一个或多个地区磁观察台获得用于校准那天的3分量磁力计数据（方框670）。使用磁模型（例如，增强型磁模型（EMM）等），然后知道用于观察台（670）的预测磁偏角。针对给定校准位置或勘测区域，相对于用于此过程的校准地点，可使用多个观察台（670）。

控制单元510用内插观察台磁偏角（670）减去计算的磁偏角（668）（方框672）。图16C示意性地图示出相对于观察站670的勘测区域中的船舶30。针对每个观察台（670），例如，能够获得△磁偏角的时间序列，其中，△磁偏角是观察台（670）处的观察磁偏角减去用于那天的预测磁偏角。基于从校准地点（即，船舶30）至观察台（670）的距离且基于其水平磁场的相对强度进行加权，校准过程对用于校准地点的△磁偏角时间序列进行内插（方框674）。

图19以图形方式图示出这些步骤。用线6951-4示出了用于四个观察台的△磁偏角图。基于从校准地点（船舶30）至观察台（670）的距离且基于其水平磁场的相对强度进行加权，该过程对用于校准地点的△磁偏角时间序列进行内插，其用线697来表示。

图16B中的第二校准阶段然后将此内插△磁偏角（670）与来自模型的预测磁偏角相加以产生校准地点处的磁偏角的时间序列。作为船舶30的时间和磁方位的函数，然后用观察台时间序列减去上文计算的磁偏角以提供作为方位角的函数的磁偏角调整（方框672）。使用最小二乘法，用四阶傅立叶级数偏差曲线（也称为“偏差曲线”）作为磁方位的函数对此调整进行求解（方框674）。结果是用于磁偏角调整的傅立叶级数的九个系数，其补偿校准的时间和地点处的磁偏角的大气变化。

最后，在校准计算之后，控制单元510发送将在勘测期间所获取的数据的处理中使用的各种磁偏角参数（方框676）。该参数包括：

·软铁参数-即用于在垂直方向上补偿感生磁性（软铁）的垂直分量Mz的傅立叶级数的9个系数；

·硬铁参数-即Mz0adj调整因子，其与用于垂直分量Mz（上文）的傅立叶级数相组合地形成分量Mz0以补偿垂直方向上的残留磁性（硬铁）；

·用于在水平场的X方向上平移的平移矩阵X0；

·用于在水平场的Y方向上平移的平移矩阵Y0，其中X0补偿水平方向上的残留磁性（硬铁）；

·磁力计数据的水平场的椭圆Mh在水平方向上具有的取向角（φ）；

·水平场的椭圆Mh具有的长轴与短轴的比（R），其中，角（φ）补偿水平方向上的感生磁性（软铁）；以及

·用于磁偏角调整的傅立叶级数的九个系数（也称为“偏差曲线”），其补偿校准的时间和地点处的磁偏角的大气变化。

2.处理流程

具有校准参数，控制单元510然后能够在船舶30处处理磁偏角数据以针对当前磁偏角来修正罗盘读数。图20以流程图形式示出了此处理并使用如先前概述的许多相同步骤。如前所述，能够将该处理实现为控制单元的可编程处理器中的软件等，如本文所公开的。在这里，处理使用通过校准确定的先前磁偏角参数来确定线缆罗盘和传感器的正确磁偏角并报告给控制系统的导航部件。

最初，控制单元510根据垂直软铁参数的原始方位角Mz、Mz0adj、航向、俯仰、滚转和九个傅立叶级数来计算MzF（方框702），并用俯仰和滚转使得Mx、My、MzF旋转至水平方向（方框704）。单元510用变换X0和Y0将水平分量Mx/My（即，水平场的椭圆Mh）平移至（0,0）（方框706），并用先前确定的角（φ）和比（R）使水平场的椭圆Mh成圆（方框708）。控制单元510然后根据Mx和My来计算磁方位（方框710），并且根据磁方位和GPS/IMU航向来计算磁偏角（方框712）。

为了结束该过程的第二部分并解决磁性大气变化Bd，控制单元510根据磁方位和九个傅立叶级数来计算△磁偏角以用于大气修正（方框714）。最后，控制单元510用△磁偏角来修正磁偏角并将结果报告给导航系统以用于控制拖缆60并用于记录以用于修正电缆罗盘读数时的稍后处理，如本文所详述的（方框716）。

