用於地震勘測的磁偏角補償的製作方法

2023-10-30 07:25:47 1

用於地震勘測的磁偏角補償的製作方法
【專利摘要】在用於有冰水域中的地震勘測中，拖纜在水表面以下在船舶後面被拖曳以避開冰。GPS讀數可能不會一直地被獲得，因為冰阻止具有GPS接收機的尾浮標從表面處的拖纜進行拖曳。替代地，設備在水的表面以下在拖纜上拖曳。拖纜的絕對位置通過間歇性地將被拖曳設備朝著表面帶出來跟蹤，因此GPS讀數能夠被獲得。然後拖纜的絕對位置能夠與羅盤讀數相結合地使用，並且能夠使在勘測期間沿著拖纜獲得的各種地震傳感器信號相關聯。羅盤讀數能夠使用磁偏計讀數針對磁偏角來修正，該磁偏角讀數能夠針對來自承載磁偏計的船舶或其他設備的鐵影響被補償。
【專利說明】用於地震勘測的磁偏角補償
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]這是2010年3月8日提交的美國專利申請序號12/719，783的部分繼續申請，其被通過引用結合到本文中，要求其優先權，並且其要求2009年3月9日提交的美國專利申請號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的優先權。
【背景技術】
[0003]常規海洋地震勘測使用震源和拖在地震勘測船後面的許多拖纜。這些拖纜具有檢測地震能量以便對海底下的地層進行成像的傳感器。當在具有適度浪濤等的開放水體中操作時，部署拖纜和源並在勘測期間牽引它們可能是相對簡單的。
[0004]然而，由冰、碎片、大浪或其他障礙物覆蓋的海洋位置可能使得勘測更加困難、昂貴或者甚至不可能。例如，在有冰的水中，地震勘測船必須破冰並穿過充滿浮冰塊的水。由冰撞擊產生的噪聲還可能使產生的地震記錄複雜。
[0005]另外，水面上的浮冰塊使得牽引所述源和拖纜更加困難且易於損壞。水面處的系統的任何部件都可能遭遇冰，陷入困境並失去。另外，甚至從滑道離開船的任何線纜或拖繩都可能收集表面上的冰，潛在地損壞線纜或拖繩。同樣地，在船體下面被拉動並上升到船的後面的冰可能將這些線纜和繩索剪斷。在授予Bjerkoy的美國專利號5，113，376和5，157，636中公開了本領域中已知的用於在冰覆蓋區中執行地震勘測的某些方案。然而，到目前為止，與有冰或有阻礙的水中的海洋地震勘測相關聯的問題尚未被顯著地解決。
[0006]除在北極和冰覆蓋區中的勘測中涉及到的某些物理挑戰之外,例如,地球中的任何給定區域中的地球磁場的變化都可能引起基於陸地或基於海洋的地震勘測中的問題。如已知的，地球的磁場能夠用七個參數來描述，包括磁偏角(D)、傾角(I)、水平強度(H)、水平強度的北(X)和東(Y)分量、垂直強度(Z)以及以納諾特斯拉為單位測量的總強度(F)。大多數地磁場(即，主磁場)來自地球的外核。各種數學模型、諸如國際參考地磁場(IGRF)和世界磁模型(WMM)能夠描述此主磁場及其如何隨著時間推移而慢慢改變。雖然場的變化可能是略微可預測的，但地磁場也由於磁圈和電離層內的電流且由於不那麼可預測的其他變化而改變。
[0007]地磁場的變化和改變能夠影響北極地區以及其他位置上的地震勘測。此外，來自地震勘測設備的羅盤讀數可能受到北極緯度處的磁偏角的差的影響。如已知的，磁偏角表示磁北與實際地理北之間的角。磁偏角的變化取決於緯度和經度且隨時間而變，並且方位角的變化性在北極緯度處增加。
[0008]如將認識到的，能夠基於用於羅盤的位置的磁偏角(真北與磁場的水平跡線之間的角)來修正羅盤讀數。為了修正羅盤方位，通過將磁偏角與羅盤的磁方位相加來計算真方位。遺憾的是，北和南磁極周圍的區域可能產生不穩定或不可用的羅盤讀數，並且地球上的某些區域可能具有磁偏角方面的廣泛差異。
[0009]已公布的地球的磁模型總是具有誤差，並且並未完全準確到有時需要的詳細水平。常規的基於海洋的地震勘測能夠通過使用其中一直由拖纜上的尾浮標來獲得GPS讀數的閉合經過(closed traverse)來避免問題。然而，在北極勘探中，系統通常由於浮冰塊而不能使用尾浮標，使得系統不能可靠地獲得GPS讀數。這使得對於有冰或有阻礙的水而言跟蹤地震勘測設備和數據並進行定位更加有問題。
[0010]本公開的主題針對克服或至少減少上文所闡述的問題中的一個或多個的影響。

【發明內容】

[0011]地震勘測系統在其中磁偏角的變化可能產生在勘測期間獲取的地磁場測量結果中的誤差的各區域或者時間操作。例如，地球的北極地區可能具有在地震勘測區域中改變的磁偏角的變化，並且羅盤讀數的誤差在此類區域中的海洋地震勘測中可能是有問題的。當該區域具有限制使用尾浮標來獲得GPS讀數的有冰的水時，該問題可能進一步加劇。
[0012]例如，在基於海洋的系統中船在勘測期間拖曳拖纜。羅盤在海洋地震勘測期間收集用於計算拖纜的位置的信息。如已知的，羅盤給定磁方位，並且必須在地理坐標系中計算其位置。由於羅盤對局部磁場的磁偏角敏感，所以任何局部的差異都能夠降低根據羅盤讀數來重構拖纜的位置的準確度。因此，勘測系統隨著勘測的進行而實時地測量磁偏角，並且實時地或稍後在處理中修正地磁場測量結果(例如，羅盤讀數)。
[0013]用於磁偏角的修正能夠在任何形式的海洋地震勘測中且甚至在基於陸地的地震勘測中有用。當特別地在北極地區中執行海洋勘測時，用於磁偏角的修正可能特別有用，因為系統不能始終使用來自拖纜上的尾浮標等的GPS讀數以確定傳感器的位置。替代地，拖纜具有許多線纜羅盤或被用於在勘測期間監視拖纜的位置的其他磁航向設備。在沒有來自尾浮標的一直的GPS讀數的情況下，勘測系統必須確定由地殼、大氣等的變化引起的當前磁偏角的變形，因此能夠修正羅盤讀數。
[0014]如上所述，由於浮冰塊或其他障礙物，北極地區中的勘測系統通常使用尾浮標來獲得用於地震拖纜的絕對位置(例如，GPS讀數)。因此，該勘測必須使用開放經過。為此，系統需要嚴格地處理沿著拖纜的各種羅盤讀數中的誤差。作為一個解決方案，當沒有浮冰塊或其他障礙物時，能夠間歇地將拖纜上的可控載運器帶出表面，使得能夠獲得絕對位置(例如，GPS讀數)並傳送至勘測系統。此類可控載運器能夠位於拖纜的尾端或其他地方。
[0015]在獲得間歇性GPS讀數之後，可控載運器然後能夠回到表面下面漂浮以避免遭遇冰並保持拖纜在水的表面以下受到保護。慣性導航系統(INS)設備、集成導航系統或其他類似系統始終能夠用相對位置信息來補充間歇性GPS讀數，因此即使當表面處的顯著浮冰塊阻止可控載運器獲得新的GPS讀數時，也能夠確定拖纜的位置。此相對位置信息包括拖纜在水的表面以下被拖曳的同時的慣性測量結果。
[0016]同時，該勘測系統能夠獲得磁偏角測量結果，並相應地修正拖纜上的各種線纜羅盤或其他傳感器讀數。為此，能夠在船舶後面部署具有磁力計的磁偏計以便獲得磁偏角測量結果。例如，能夠在拖纜線纜的末端上拖曳磁偏計或在船舶的船尾拖走。通常，此類磁偏計通常在拖船後面船舶的兩個或更多長度被拖曳。
[0017]對於某些磁偏計而言，磁偏計在被拖曳時所遭遇的運動的問題可能使磁偏計獲得的測量結果的處理過於複雜。例如，可能需要相對於被拖曳時的磁力計空間取向來連續地修正磁力計讀數。這能夠增加計算複雜性。為了避免此類複雜化，能夠直接在拖船上使用用於磁偏計的部件，即使船舶對磁偏角讀數產生某些磁性影響。當執行各種校準步驟以補償由船舶對磁偏計引起的軟和硬鐵影響時，可實現在船舶上的使用。
[0018]供在船舶上使用的磁偏計使用磁力計來獲得三軸地磁場讀數，諸如航空24位Honeywell捷聯式磁力計。磁偏計還使用三羅盤慣性測量單元(MU)設備以及與此類設備相關聯的計算和運動補償計算。最後，系統將GPS讀數和來自IMU設備的慣性測量結果(SP，絕對位置和慣性位置)組合在一起，並且然後將測量結果與來自磁力計的三軸地磁場讀數相比較以計算磁偏角修正。隨後，能夠用此計算的磁偏角來修正各種線纜羅盤或沿著拖纜的其他傳感器讀數。
[0019]對在拖船處確定的磁偏角的修正能夠應用於有冰或有障礙物的水中的海洋地震勘測以及其他應用。一般地，能夠在其中不能使用尾浮標來獲得GPS讀數或者只能偶爾地獲得此類讀數的海洋勘測中使用本文公開的技術。例如，使用在表面以下很深的深度處或在從拖船傾斜處拖曳的拖纜、使得不能完成獲得用於拖纜的GPS讀數的任何形式的海洋地震勘測可以受益於這些技術。
[0020]如上所述，使用來自拖船的磁偏角測量結果來修正拖纜上的線纜羅盤讀數要求執行校準步驟以解決船舶對磁偏計的影響。簡要地，拖船在校準期間經過圓形圖案並從磁偏計和IMU設備獲得讀數。來自IMU設備的讀數然後被用來修正拖船的俯仰角和滾轉(roll)角。勘測系統然後修正船舶上的來自拖船的硬鐵影響和來自地球的地磁場的環境差異的軟鐵影響。軟體算法執行這些修正並確定補償因數或參數。還能夠使用偏差曲線來監視磁場，並且可以使用感興趣區域中的地磁觀測數據來增強磁偏計的校準。