D.用于基于陆地的地震勘测的磁偏角修正

如本文所公开的，能够在海洋地震勘测中使用该磁偏角系统，并且尤其是在其中将尾浮标附着于拖缆线缆的末端不切实际的勘测中，诸如在冰覆盖区域中、在稠密区域中以及在其中线缆被拖曳太深以便实际连接到尾浮标（深水拖曳几何结构、倾斜线缆几何结构等）的应用中。然而，能够在其他情况下使用该磁偏角系统。一般地，能够在其中从罗盘或其他磁航向传感器要求附加精度的海洋地震勘测中使用本公开的系统，即使可能不存在具有用于在闭合经过中获得GPS读数的尾浮标的障碍。本公开系统还能够在其中勘测穿过其中预期磁偏角将改变的宽阔区域或其中环境条件指示磁偏角的波动的海洋地震勘测中使用。

作为海洋应用的替代，该磁偏角系统还能够在多组分陆地勘测中使用，其中，主取向传感器是罗盘或其他磁航向传感器，并且能够在地球磁场随时间推移而在空间上或时间上处于极端变化状态时（例如，在北极纬度处或在太阳风暴期间）使用。因此，本公开的系统能够在地震数据获取中用来测量特定区域的实时磁偏角。此外，本公开的系统能够在陆地和海洋地震勘测两者中使用以应用于任何磁航向设备以便修正到真北，并且能够用来补偿基于海洋或基于陆地的设备的磁影响，诸如钢质平台、船舶、载运器等。在一个示例中，作为基于海洋的船舶的替代，基于陆地的载运器能够具有尽管用于陆地勘测、与上文针对海洋勘测公开的那些相当的磁力计、导航设备以及控制器。

作为另一示例，图21示意性地示出了具有源810、多个传感器820以及中央控制器830的基于陆地的地震勘测系统800的平面图。在阵列中间隔开以测量地球物理信息，传感器820能够使用3分量传感器以便获得作为3D地震而已知的3维能量，并且能够包括加速度计、速度检波器、扩音器等。在使用中，震源810向地面施加声能，并且传感器820在地下结构中的边界处的反射和折射之后接收能量。中央控制器830接收地震信息并对其进行处理，因此能够产生图像信息。

如所示，地磁场的磁偏角的各种等偏线可以通过勘测区域。这些等偏线通常用度来表示以便将罗盘读数修正至真北。等偏线的度随地理位置而变，并且还随时间而变。因此，来自与每个传感器820相关联的罗盘等的地磁场测量结果可能由于磁偏角的波动而具有错误。因此，系统800使用本文公开的技术以便获得用于各种传感器位置的在时间和空间两者上的磁偏角，因此能够修正关联地磁场测量结果，并且经修正的测量结果能够提供更好的相关信息以用于成像。

如同样示出的，能够通过从一个或多个远程基站S1-S2进行内插来确定传感器820处的磁偏角，使得能够使用内场参考针对各种传感器位置来计算用于磁偏角的空间和时间修正，如先前详述的。另外或作为替换，能够使用如本文公开的磁偏角系统和技术来单独地计算传感器820处的磁偏角，使得能够针对磁偏角实时地修正不同传感器位置处的单独地磁读数。

本公开的技术能够用数字电子电路或用计算机硬件、固件、软件或用这些的组合来实现。能够在有形地在机器可读存储设备中体现以便由可编程处理器执行的计算机程序产品中实现用于实施公开技术的设备；并且公开技术的方法步骤能够由可编程处理器来执行，该可编程处理器通过对输入数据进行操作并生成输出来执行指令程序以执行公开技术的功能。举例来说，适当的处理器包括通用和专用微处理器两者。一般地，处理器从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据，包括磁盘，诸如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及光盘。适合于有形地体现计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，举例来说，包括半导体存储器件，诸如EPROM、EEPROM以及闪速存储器件；磁盘，诸如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM磁盘。任何前述内容能够用ASIC（专用集成电路）来补充或结合到其中。

优选及其他实施例的前述描述并不意图限制或约束本申请人设想的发明概念的范围或可用性。本公开的教导能够应用于有冰或有障碍物的水域中的2D、3D和4D地震勘测，同样在正常的海洋地震条件下。虽然针对离岸使用进行描述，但在本文中公开的针对真北的磁偏角修正能够在陆地和海洋地震勘测两者中使用。此外，结合在本文中公开的一个特定实施例、实施方式或布置所讨论的各方面和技术能够与在本文中公开的其他地方所讨论的方面和技术一起使用或与之组合。作为公开本文包含的发明概念的交换，申请人要求由所附权利要求赋予的所有专利权。因此，意图在于所附权利要求包括所有修改和变更至其归入以下权利要求或其等效物的范围内的完全程度。