[0021]一旦已獲得，能夠將磁偏角修正應用於來自在地震勘測期間所使用的任何的各種設備的讀數，諸如線纜羅盤、拖纜等。能夠實時地調整各種讀數，並且能夠存儲用於磁偏角修正和羅盤讀數兩者的原始數據以供稍後使用和處理。此外，能夠實時地修正羅盤讀數等，使得勘測系統能夠在勘測期間更好地監視和控制拖纜。
[0022]可以認為北極地區中的各緯度處的修正具有多達I至2度的差。當涉及到多個拖纜且其具有相當大的長度時，能夠在勘測期間將沿著拖纜的長度的變化混合。因此，能夠修正磁偏角的誤差對於地震勘探而言能夠在監視和記錄拖纜的位置方面有用。最後，修正可以實現接近0.1%的準確度。
[0023]除海洋應用之外，磁偏角變化在其中使用磁航向的基於陸地的應用中可能是有問題的。磁偏角在空間上和時間上改變，並且該變化在北極緯度處、在太陽風暴等可能加劇。因此，甚至基於陸地的勘測也能夠受益於公開的技術。
[0024]前述概要並不意圖概述本公開的每個潛在實施例或每個方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1示出了修正用於磁偏角的地震勘測信號的過程。
[0026]圖2A-2B示出了供在冰覆蓋區中使用的根據本公開的某些講授內容的海洋地震勘測系統的側視圖和平面圖。
[0027]圖2C-2D圖示出具有漂浮設備和不同類型的可控設備的海洋地震勘測系統的側視圖。
[0028]圖3A-3B圖示出兩個操作條件下的一種可控設備。[0029]圖4圖示出根據本公開的可控設備的實施例。
[0030]圖5圖示出可控設備的內部細節和部件。
[0031]圖6A圖示出在拖纜的尾端處具有遙測拖曳潛水器(ROTV)作為可控設備的海洋地震勘測系統的側視圖。
[0032]圖6B圖示出在拖纜上的多個位置處具有ROTV的另一海洋地震勘測系統的平面圖。
[0033]圖7A-7B更詳細地示出了遙測拖曳潛水器(R0TV)。
[0034]圖8示意性地圖示出在ROTV被拖曳的同時控制ROTV並航位推測其位置的控制系統。
[0035]圖9示出了用於拖曳的載運器的慣性導航系統中的航位推測和修正漂移的控制環路。
[0036]圖10示出了具有位於其上面的、用於使用用於船舶的GPS讀數、已知傳感器位置、已知可控載運器位置以及各種羅盤讀數來確定拖纜的形狀的傳感器的拖纜。
[0037]圖11示出了用於執行聲學交叉支撐(cross-brancing)以確定拖纜位置的聲學系統的不同布置。
[0038]圖12A-12B示意性地圖示出具有磁偏計部件的拖船上的控制系統的元件。
[0039]圖12C示意性地示出了地磁坐標系。
[0040]圖12D示意性地示出了具有相對於地理北和水平面測量的偏位角的船舶坐標系。
[0041]圖13圖示出使用在船舶處確定的磁偏角的地震勘測的一般流程圖。
[0042]圖14示出了用於確定拖船處的磁偏角的流程圖形式的校準過程。
[0043]圖15A-15B示出了用於船舶的兩個校準圖案。
[0044]圖16A-16B更詳細地示出了校準過程。
[0045]圖16C示意性地示出了從基站進行的基於磁偏角的用於勘測區域的磁偏角的內插。
[0046]圖17以圖形方式圖示出用以使用四階傅立葉級數偏差曲線和最小二乘方來求解作為GPS/MU讀數的方位角的函數的旋轉垂直磁力計分量(Mz)的步驟。
[0047]圖18以圖形方式圖示出用於同時地用最小二乘方來求解水平磁力計分量(Mx，My)的參數以補償水平面中的硬和軟鐵影響的步驟。
[0048]圖19以圖形方式圖示出用於確定用於校準地點的加權、內插A磁偏角圖的步驟。
[0049]圖20圖示出用於修正來自海洋地震勘測的線纜羅盤讀數的磁偏角的流程圖形式的處理步驟。
[0050]圖21示意性地示出了根據本公開的基於陸地的地震勘測系統。
【具體實施方式】
[0051]A.用於地震勘測的磁偏角修正
[0052]陸地或海洋上的地震勘測使用傳感器來獲得地震信號。當在獲得地震信號時已經知道這些傳感器的位置時，然後能夠生成感興趣的地下巖層的圖像。在許多情況下，使用地磁場測量結果、諸如羅盤讀數來確定地震傳感器的位置、取向和航向。雖然磁偏角隨時間和在地球上的不同位置處而改變，但變化在某些位置處(例如，北極緯度)或在某些情況(例如，太陽風暴)期間可能更加明顯。因此，能夠針對地球上的給定空間位置實時地修正磁偏角能夠在地震勘測中有益且能夠改善勘測結果的準確度。
[0053]為此，公開了一種用於在地震勘測期間在時間上和空間上都修正磁偏角的系統和方法，所述地震勘測可以是基於陸地的或基於海洋的。在圖1中，以流程圖的形式示出了用於修正磁偏角以用於地震勘測的過程10。在勘測期間，用勘測區域中的一個或多個地震傳感器來獲得地震信號(方框12)。針對基於海洋的勘測，傳感器可以是沿著在船舶後面拖曳的拖纜設置的水聽器，並且能夠由源、諸如同樣在船舶後面拖曳的氣槍來生成地震信號。針對基於陸地的勘測，傳感器可以是設置在地面上的各種位置處的地震檢波器，並且能夠由振動器或其他地震源來生成地震信號。
[0054]為了用地震信號對感興趣的地層進行成像，傳感器相對於源的位置必須是已知的。為此，相對於地震傳感器獲得局部地磁場測量結果(方框14)。例如，可以在海洋地震勘測期間在拖曳的拖纜上實現羅盤讀數。還可以在拖船上或其他地方實現讀數。針對基於陸地的地震，還可以獲得羅盤讀數以對傳感器和源進行定向。
[0055]如所已知的，羅盤及其他類似傳感器給定磁方位，但是在地理參考系、諸如經度和緯度中計算用於對地球進行成像的各種傳感器、源等的位置。因此，需要將羅盤讀數轉換到參考系。遺憾的是，羅盤或類似傳感器對勘測區域中的局部磁場的磁偏角敏感，使得任何局部差異都降低羅盤的重構位置的準確度。為了克服這一點，修正局部地磁場測量結果以解決勘測區域中的磁偏角。
[0056]磁偏角隨時間推移且跨地球的不同位置而改變。如前所述，在地球中的某些區域中或在某些條件下可能尤其如此。因此，基於已經根據本文所討論的技術而確定的時間和空間磁偏角參數來修正局部地磁場測量結果(即，羅盤讀數)(方框16-17)。最後，能夠使這些已修正測量結果與獲得的地震信號相關，因此能夠產生更準確的地震圖像(方框18)。
[0057]為了在海洋地震勘測中修正磁偏角，例如，能夠隨時間推移且相對於感興趣區域的當前磁偏角測量結果而修正用於對傳感器進行定位的從拖纜獲得的各種羅盤讀數。如下面所討論的，這能夠涉及到對部署在拖船上的磁偏計進行校準以去除硬和軟鐵影響，因此能夠計算當前磁偏角並用來沿著拖纜修正羅盤讀數。還可以使用來自本地基站的磁偏角計算來對勘測區域的當前磁偏角進行內插。
[0058]為了在基於陸地的地震勘測中修正磁偏角，例如，能夠隨時間推移且相對於感興趣區域的當前磁偏角測量結果來修正為了對地震檢波器進行定位而獲得的各種讀數。如下面所討論的，這能夠涉及到使用本地傳感器處的磁偏計測量結果和並對來自勘測區域附近的本地基站的磁偏角進行內插。
[0059]B.海洋地震勘測系統
[0060]理解了在地震勘測中修正磁偏角的總體過程，討論現在轉到海洋地震勘測系統的細節和能夠用其執行的磁偏角修正。
[0061 ] 圖2A-2B示出了具有拖曳具有傳感器70的許多拖纜60的拖船30的海洋地震勘測系統20。此系統20能夠類似於在典型水域中所使用的常規海洋地震勘測系統。然而，如特別地示出的，能夠在具有冰川冰、流冰群、浮冰塊或水表面處的可能干擾海洋地震勘測系統的被拖曳部件的其他阻礙或障礙物的冰覆蓋區中使用系統20。在此特定系統20中，破冰船35在拖船30前面破冰。總之，在勘測期間使用地磁場測量結果、諸如羅盤或磁力計讀數來收集拖纜位置的信息的各種形式的海洋地震系統能夠受益於如本文所討論的磁偏角修正。
[0062]隨著拖船30拖曳拖纜60，供應系統45操作源90，並且具有地震記錄儀的控制系統40記錄用拖纜60上的傳感器70獲得的地震數據。在船舶的吃水線以下延伸，抗冰艉鰭(ice skeg)50保持用於拖繩62/92的附著點在水的表面以下。連接到控制系統40的地震記錄儀的拖纜線纜65從船舶30開始延伸，並且艉鰭50在水的表面下面指引這些拖纜線纜65,使得冰將不會與之相干擾或聚集在其周圍。
[0063]地震源90具有多個地震源元件91，其通常是氣槍。連接到供應系統45的供應線纜95從船舶30開始延伸。拖繩92連接線纜95到抗冰艉鰭50並幫助在船舶30後面拖曳源90。
[0064]如圖2B中進一步所示，能夠使用掃雷器、鰭或門64和撐板66來在拖船30後面支撐多個拖纜60。掃雷器64和撐板66還可以類似於被用於海洋地震勘測的常規部件，不同的是掃雷器64優選地在水的表面以下拖曳。
[0065]在海洋地震勘測期間，期望確定、跟蹤以及潛在地控制拖纜60的位置以更好地獲取所獲得的地震數據並進行地圖繪製。確定絕對位置能夠在勘測期間使用拖纜60的GPS讀數來完成。
[0066]然而，在本公開的海洋地震勘測系統20中，獲得GPS讀數能夠證明是困難的，因為系統20明顯被浸沒在水的表面以下，使得GPS接收機不能進行操作以獲得讀數。為此，系統20已在拖纜60上部署設備80以幫助確定拖纜60的絕對位置以及有效地控制其位置。此外，地磁場測量結果、諸如沿著拖纜60的羅盤讀數的各種傳感器讀數可能遭受隨時間推移和在勘測區域上的磁偏角的波動。為此，系統20使用如稍後所討論的磁偏角修正技術。
[0067]討論現在轉到能夠在拖纜60上使用以獲得GPS讀數並另外在勘測期間控制拖纜60的位置的多個類型的已部署或可控設備80。
[0068]1.漂浮部署的設備
[0069]在圖2C中，示出了根據本公開的具有第一類型的已部署設備80A的海洋地震勘測系統20。在海洋地震勘測期間，控制並監視拖纜60的位置，使得知道傳感器陣列70的絕對位置以用於適當的數據獲取和分析。例如，拖纜的尾端的GPS坐標能夠用來確定各種拖纜60上的每個傳感器70的位置的坐標，並且控制系統40將這些坐標位置用於數據獲取、分析以及控制。用於獲取、分析以及控制的適當系統包括能夠確定拖纜60的位置的ION地理智能獲取系統。此類系統能夠使用可從ION Geophysical獲得的DIGIFIN?拖纜轉向系統和ORCA?命令控制軟體來使拖纜60轉向。(DIGIFIN是ION Geophysical公司的註冊商標，並且ORCA是Concept Systems控股有限公司的註冊商標。)
[0070]在本勘測系統20中，拖纜60使用艉鰭50和在本文中公開的其他特徵浸沒在水表面以下行進。然而，仍必須確定拖纜60的位置。為了獲得給定拖纜60的位置，圖2A中的系統20在拖纜60的尾端處使用漂浮在水的表面上的已部署設備80A。
[0071]已部署設備80A可以是被設計成在處於表面處的同時處理冰衝擊和脫落的浮冰塊的船柱式浮標。設備80A包括GPS接收機82，其能夠隨著其被用拖纜60在船舶30下面拖曳而獲得用於已部署設備80A的GPS坐標。獲得GPS坐標能夠使用本領域中已知的常規技術，因此在這裡並不對其進行詳述。例如，在美國專利號7，190，634中能夠找到關於水下拖纜線纜60的基於GPS的定位的細節，該專利被通過引用結合到本文中。[0072]隨著船舶30拖曳拖纜60，源90產生源信號，並且傳感器70檢測地震信號。控制系統40使用拖纜60和用於到GPS接收機82的通信和功率的其他線路從已部署設備80獲得GPS坐標。然後，使用在本領域中已知的技術，控制系統40確定拖纜60、傳感器70、源90及其他部件相對於船舶30的位置和被勘測的區域的物理坐標。
[0073]雖然海洋地震勘測系統20使用圖2C的漂浮部署設備80A，但只要表面設備80A被設計成遭遇一定量的浮冰塊、障礙物等，這一般是可能。否則，表面設備80A可能被冰阻住、被衝擊損壞、移動到不適當的地方或丟失。因此，在某些情況下，可以如下所述地使用可浸沒形式的已部署設備80。
[0074]2.可控部署設備
[0075]前述已部署設備80A意圖漂浮在表面上。還可以使用在結合進來的申請序號12，719，783中公開的其他設備，並且其能夠具有浮筒、浮標、系鏈等。特別地，圖2D中的海洋地震勘測系統具有能夠控制其深度的已部署設備80D。在勘測期間，在水的表面以下的拖纜60的末端上拖曳可控已部署設備80D以避免與浮冰塊撞擊。為了獲得GPS讀數，已部署設備80D具有能夠通過控制設備80D的深度而被帶到表面的GPS接收機82d。因此，優選地與拖纜60成一直線地在表面以下拖曳已部署設備80D，並且帶到表面以在適當的時間用接收機82d獲得GPS讀數。
[0076]圖3A-3B圖示出兩個操作條件下的前述已部署設備80D。在圖3A的此標準滑動條件下，已部署設備80D在水下跟在拖纜60後面。當可能損壞或妨礙已部署設備80D的浮冰塊、障礙物等在水的表面處時，此位置是適當的。當在表面處出現空曠地時，能夠將已部署設備80D提高至表面，使得GPS接收機82d能夠獲得GPS讀數。為了適當地對拖纜60和傳感器70的陣列進行地圖繪製，可能需要以周期性間隔實現這些GPS讀數，因此能夠充分地跟蹤拖纜60和傳感器70的位置。
[0077]已部署設備80D可以是可控載運器、設備或滑行器。例如，在一個布置中，已部署設備80D可以是遙控載運器(R0V)，其具有推進系統和可控翼片等以在已部署設備80被拖曳時使其在水中轉向至期望位置。替換地，已部署設備80D可以是使用浮力控制而向上或向下移動的被拖曳滑行器，如稍後更詳細地描述的。在另一替換中，已部署設備80D可以是缺少推進系統但具有可控翼片的遙測拖曳潛水器(R0TV)，同樣如稍後更詳細地所述的。
[0078]沿著這些線路，圖4-5圖示出用於公開的海洋地震系統20的已部署設備或可控載運器150A-B的實施例。如圖4A中所示且如前所述，載運器150A附接於地震拖纜60的末端，其為載運器150A提供功率和通信。能夠將系鏈61用於此目的。載運器150A上的翼片154/156可以是活動的，並且載運器150A能夠具有拖進系統160，諸如螺旋槳。替換地，翼片154/156不需要是活動的。替代地，載運器150A使用浮力控制，如下面所述。同樣地，載運器150A不使用推進力，並且載運器150A上的系統150實際上可以是制動器，同樣如稍後所述。
[0079]如所示，載運器150A具有用於檢測表面障礙物的檢測器165。此檢測器165能夠包括聲納、冰剖面儀、光學傳感器、多束回聲探測儀、攝像機等，其向上看並監視載運器150A上面的障礙物(或空曠地)。能夠將來自檢測器165的信號與導航和/或控制系統(未示出)集成以便獲取海洋地震數據，諸如Orca?系統。這樣，控制系統能夠確定載運器150A上方表面沒有冰的時間，並且能夠用信號通知載運器150A上升至水的表面。[0080]作為一個示例，檢測器165能夠使用聲納來檢測在表面處存在冰的時間。例如，如果在表面處存在特定厚度的冰，則聲納檢測器165可以檢測此表面冰，並且然後能夠將此信息用於確定是否升起載運器150A。雖然這取決於其能力，但聲納檢測器165優選地能夠檢測至少小於Im厚的較薄的冰，因此能夠針對可能存在的大多數表面冰保護載運器150A。
[0081]作為另一示例，檢測器165可以是確定表面處的可用光的光學傳感器，其可以指示冰的存在或不存在。沿著這些線路，檢測器165可以是沿著拖纜60向拖船饋送視頻或圖像的數字式攝像機。拖纜60的尾端可以位於與拖船相距顯著距離處，並且操作員將不能確定拖纜60在哪裡和什麼冰可能在載運器150A上方。因此，操作員能夠觀看來自攝像機165的視頻或圖像，並且確定如果存在空曠地的話是否升起特定載運器150A。這然後能夠通過用經由拖纜60從船舶傳送至載運器150A的信號來遠程地激活載運器150A來完成。
[0082]載運器150A具有GSP接收機152。如所示，此GPS接收機152能夠位於向上翼片154上，使得當載運器150A滑行至表面以便獲取GPS讀數時，天線152能夠在水的表面上方窺視。無論GPS接收機152如何出現在表面，所獲得的GPS讀數都被傳送至儀表控制系統以便對拖纜60進行定位並確定其位置以用於適當的數據獲取和分析。
[0083]由於可能並不總是可獲得連續的GSP讀數，所以載運器150A可以包括慣性導航系統以保持由GSP讀數間歇性地確定的方位，如本文所述。此外，載運器150可以包括磁偏計167，其能夠被從載運器150A的末端用繩索拴住以保持其遠離任何幹擾電子裝置。磁偏計167能夠使用三軸磁力計來計算地球磁場中的磁偏角，並且然後能夠將磁偏角修正至真北讀數，因此儀表控制系統能夠在不存在通常被用於該目的的更穩定的GPS讀數的情況下確定拖纜60的末端的絕對位置。作為在拖纜60的末端拖曳磁偏計167的替代，能夠優選地直接在船舶30的後面獨立地拖曳磁偏計167，通常在船舶長度的2-1/2倍的距離處，以減少來自船舶磁場的幹擾。甚至更優選地且如稍後所述，能夠將磁偏計設置在船舶30本身上。
[0084]載運器150A通過轉到表面來間歇性地獲得GPS讀數以用GPS接收機152來獲得GPS數據。然後，潛在表面下面，載運器150A能夠使用先前獲得的GSP數據以及慣性導航數據、羅盤讀數以及當前磁偏計數據來在進行中確定拖纜60的實時或近實時位置，直至能夠獲得新的GPS讀數。
[0085]圖5中的已部署設備或載運器150B揭示了某些內部細節和部件。在載運器150B上，翼片154不是活動的，並且載運器150B不使用推進力。替代地，載運器150B使用在載運器150B的非浸沉式尾部中具有容積(例如，囊狀物)180的浮力控制。能夠使用泵送系統182等來調整此囊狀物180的容積，使得能夠以受控方式來改變載運器150B的浮力。