Claims (15)

1.一种地震勘测方法，包括：

对在勘测区域中的船舶上的磁偏计进行校准；

通过在船舶后面拖曳具有一个或多个地震传感器的至少一个拖缆，在勘测区域中用一个或多个地震传感器来获得一个或多个地震信号；

获得相对于一个或多个地震传感器的一个或多个局部地磁场测量结果；

通过利用磁偏计在地震勘测期间随时间推移测量船舶处的磁偏角并补偿船舶对磁偏计造成的至少一个铁影响，来测量时间和空间磁偏角参数；

基于磁偏角参数来修正一个或多个局部地磁场测量结果；以及

使一个或多个已修正地磁场测量结果与一个或多个地震信号相关联。

2.如权利要求1的方法，其中，测量时间和空间磁偏角参数包括：从一个或多个基础地位置获得一个或多个基础地磁场测量结果，并基于该结果对时间和空间磁偏角参数进行内插。

3.如权利要求2的方法，其中，所述一个或多个基础地位置与一个或多个局部地磁场测量结果在空间上分离，并且其中，所述一个或多个基础地磁场测量结果是随时间推移而获得的。

4.如权利要求1的方法，其中，测量时间和空间磁偏角参数包括：

获得船舶的全球定位系统测量结果并由此确定船舶的第一测地航向；

获得船舶处的地磁场测量结果，并由此确定船舶的第二测地航向；以及

计算第一测地航向和第二测地航向之间的差异以测量船舶处的磁偏角。

5.如权利要求1所述的方法，其中测量船舶处的磁偏角包括补偿从船舶的三分量惯性测量结果获得的船舶的运动。

6.如权利要求1的方法，其中，获得相对于一个或多个地震传感器的一个或多个局部地磁场测量结果包括：获得至少一个拖缆上的一个或多个罗盘读数。

7.如权利要求1的方法，其中，对船舶上的磁偏计进行校准包括：在勘测区域中用磁偏计经过校准图案。

8.如权利要求7的方法，其中，对船舶上的磁偏计进行校准包括：用从一个或多个基站内插的勘测区域的一个或多个预测磁偏角来补充校准。

9.如权利要求1的方法，其中，补偿包括针对地磁场中的垂直和水平平面来补偿船舶的软和硬铁参数。

10.如权利要求9的方法，其中，针对地磁场中的垂直和水平平面来补偿船舶的软和硬铁参数包括：在最小二乘法调整中同时地针对软和硬铁参数进行求解。

11.如权利要求1的方法，还包括：

至少间歇性地跟踪至少一个拖缆的绝对位置；以及

使一个或多个已修正地磁场测量结果与该绝对位置相关联。

12.如权利要求11的方法，其中，至少间歇性地跟踪至少一个拖缆的绝对位置包括间歇性地：将至少一个拖缆上的设备间歇性地朝着水的表面带，并且在设备被朝着表面带的同时用设备获得至少一个拖缆的绝对位置信息。

13.如权利要求12的方法，其中，跟踪至少一个拖缆的绝对位置包括：

在至少一个拖缆在水的表面下面被拖曳的同时获得该至少一个拖缆的相对位置信息；以及

使用相对位置信息和间歇性地获得的绝对位置信息来确定至少一个拖缆的绝对位置。

14.如权利要求1的方法，其中对船舶上的磁偏计进行校准包括：

用船舶在地磁场中经过一图案；

在经过该图案的同时获得多个磁力计测量结果；

在经过该图案的同时获得多个航向测量结果；

使用磁力计测量结果和航向测量结果来计算地磁场中的磁偏角；

通过在最小二乘法调整中同时地对软和硬铁参数进行求解来针对船的软和硬铁影响进行校准；以及

基于软和硬铁参数来修正计算的磁偏角。

15.一种地震数据获取设备，包括：

在地震拖缆上在船舶后面被拖曳的至少一个地震传感器，在勘测区域中测量一个或多个地震信号；

至少一个地磁航向设备，与所述至少一个地震传感器相关并在地震拖缆上在船舶后面被拖曳，实现一个或多个局部地磁场测量；

磁偏计，用于在地震勘测期间随时间推移而测量船舶处的磁偏角，以测量时间和空间磁偏角参数；

控制器，可操作地耦合到所述至少一个地震传感器、所述至少一个地磁航向设备以及所述磁偏计，所述控制器被配置成执行如权利要求1-14中任一项所述的地震勘测方法。