[0086]為了改變載運器150B的俯仰角和滾轉角，能夠使質量170沿著載運器150B的長度軸向地移位或繞著軸旋轉。優選地，質量170是被用於載運器的電子部件的實際電池，其包括伺服系統或用於移動質量170的其他電動機。
[0087]與圖4的GPS接收機相反，圖5中所示的GPS接收機152位於延長臂或桅杆153的末端上。此臂153能夠從載運器150B以一定的角度向上延伸，使得GPS接收機152能夠在載運器150在表面附近滑行時從水中延伸出來。替換地，能夠使桅杆153在其底座155處從與載運器150B成一直線的拖纜位置樞轉至向上成角度位置。當載運器150被周期性地帶到表面以獲得GPS數據時，能夠激活桅杆153以使GPS接收機152在其底座155處從水中樞轉出來。[0088]一般地，載運器150能夠具有與被用於載運器的那些類似的特徵和測量海洋中的表面下水流、溫度等的漂移剖面儀。同樣地，載運器150B具有保持可變浮力系統180、質量170以及電子裝置部190的機架(未示出)。適合於海水密度的等密度外殼157能夠分區段地配合在機架上。外殼157和機架然後能夠配合在具有翼片154和流線形狀的玻璃纖維外殼151內。用於GPS接收機152的桅杆153能夠連接到電子裝置部190，並且能夠從外殼151開始延伸。
[0089]如在結合的申請中公開的，能夠在拖纜60 (以及其他位置)的尾端處使用這些及其他可控已部署設備80。當尾端設備80被帶到表面時，其能夠獲得GPS讀數以便確定拖纜的位置。
[0090]3.使用可控已部署設備的系統
[0091]如前所述，可控已部署設備80能夠在拖纜60的尾端上用來控制拖纜60的位置。同樣如前所述，設備80能夠包括缺少推進系統但具有可控翼片的遙測拖曳潛水器(R0TV)。圖6A圖示出在拖纜60的尾端處具有遙測拖曳潛水器(R0TV)200作為可控設備的海洋地震勘測系統20的側視圖。R0TV200在水的表面下面被拖曳在拖纜60的末端上。此R0TV200還具有一旦R0TV200被帶到表面、能夠獲得GPS讀數的GPS接收機212。
[0092]圖6B圖示出在拖纜60的多個位置處具有R0TV200的海洋地震勘測系統20的平面圖。在此統統中，前引R0TV200A被拖曳在拖纜60的頭部處，並且拖尾R0TV200B被拖曳在拖纜60的末端上。前引R0TV200A被拖繩62和拖纜線纜65從船舶的艉鰭50連接出來。如果期望的話，甚至可以在沿著拖纜60的中間位置處布置中間ROTV (未示出)。
[0093]為了實現三維(或者甚至2D或4D)操作，每個前引R0TV200A單獨地拖曳拖纜60。拖繩和拖纜線纜62/65將R0TV200A連接到船舶的艉鰭50。在勘測期間，能夠控制每個R0TV200A-B的位置和深度以保持用於地震勘測的拖纜60的適當布置陣列。另外，受控深度允許拖纜60避免表面處的任何浮冰塊。
[0094]沿著拖纜60在前引和拖尾位置處使用R0TV200A-B能夠促進拖纜60的部署和檢索。例如，相互獨立地，單獨R0TV200A-B能夠在其他拖纜60下面向下牽引其拖纜60，並且能夠在船舶30下面的可能空曠區域中通過拖纜60的陣列的中間將其帶上來。然後能夠將拖纜60向上拉至船舶30，並且能夠避免其他拖纜60和拖繩62。這將允許操作員單獨地部署和取回(檢索)拖纜60，並且甚至能夠在所有其他拖纜60保持在水中的同時允許拖纜60的修理。如在圖6A的系統中的在拖纜60的尾部上使用單個R0TV200還可以能夠採取相同形式的部署和取回(檢索)。
[0095]圖7A-7B更詳細地示出了遙測拖曳潛水器(ROTV) 200的一個實施例。一般地，此R0TV200是結合了 R0V、AUV和滑行器的元件的混合型設備。用於R0TV200的一個適當示例是可從MacArtney Underwater Technology集團獲得的TRIAXUS拖曳波動器。
[0096]為了拖曳R0TV200，具有電源線和通信線的拖曳線纜(未示出)連接到中心箔227的前沿49。如所示，R0TV200具有在其前段中通過箔220/225且在其後段中通過副翼230被互連的四個管狀物210。箔220/225和副翼230具有機翼形狀。中心箔225將前引箔220互連並在R0TV200前面支撐水平箔227。這些中心箔225幫助保持R0TV200在其滾轉方向上找平。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。[0097]安裝在每個管狀物210中的四個致動器或電動機(未示出)移動這些副翼230A-D以隨著R0TV200被拖曳而控制其俯仰和偏航。管狀物210具有用於保持除用於副翼230A-D的電動機、齒輪和位置傳感器之外還有各種部件的隔室212。例如，這些隔室212能夠具有下面所討論的GSP接收機、慣性導航系統、深度傳感器、俯仰傳感器、滾轉傳感器、航向傳感
翌坐
[0098]在被拖曳的同時，水平副翼230A-B產生上下力以使R0TV200垂直地移動，而垂直副翼230C-D產生右舷和埠力以便使R0TV200水平地(橫向地)移動。通常，將在間歇性地調整副翼230以將R0TV200保持原狀的情況下在中立(空擋)位置上拖曳R0TV200。某些情況、諸如上升至表面將要求副翼的更強烈的移動，尤其是當連接到拖纜時。用於R0TV200的制動能夠使用先前所討論的某些技術。另外或作為替換，能夠將副翼230向內或向外轉動以當ROTV被拖曳時增加其拖動。
[0099]圖8示意性地圖示出本公開的海洋地震系統中的用於控制可控載運器(例如，R0TV200)並在其被拖曳的同時確定其位置的控制系統300的元件。船舶30上的船舶部件305包括主控制系統310，其具有用於獲得GPS讀數的主GPS接收機320。如前所述，此控制系統310可以是儀表化控制系統，諸如可從ION Geophysical獲得的OrCa_?。控制系統310
與控制單元300接口(或與之集成)，其控制並監視被用於陣列中的拖纜的各種載運器(例如，ROTV)o用於圖7A-7B的R0TV200的適當控制單元330的示例是被用於TRIAXUS ROTV的頂層單元。
[0100]被通信和電源線332連接，控制單元300與可控載運器340上的本地控制器350，諸如圖7A-7B的R0TV200或本文公開的某個其他可控設備接口。控制器350從設備的傳感器360向控制單元330傳送傳感器數據。在與主控制系統310中的導航信息接口之後，控制單元330向控制器350發送回導航指令，其使各種翼片電動機370適當地操作。對可控載運器340進行導航能夠涉及到實時控制和預編程軌道兩者。
[0101]控制器350與設備的集成傳感器360通信並向用於副翼的電動機370進行傳送。用於控制設備340的集成傳感器360包括深度傳感器、俯仰傳感器、滾轉傳感器以及航向傳感器。能夠用壓力傳感器來測量深度，同時能夠用雙軸傾斜計來測量俯仰和滾轉。能夠使用磁通量閘門羅盤來測量偏航或航向，並且還能夠使用高度計。
[0102]除集成的傳感器360之外，控制器350能夠連接到監視電動機和副翼以跟蹤這些副翼的位置以向控制單元330進行反饋的位置傳感器。所有這些集成的傳感器(即，俯仰、滾轉、航向以及電動機位置)為控制系統310提供反饋以控制副翼以指引可控載運器340並防止其滾轉。
[0103]除這些傳感器之外，可控載運器340上的控制器350與GSP接收機308通信。如前所述，當可控載運器340被帶到表面時，能夠將用於GPS接收機380的天線暴露在水的表面上以獲得GPS讀數。然而，可預期將間歇性地進行此類讀取。可能，當在有冰或有障礙物的水中使用時，在能夠使可控載運器340重新回到表面以獲得GPS讀數之前，可以在浮冰塊下面拖曳可控載運器340達連續的幾個小時或者甚至幾天。因此，可控載運器340還具有被用於確定用GPS接收機380獲得的直接GPS讀數之間的可控載運器340的相對位置或定位的慣性導航系統(INS)設備390。
[0104]一般地，INS設備390能夠使用在本領域中已知的部件，諸如處理器、加速度計以及陀螺儀，並且使用航位推測技術來連續地確定可控載運器340的位置、取向、方向以及速度。根據必須以這種方式對可控載運器340進行航位推測多長時間，INS設備390的加速度和角速度的測量結果所固有的漂移誤差變得越來越被放大。相應地，優選地由周期性GPS讀數來修正導航。即使有用於位置的每小時幾分之一海裡和用於取向的每小時十分之幾度的誤差，如果可控載運器340必須保持在表面以下達延長的時段，則INS設備390的確定中的誤差也可能是顯著的。以下討論描述了能夠用來修正INS設備390的確定的反饋環路。
[0105]4.控制環路
[0106]圖9示出了用於確定可控載運器(例如，340 ;圖8)、諸如ROTV的位置以及修正該位置的導航反饋環路400的示例。最初在環路400中，可控載運器340使用其GPS接收機380來獲得直接GPS讀數(方框402)。這是在可控載運器340上面的區域沒有浮冰塊或其他障礙物時完成的。在可控載運器340浸沒之後，INS設備390和控制系統310開始隨著可控載運器340被拖曳而確定其位置(方框404)。這是通過從GPS讀數獲取起始位置或方位並測量方向、速度和時間以使用航位推測技術來計算從該起始位置前進的可控載運器340的位置而完成的。
[0107]遺憾的是，這種形式的慣性導航並不是精確的，並且漂移誤差隨時間推移而累積。只要漂移誤差足夠低，此慣性導航就能夠繼續。在某個點處，控制系統310確定漂移誤差是否已超過取決於實施方式的某些可接受範圍(方框406)。如果沒有，則控制系統310能夠繼續航位推測(方框404)直至漂移誤差過大為止。
[0108]一旦漂移誤差很大(由於航位推測的長時段、快速勘測速度、長勘測距離或這些的組合)，控制系統310試圖通過使可控載運器340重新回到表面以獲得確定設備340的位置的新GPS讀數或通過將INS設備的航位推測與來自船舶的主導航系統的反饋集成來修正誤差。相應地，控制系統310根據人工輸入或根據可控載運器340上的傳感器(聲納、冰剖面儀、回聲探測儀等)來確定設備340是否能夠上升至表面(判定408)以獲得另一 GPS讀數以確定設備的位置(方框402)以重複該過程。
[0109]如果可控載運器340不能上到表面，則控制系統310使用船舶的機載GPS接收機380來獲得GPS讀數(方框410)。此GPS讀數給出拖船30的位置。作為附加補充，系統310從各種水中設備(即，可控載運器340、拖纜、傳感器等)獲得數據(412)。此數據能夠用於確定可控載運器340的相對位置。
[0110]例如，圖10示出了具有帶有位於其上面以便確定拖纜形狀的線纜羅盤或傳感器70的拖纜60的海洋勘測系統20。在這裡，確定使用來自船舶部件305的GPD讀數(X)、已知傳感器位置(Y1-Y5)、沿著拖纜60的已知可控載運器位置(Y6)以及來自線纜羅盤70的各種羅盤航向等。如所示，關於拖纜60上的傳感器70和可控載運器340的數據(包括其在拖纜60上的位置(Y)中的每一個、用磁偏角修正的羅盤航向等)能夠用來估計拖纜60上的各點的位置並導出拖纜的形狀。與使用船舶部件305的機載GPS接收機的船舶的GPS讀數(X)組合，能夠將所有此數據與來自INS設備(390 ;圖9)的位置數據集成以修正其漂移誤差並提供關於GPS坐標中的拖纜60及其傳感器70的位置的絕對位置信息等。
[0111]另外，能夠將聲學定位技術連同使用船舶部件305的機載GPS接收機的GPS讀數一起用來修正INS設備的漂移誤差並提供更多的絕對位置信息。例如，如圖11中所示，針對系統20示出了用於執行聲學交叉支撐的聲學系統的不同布置。此類聲學交叉支撐能夠用來確定拖纜的位置。
[0112]另外，能夠通過使用船舶30上的換能器朝著拖纜60的尾端向可控載運器340上的聲學傳感器「發咻咻聲(ping)」以確定載運器的位置來獲得短基線。並且，能夠通過使用海床上的一個或多個其他換能器(對於長基線系統需要至少兩個換能器)來對可控載運器340上的傳感器「發咻咻聲(ping)」以確定其位置來獲得長基線。最後，甚至能夠將來自可控載運器340的控制傳感器讀數與由船舶部件305(即，控制單元330)指向可控載運器340的移動與機載GPS讀數(X)集成以確定可控載運器340的絕對位置。能夠使用在本領域中可用的這些及其他技術。
[0113]無論如何將INS設備的位置與來自其他導航部件的反饋集成，船舶部件305都能夠修正可控載運器的航位推測(相對)位置(參見圖9中的方框414)，因此系統能夠使用具有較小漂移誤差的INS設備390來繼續。只要可控載運器340保持浸沒在表面以下，航位推測和修正漂移誤差的整個過程就可以繼續。最後，如果條件允許，可控載運器340被指引向表面以獲得直接GPS讀數以再一次固定其位置(圖9中的方框402)。此新GPS讀數提供然後能夠在進一步勘測中在可控載運器340保持浸沒時被用於航位推測和修正的新起始點。
[0114]C.用於海洋地震勘測的磁偏角修正
[0115]如前所述，能夠使用一個或多個羅盤、聲學測量等來獲得地震勘測中的拖纜60的位置信息以確定拖纜60的位置及其相互之間的關係。雖然對線纜羅盤進行了參考，但本公開的教導能夠用來修正任何地磁場測量設備，諸如將磁航向設備修正至真北。能夠使用安裝在拖纜60本身中的儀表或傳感器來執行位置測量，並且能夠在具有閉合經過的標準海洋勘測中或在具有開放經過的有冰水域中的勘測中使用該測量。最後，任一形式的海洋勘測都可以受益於本文公開的修正技術。
[0116]如前所述，測量即時磁偏角對修正從線纜羅盤等獲得的拖纜60的磁確定位置有用。此修正在較高緯度處尤其有用，因為由於大氣幹擾，在高緯度處可發生更多的磁性變化。最後，水中的冰抑制如前所述的尾浮標的使用並限制拖纜60的末端處的GPS讀數的測量，因此磁偏角修正能夠改善準確度。
[0117]如上所述，在拖纜60的尾部處獲得所需GPS讀數的一個方式涉及到使用漂浮或系鏈浮筒(例如，圖2A中的82)，或者涉及到將可控設備移動至表面以在能夠時獲得GPS讀數(圖2D、3A-3B、4、5和6A-6B)。然後能夠使用航位推測和慣性導航來在周期性GPS讀數之間跟蹤拖纜60的位置，如參考圖7A-7B、8和9所述。這些計算的一部分可以基於拖纜60的尾端處的可控設備中的磁偏計，如先前參考圖2B和4所述。
[0118]當使用時，磁偏計能夠修正被用於對拖纜60進行定位的電纜羅盤的羅盤讀數。拖曳在船舶30後面、諸如在拖纜60的尾端上或在拖纜60上的可控設備中的磁偏計將磁偏計遠離船舶30定位。在此位置上，磁偏計能夠避免船舶的磁場方面的問題。作為拖曳在拖纜60的末端的磁偏計的替代，能夠直接在船舶30的後面獨立地拖曳磁偏計，通常在船舶長度的2-1/2倍的距離處，以減少來自船舶磁場的幹擾。
[0119]優選地，磁偏計使用基於矢量的磁力計相對於磁力計的空間取向來測量地球磁場的定向分量。在拖纜60上或在船舶30後面拖曳磁偏計使磁力計移動，因此可要求使用慣性測量等對磁力計的空間取向進行連續修正。當磁偏計中的磁力計是3軸捷聯式磁力計時情況尤其如此，與僅測量總場的標量式磁力計相反。[0120]然而，在大多數情況下，與此類被拖曳磁力計的增加的運動相比來自船舶30的任何感生磁可能不具有權衡的價值，使得在船舶30後面拖曳磁偏計並不是那麼期望的。由於這些原因，拖船30可以具有安裝在其上面的磁偏計系統。然而，在船舶30上，磁偏計系統必須補償由船舶30引起的硬和軟鐵影響。隨後的討論提供了用於校準和使用船舶30上的磁偏計系統以便執行海洋地震勘測的細節。再次地，勘測可以是也可以不是在有冰或有障礙物的水中執行，其中，拖纜60的GPS讀數是難以或不可能連續地獲得的。
[0121]圖12A-12B示意性地圖示出用於拖曳拖纜60的船舶30的控制系統500。雖然在圖12A中示出了從艉鰭50拖曳一個拖纜60的船舶30，但可以使用更多的拖纜60，如在圖12B中所表示的。每個拖纜60具有沿著其長度設置以便在拖曳期間確定和控制拖纜的位置的許多磁航向設備或線纜羅盤65。使用磁偏計系統520，控制系統500獲得船舶30處的磁偏計讀數，並且基於該磁偏計讀數在空間上和時間上修正線纜羅盤65的讀數。此外，控制系統500能夠使用儀表化控制系統，諸如可從ION Geophysical公司獲得的Orca?的特
徵，並且能夠使用如前文所討論的類似特徵以便控制拖纜60的位置。
[0122]控制系統500具有控制並監測陣列中的各種拖纜60的控制單元510以及其他傳感器。雖然未詳細地示出，但將認識到控制單元510能夠使用本領域中已知的部件，諸如處理器、存儲器件、存儲器、軟體、用戶接口等。
[0123]為了控制拖纜60，例如，控制單元510與拖曳載運器、可控設備、翼片、方向標及其他部件(未示出)接口以便對拖纜60進行操縱和指引，如在本文中公開和在本領域中使用的。為了監視位置和確定磁偏角，控制單元510與拖纜60上的線纜羅盤65接口並與船舶30上的磁偏計系統520的磁力計50、慣性測量單元560以及GPS航向設備570接口。GPS航向設備570獲得拖船30處的GPS讀數，並且磁力計550獲得三個定向磁分量，並且可以是磁通量閘門磁力計、捷聯式磁力計等。GPS航向設備570能夠優選地具有兩個GPS接收機(未示出)以獲得GPS讀數，並且根據在本領域中已知和使用的技術來計算大地測量方位。
[0124]慣性測量單元560獲得船舶運動的三個定向分量。例如，單元560能夠具有俯仰傳感器、滾轉傳感器以及航向傳感器。俯仰和滾轉能夠由雙軸傾斜計來測量。能夠使用磁通量閘門羅盤來測量偏航或航向，並且還可以使用其他設備。
[0125]為了幫助舉例說明本文所使用的各種取向，討論轉到示出了地磁和船舶坐標系的圖12C-12D。圖12C示意性地示出了用於空間中的點的地磁場的元素。該元素包括北分量Xe、東分量Ye以及垂直分量Ze。根據這些，能夠導出水平強度H、總強度F、傾斜角I以及磁偏角D (從真北到水平分量順時針方向測量)。
[0126]圖12D示意性地示出了具有相對於地理北和水平面測量的姿態角的船舶坐標系。如按照慣例所做的那樣，船舶的慣性坐標系具有X分量Xs (到船首正向測量)、y分量Ys (到右弦正向測量)以及z分量Zs (向下到龍骨正向測量)。隨著船舶移動，其能夠相對於地理坐標在其坐標系中具有各種偏位角。關於垂直軸(Zs)來測量航向，同時關於縱軸(Xs)來測量滾轉。關於橫軸(Ys)來測量俯仰。
[0127]被耦合到船舶的運動，可以是三軸捷聯式磁力計的磁力計500測量相對於船舶的空間定向的地磁場。因此，磁力計的測量結果必須是非旋轉的以用於使用在本領域中已知的技術對絕對坐標系(即，真北、緯度、經度等)適當參考。
[0128]圖13圖示出用圖使用12A-12B的控制系統500在船舶30處確定的磁偏角的地震勘測600的總流程圖。為了執行地震勘測，操作員最初對船舶30上的機載磁偏計系統520進行校準。如下所述，校準過程允許控制系統500在實現磁力計讀數等時解決(accountfor)船舶30的磁影響。
[0129]一旦完成了校準，則操作員開始地震勘測(方框604)。如前所述，勘測涉及到拖船在感興趣區域內在船舶30後面拖曳陣列中的一個或多個拖纜60。源信號從地層特徵反射，並且拖纜60上的聲學傳感器獲得地震信號以用於分析。為了將所有數據組合併最終對感興趣區域進行成像，必須使地震信號與關於拖纜60上的傳感器的位置的信息和在勘測期間接收到信號的時間相關聯。這能夠將許多已知技術用於海洋地震勘測。
[0130]按照常例，在海洋地震勘測期間，控制單元510從拖纜的線纜羅盤65獲得羅盤讀數(方框608)並從一個或多個GPS接收機獲得GPS讀數。例如，拖纜60上的各種線纜羅盤65在沿著拖纜60的各點處獲得羅盤讀數，並且拖船30上的GPS接收機570獲得船舶位置的GPS讀數。如果可能的話，尾浮標上的GPS接收機(未示出)或在拖纜60上拖曳的其他可控設備也能夠獲得GSP讀數，雖然這可以是間歇性的，如先前所討論的。
[0131]然後針對當前磁偏角對來自線纜羅盤65的讀數進行修正，其能夠使用下面更詳細地描述的校準和計算技術來解決(方框610)。簡要地，來自拖纜的羅盤65的原始羅盤讀數通常是在沒有針對在船舶30處確定的當前磁偏角被修正的情況下存儲的。為了實現此修正，控制單元510確定使用來自GPS航向設備570的GPS數據導出的第一測地航向對比使用磁力計550的3分量磁力計數據導出的第二測地航向之間的差。由此，控制單元510計算磁偏角。另外，控制單元510從3分量慣性測量單元560向磁偏角施加運動補償。然後能夠將該磁偏角應用於來自羅盤65的原始羅盤讀數，並且能夠將結果得到的數據作為已修正羅盤讀數存儲在系統的資料庫542中。
[0132]使用導航軟體並知道拖纜60的布置、傳感器的間距和羅盤讀數、交叉支撐確定等，控制單元510能夠根據期望來確定拖纜60的位置以用於勘測(方框612)。然後能夠將關於拖纜的位置、來自拖纜60的聲學傳感器讀數、羅盤讀數、GPS讀數、磁偏角等的所有相關數據存儲在資料庫542中以用於海洋地震勘測所共用的稍後的處理和分析，使得能夠對感興趣區域進行成像。
[0133]給定用船舶30上的磁偏角系統520來確定磁偏角的地震勘測的此一般概述，討論現在轉到在對船舶的磁偏角系統520進行校準以確定和使用磁偏角來修正拖纜60上的羅盤讀數中涉及到的特定細節。
[0134]1.校準技術
[0135]在能夠用拖船30上的控制單元510來確定正確的磁偏角之前，必須執行各種校準步驟。在一次校準中，控制單元510通過同時地對鋼拖船30對用船舶30上的設備550、560和570獲得的各種數據讀數的3D硬和軟影響進行求解來針對軟和硬鐵影響進行校準。
[0136]為此，針對感應磁化對控制單元510進行校準以補償由船舶在地球磁場內的取向引起的感生磁力。此校準使用傅立葉級數偏差曲線。另外，控制單元510從遠程基站或觀察臺執行內插內場參考(interpolated infield referencing)以估計校準位置處的正確磁偏角。在這裡，控制單元510使用來自位於遠離校準位置某個距離處的基站的數據。下面詳細地描述這些校準步驟中的每一個。
[0137]a.校準過程[0138]用控制單元510針對來自拖船30的硬和軟鐵影響進行校準是基於地球磁場的已知特性和鋼船舶30的鐵磁性。如所已知的，地球的地磁場具有量值、相對於水平面的傾角以及相對於真北的磁偏角。能夠將這些場分量分解成Mx、My和Mz的幾何分量，其能夠用系統的磁力計550來獲得。這些分量對應於用於磁力計的典型坐標系或框架慣例。此框架慣例常常被稱為NED，其中，X軸在水平方向上指向北，Y軸在水平方向上指向東，並且Z軸垂直地指向下。
[0139]特定位置處的地球總磁場(B)包括三個物理分量的和:地核中的主磁場(Bm)、地殼表面附近的地殼場(Be)以及最可變大氣場(Ba)。在磁偏計的校準期間解決這三個場Bm、Be 和 Ba。
[0140]地球磁場B的矢量具有在測地坐標系中定義的分量。如先前在圖12D中所述，用於地球地磁場的大地坐標系具有X分量Xe (向北方正向測量)、y分量Ye (向東方正向測量)以及z分量Ze (朝著地心向下正向測量)。主磁場(Bm)是總磁場(B)的最大分量,包括約98%，並且其能夠用許多模型來預測。某些典型模型包括國際參考地磁場(IGRF)、世界磁模型(WMM)、增強型磁模型(EMM)以及BGS全球地磁模型(BGGM)。在下面概述的校準程序中使用這些模型中的一個或多個。
[0141]為此，通過局部磁性勘測只能知道地殼場(Be)，其在大多數情況下將不是可用的。這能夠通過在儘可能深的水中進行校準以使Be最小化來處理。能夠通過從由在被勘測區域中建立的磁觀察臺提供的數據進行內插來估計可變大氣場(Ba)。此類觀察臺戰略地在全世界定位，並且來自於它們的數據能夠用來估計感興趣區域中的可變大氣場(Ba)。
[0142]兩種鐵磁性是系統500的校準中所考慮的。首先，拖船30是在處於地球磁場中的同時由鐵構造而成，使得船舶30在其構造的物理過程期間獲取殘留或永久磁性。此鐵磁性被稱為「硬鐵」磁性，並且甚至當船舶30取向改變時也恆定地與船舶30對準。因此，隨著磁力計550獲得讀數，船舶30的硬鐵磁性恆定地加到磁力計550的每個軸的輸出上。
[0143]所考慮的第二種鐵磁性是由地球磁場與船舶30的鐵的相互作用產生的感生磁性。此感生磁性被稱為「軟鐵」磁性，並且其隨著船舶30在地球的磁場中改變取向而變(波動)。計算軟鐵影響比硬鐵影響更加密集，並且涉及到確定角度(0 )，水平磁力計讀數Mx/My在水平方向上以該角度旋轉。該計算還涉及到確定偏離的水平磁偏角讀數Mx/My中的長軸和短軸的比(R)。當被組合時，角((6)和比(R)補償水平面中的感生磁性(軟鐵)。用於識別角、長軸的量值、旋轉矩陣以及用於長軸的標度因子的特定等式在本領域中是已知的，並且在本文中為了簡潔起見而不詳細地重複說明。
[0144]這兩個類型的鐵磁性在水平面(Mx，My)和垂直面(Mz)兩者中都具有影響。因此，校準過程優選地補償水平和垂直面兩者中的硬和軟鐵磁性以確定修正參數。
[0145]b.流程圖
[0146]圖14以流程圖形式示出了校準過程630，其能夠實現為控制單元的可編程處理器中的軟體等，如本文所公開的。校準過程630相對於磁北對磁偏計系統520的方位角進行求解。為此，過程630使用隨著船舶30經過校準圖案而由磁力計讀數(Mx，My和Mz)獲得的觀察的磁場的已旋轉、已補償分量。然後將來自此觀察磁場的磁方位角與用GPS/MU設備560/570相對於真北獲得的方位角相比較，其給出用於修正拖纜60上的各種羅盤讀數的磁偏角。[0147]最初，操作員用船舶30來執行校準運行以對磁偏計系統520進行校準(方框632)。在這裡，船舶30以圓形圖案起航，使得船舶的航向通過所有方位角，其中，方位角指的是從北方方位順時針方向測量的水平面中的角度。能夠使用用於船舶30的兩個圖案620/625，如圖15A-15B中所示。隨著船舶30航行圖案620/625，控制系統510記錄校準數據，包括GPS/IMU航向、來自慣性測量單元560的俯仰和滾轉；來自磁力計550的Mx、My和Mz的3軸讀數；來自GPS接收機570的經度和緯度的GPS讀數；以及用於每個先前數據的時間戳(方框634)。然後存儲此校準數據以用於如下面詳述的處理以導出用於修正未來讀數的參數(方框636)。
[0148]為了進行校準，控制單元510使用獲得的GPS/IMU數據來使原始磁力計數據旋轉至水平方向(方框638)。一旦這已完成，則執行各種計算以找到能夠用來基於在地震勘測期間經歷的磁偏角的變化來修正羅盤讀數和地震數據的校準參數。作為這些計算的一部分，控制單元510確定用於垂直取向(方框640)和水平取向(方框642)上的硬和軟鐵影響的校準參數。
[0149]用計算的校準參數，控制單元510還執行能夠補償地球磁場中的大氣差的計算(方框644)。這能夠使用來自周圍觀察臺的數據的內場參考來完成，如稍後更詳細地解釋的。最後，一旦完成了校準，則控制單元510能夠將校準參數用於針對拖纜羅盤的數據的獲取和處理以在執行或分析地震勘測時解決磁偏角的變化(方框646)。
[0150]c.第一校準階段
[0151]理解了上述總體校準過程630，討論現在轉到圖16A，其更詳細地示出了第一校準階段650。(階段650的步驟能夠實現為控制單元的可編程處理器中的軟體等，如在本文中公開的。)在船舶30經過所述圖案(圖15A-15B的620/625)並如前所述獲得所有方位角上的讀數之後，控制單元510首先使用從慣性測量單元560獲得的俯仰和滾轉來使來自磁力計550的原始磁力計數據(Mx, My, Mz)旋轉至水平方向(方框652)。為此,對磁力計數據施加旋轉以去除滾轉(即，Y軸與水平方向之間的橫傾角(bank angle))，並且施加另一旋轉以去除俯仰(即，X軸與水平方向之間的仰角)。此旋轉使局部x_y水平面與參考X-Y水平面對準，並且能夠使用在本領域中已知的旋轉矩陣和計算。
[0152]此後，控制單元510使用四階傅立葉級數偏差曲線和最小二乘法對作為GPS/MU方位角的函數的已旋轉垂直Mz分量進行求解。此曲線擬合確定垂直軟鐵參數(9個係數)以補償垂直面中的軟鐵影響(方框654)。
[0153]圖17以圖形方式圖示出用以使用四階傅立葉級數偏差曲線和最小二乘法對作為來自GPS/MU讀數的方位角的函數的已旋轉垂直分量Mz進行求解的此步驟。在這裡，原始垂直分量Mz被示為線680,並且已旋轉垂直分量Mz被示為線682。用於已旋轉垂直分量Mz的求解曲線被示為線684，其中，作為來自慣性測量單元560的IMU方位角的函數用圖形表示已旋轉垂直分量Mz的納諾特斯拉。作為這些步驟的結果，校準過程630獲得參數以補償由船舶30引起的垂直方向上的感生磁性(軟鐵影響)。垂直軟鐵參數來自最佳擬合線684的傅立葉級數的九個係數。
[0154]現在轉到圖16A，控制單元610在對垂直軟鐵參數進行求解之後在多個步驟(方框656至665)內進行迭代以然後確定用於補償垂直方向上的殘磁性(硬鐵影響)的參數。
[0155]當在垂直調整因子MzOadj的序列內且針對船舶30所經過的校準圓圈中的每個數據點進行迭代時，該過程求出MzO =傅立葉(方位角的函數)減調整因子MzOadj並用cos(俯仰)* COS (滾轉)除以MzO (方框636)。(在計算中,MzOadj表示以納諾特斯拉為單位的水平橢圓(Mh)的標準偏差(SD)最小化的垂直方向上的殘留磁化的值)。此操作本質上使垂直方位角MzO未旋轉至船舶的取向。另外，以未旋轉方位角MzO來減小未旋轉垂直方位角Mz的絕對值。Mz的減小改變已旋轉Mx和My分量。因此，控制單元510用從慣性測量單元560獲得的俯仰和滾轉來使磁力計數據(原始Mx、原始My、減小的Mz)旋轉至水平方向(方框638)。
[0156]水平磁力計分量Mx和My形成水平場分量。當在Mx的水平面中作為My的函數來繪圖時，觀察的磁場的水平場分量被表徵為橢圓。在校準中，水平分量應是「圓形的」，如果其並未由於來自船舶30的軟和硬鐵影響而失真的話。然而，由於磁力計數據已經失真，所以觀察的磁場的水平分量已改變，並且當在Mx和My的水平面中繪圖時具有偏移、旋轉或橢圓形狀。通過理解水平場的橢圓Mh如何從理想圓形形狀失真，能夠確定描述水平面中的磁力計讀數上的船舶30的軟和硬`鐵影響的各種參數。
[0157]一旦磁力計數據已旋轉(方框658)，則控制單元510同時地用最小二乘法來求解水平場的橢圓Mh的參數(方框640)。這樣做涉及到求解兩個平移(X0和Y0)、取向角(小)以及橢圓Mh的長軸和短軸的比(R)，用於磁力計讀數的理想形狀已經在獲得的實際磁力計數據中以此比失真。
[0158]平移XO是水平場的X方向上的平移，並且平移YO是水平場的Y方向上的平移。這兩個平移(XO和YO )補償水平方向中的殘留磁性(硬鐵)。本質上，這些平移(XO和YO )指示在用於俯仰和滾轉的修正之後什麼偏移將施加於水平場的橢圓Mh以補償水平面中的硬鐵的偏移影響。角(0 )是水平方向上的水平場的橢圓Mh的角取向，並且比(R)是水平場的橢圓Mh的長軸與短軸的比。當被組合時，角($ )和比(R)兩者都補償水平面中的感生磁性(軟鐵)。
[0159]然後，該過程對水平場的橢圓Mh進行平移和「成圓」一即該過程發現如果磁力計的數據未經受來自軟和硬鐵影響的失真，則什麼參數將使得水平場的橢圓Mh符合理想圓形形狀(方框642)。在這裡，該過程通過選擇使水平場(Mh)與理想情況的標準偏差(SD)最小化的調整因子MzOadj值來迭代地求解定義磁力計數據上的硬和軟鐵影響的失真的參數。
[0160]特別地，該過程求解使水平場的橢圓Mh移位至Mx/My水平面中的(0，0)的平移(X0和Y0)。該過程還求解使水平場的橢圓Mh旋轉的角(0 )，因此該過程能夠求解長軸和短軸的比(R)以增加短軸以的橢圓為圓形。一旦確定了該比，該過程然後能夠使水平場的橢圓Mh向後旋轉所述角度(即$ )以恢復此取向。
[0161]在圖16A的迭代過程中的此點處，控制單元510基於已被用於解的當前迭代的參數來計算用於所有數據點的標準偏差(方框664)。特別地，針對所有數據點，控制單元510將水平場的橢圓Mh的標準偏差(SD)計算為(Mx2+My2)的平方根。然後，控制單元510選擇使水平場的橢圓Mh與理想圓形形狀的標準偏差(SD)最小化的MzOadj調整因子(方框665)。MzOadj調整因子的此值與平移(X0，X0)、旋轉角((^ )和軸比(R)的特定參數相關聯。還存在用於垂直分量Mz的傅立葉級數的九個係數。該過程然後根據需要進行重複直至針對該位置處的傾角計算了優化傾角值(方框666)。[0162]圖18以圖形方式圖示出這些步驟。用水平場的橢圓690示出了原始水平磁力計讀數Mx、My，並且用圓形692示出了來自慣性測量單元560的俯仰和滾轉數據。如果不存在失真，則磁力計的水平讀數Mx、My在轉動通過360°的情況下將在以(0，0)為中心的水平Mx/My平面中繪圖為圓。當然,來自硬或軟鐵影響的外部磁影響使磁力計550的讀數Mx、My從理想情況失真。一般地，硬鐵影響促使磁力計讀數Mx、My偏離中心(0，O)。因此，原始磁力計讀數Mx、My被示為從中心偏離的橢圓690。對於其而言,軟鐵影響使讀數Mx、My的理想圓扭曲成更加橢圓的形狀。因此，用橢圓690來示出原始磁力計讀數Mx、My。當然，由於兩個影響能夠同時存在，所以橢圓690中的結果得到的讀數Mx、My展示出兩個幹擾。
[0163]在校準計算中，使用來自IMU設備660的俯仰和滾轉數據(692)使原始磁力計數據(690)旋轉至水平方向。為此，該步驟使用平移來使原始磁力計數據的橢圓(690)移位至水平Mx/My平面中的(0，0)並使橢圓(690)旋轉角(小)。該步驟還以特定的比(R)增加橢圓(690)的短軸b (因此使橢圓「成圓」)，並使橢圓(690)向後旋轉角($ )。最後，該步驟求解最小平方，其用圓(696)來表示。先前所述的標準偏差(SD)在這裡被表示為圓(694和696)之間的差。d.校準過程的第二階段
[0164]圖16A中的第一校準階段660足以相對於磁北求解方位角。然而，第一階段660並不補償地球的大氣磁性變化Bd。為此，執行如圖16B中所示的第二校準階段，其使用內場參考對磁觀察臺數據進行內插以在校準期間估計磁偏角。階段650的步驟能夠實現為在控制單元的可編程處理器中的軟體等，如在本文中公開的。
[0165]因此，控制單元510獲得從一個或多個地區磁觀察臺獲得用於校準那天的3分量磁力計數據(方框670)。使用磁模型(例如，增強型磁模型(EMM)等)，然後知道用於觀察臺(670)的預測磁偏角。針對給定校準位置或勘測區域，相對於用於此過程的校準地點，可使用多個觀察臺(670)。
[0166]控制單元510用內插觀察臺磁偏角(670)減去計算的磁偏角(668)(方框672)。圖16C示意性地圖示出相對於觀察站670的勘測區域中的船舶30。針對每個觀察臺(670),例如，能夠獲得A磁偏角的時間序列，其中，A磁偏角是觀察臺(670)處的觀察磁偏角減去用於那天的預測磁偏角。基於從校準地點(即，船舶30)至觀察臺(670)的距離且基於其水平磁場的相對強度進行加權，校準過程對用於校準地點的A磁偏角時間序列進行內插(方框674)。
[0167]圖19以圖形方式圖示出這些步驟。用線6951-4示出了用於四個觀察臺的A磁偏角圖。基於從校準地點(船舶30)至觀察臺(670)的距離且基於其水平磁場的相對強度進行加權，該過程對用於校準地點的A磁偏角時間序列進行內插，其用線697來表示。
[0168]圖16B中的第二校準階段然後將此內插A磁偏角(670)與來自模型的預測磁偏角相加以產生校準地點處的磁偏角的時間序列。作為船舶30的時間和磁方位的函數，然後用觀察臺時間序列減去上文計算的磁偏角以提供作為方位角的函數的磁偏角調整(方框672)。使用最小二乘法，用四階傅立葉級數偏差曲線(也稱為「偏差曲線」)作為磁方位的函數對此調整進行求解(方框674)。結果是用於磁偏角調整的傅立葉級數的九個係數，其補償校準的時間和地點處的磁偏角的大氣變化。
[0169]最後，在校準計算之後，控制單元510發送將在勘測期間所獲取的數據的處理中使用的各種磁偏角參數(方框676)。該參數包括:[0170].軟鐵參數-即用於在垂直方向上補償感生磁性(軟鐵)的垂直分量Mz的傅立葉級數的9個係數；
[0171].硬鐵參數-即MzOadj調整因子，其與用於垂直分量Mz (上文)的傅立葉級數相組合地形成分量MzO以補償垂直方向上的殘留磁性(硬鐵)；
[0172].用於在水平場的X方向上平移的平移矩陣XO ；
[0173]?用於在水平場的Y方向上平移的平移矩陣Y0，其中XO補償水平方向上的殘留磁性(硬鐵);
[0174].磁力計數據的水平場的橢圓Mh在水平方向上具有的取向角(Φ );
[0175]?水平場的橢圓Mh具有的長軸與短軸的比(R)，其中，角(Φ)補償水平方向上的感生磁性(軟鐵)；以及
[0176].用於磁偏角調整的傅立葉級數的九個係數(也稱為「偏差曲線」)，其補償校準的時間和地點處的磁偏角的大氣變化。
[0177]2.處理流程
[0178]具有校準參數，控制單元510然後能夠在船舶30處處理磁偏角數據以針對當前磁偏角來修正羅盤讀 數。圖20以流程圖形式示出了此處理並使用如先前概述的許多相同步驟。如前所述，能夠將該處理實現為控制單元的可編程處理器中的軟體等，如本文所公開的。在這裡，處理使用通過校準確定的先前磁偏角參數來確定線纜羅盤和傳感器的正確磁偏角並報告給控制系統的導航部件。
[0179]最初，控制單元510根據垂直軟鐵參數的原始方位角Mz、Mz0adj、航向、俯仰、滾轉和九個傅立葉級數來計算MzF (方框702)，並用俯仰和滾轉使得Mx、My、MzF旋轉至水平方向(方框704)。單元510用變換XO和YO將水平分量Mx/My (即，水平場的橢圓Mh)平移至(0,0)(方框706)，並用先前確定的角(Φ )和比(R)使水平場的橢圓Mh成圓(方框708)。控制單元510然後根據Mx和My來計算磁方位(方框710)，並且根據磁方位和GPS/MU航向來計算磁偏角(方框712)。
[0180]為了結束該過程的第二部分並解決磁性大氣變化Bd，控制單元510根據磁方位和九個傅立葉級數來計算Λ磁偏角以用於大氣修正(方框714)。最後，控制單元510用Λ磁偏角來修正磁偏角並將結果報告給導航系統以用於控制拖纜60並用於記錄以用於修正電纜羅盤讀數時的稍後處理，如本文所詳述的(方框716)。
[0181]D.用於基於陸地的地震勘測的磁偏角修正
[0182]如本文所公開的，能夠在海洋地震勘測中使用該磁偏角系統，並且尤其是在其中將尾浮標附著於拖纜線纜的末端不切實際的勘測中，諸如在冰覆蓋區域中、在稠密區域中以及在其中線纜被拖曳太深以便實際連接到尾浮標(深水拖曳幾何結構、傾斜線纜幾何結構等)的應用中。然而，能夠在其他情況下使用該磁偏角系統。一般地，能夠在其中從羅盤或其他磁航向傳感器要求附加精度的海洋地震勘測中使用本公開的系統，即使可能不存在具有用於在閉合經過中獲得GPS讀數的尾浮標的障礙。本公開系統還能夠在其中勘測穿過其中預期磁偏角將改變的寬闊區域或其中環境條件指示磁偏角的波動的海洋地震勘測中使用。
[0183]作為海洋應用的替代，該磁偏角系統還能夠在多組分陸地勘測中使用，其中，主取向傳感器是羅盤或其他磁航向傳感器，並且能夠在地球磁場隨時間推移而在空間上或時間上處於極端變化狀態時(例如，在北極緯度處或在太陽風暴期間)使用。因此，本公開的系統能夠在地震數據獲取中用來測量特定區域的實時磁偏角。此外，本公開的系統能夠在陸地和海洋地震勘測兩者中使用以應用於任何磁航向設備以便修正到真北，並且能夠用來補償基於海洋或基於陸地的設備的磁影響，諸如鋼質平臺、船舶、載運器等。在一個示例中，作為基於海洋的船舶的替代，基於陸地的載運器能夠具有儘管用於陸地勘測、與上文針對海洋勘測公開的那些相當的磁力計、導航設備以及控制器。
[0184]作為另一示例，圖21示意性地示出了具有源810、多個傳感器820以及中央控制器830的基於陸地的地震勘測系統800的平面圖。在陣列中間隔開以測量地球物理信息，傳感器820能夠使用3分量傳感器以便獲得作為3D地震而已知的3維能量，並且能夠包括加速度計、速度檢波器、擴音器等。在使用中，震源810向地面施加聲能，並且傳感器820在地下結構中的邊界處的反射和折射之後接收能量。中央控制器830接收地震信息並對其進行處理，因此能夠產生圖像信息。
[0185]如所示，地磁場的磁偏角的各種等偏線可以通過勘測區域。這些等偏線通常用度來表示以便將羅盤讀數修正至真北。等偏線的度隨地理位置而變，並且還隨時間而變。因此，來自與每個傳感器820相關聯的羅盤等的地磁場測量結果可能由於磁偏角的波動而具有錯誤。因此，系統800使用本文公開的技術以便獲得用於各種傳感器位置的在時間和空間兩者上的磁偏角，因此能夠修正關聯地磁場測量結果，並且經修正的測量結果能夠提供更好的相關信息以用於成像。
[0186]如同樣示出的，能夠通過從一個或多個遠程基站S1-S2進行內插來確定傳感器820處的磁偏角，使得能夠使用內場參考針對各種傳感器位置來計算用於磁偏角的空間和時間修正，如先前詳述的。另外或作為替換，能夠使用如本文公開的磁偏角系統和技術來單獨地計算傳感器820處的磁偏角，使得能夠針對磁偏角實時地修正不同傳感器位置處的單獨地磁讀數。
[0187]本公開的技術能夠用數字電子電路或用計算機硬體、固件、軟體或用這些的組合來實現。能夠在有形地在機器可讀存儲設備中體現以便由可編程處理器執行的電腦程式產品中實現用於實施公開技術的設備；並且公開技術的方法步驟能夠由可編程處理器來執行，該可編程處理器通過對輸入數據進行操作並生成輸出來執行指令程序以執行公開技術的功能。舉例來說，適當的處理器包括通用和專用微處理器兩者。一般地，處理器從只讀存儲器和/或隨機存取存儲器接收指令和數據，包括磁碟，諸如內部硬碟和可移動磁碟；磁光碟；以及光碟。適合於有形地體現電腦程式指令和數據的存儲設備包括所有形式的非易失性存儲器，舉例來說，包括半導體存儲器件，諸如EPROM、EEPROM以及閃速存儲器件；磁碟，諸如內部硬碟和可移動磁碟；磁光碟；以及CD-ROM磁碟。任何前述內容能夠用ASIC(專用集成電路)來補充或結合到其中。
[0188]優選及其他實施例的前述描述並不意圖限制或約束本 申請人:設想的發明概念的範圍或可用性。本公開的教導能夠應用於有冰或有障礙物的水域中的2D、3D和4D地震勘測，同樣在正常的海洋地震條件下。雖然針對離岸使用進行描述，但在本文中公開的針對真北的磁偏角修正能夠在陸地和海洋地震勘測兩者中使用。此外，結合在本文中公開的一個特定實施例、實施方式或布置所討論的各方面和技術能夠與在本文中公開的其他地方所討論的方面和技術一起使用或與之組合。作為公開本文包含的發明概念的交換， 申請人:要求由所附權利要求賦予的所有專利權。因此，意圖在於所附權利要求包括所有修改和變更至其歸入以下權利要求或其等效物的範圍內的完全程度。
【權利要求】
1.一種地震勘測方法，包括: 在勘測區域中用一個或多個地震傳感器來獲得一個或多個地震信號； 獲得相對於一個或多個地震傳感器的一個或多個局部地磁場測量結果； 測量時間和空間磁偏角參數； 基於磁偏角參數來修正一個或多個局部地磁場測量結果；以及 使一個或多個已修正地磁場測量結果與一個或多個地震信號相關聯。
2.如權利要求1的方法，其中，所述地震勘測是基於陸地或基於海洋的地震勘測。
3.如權利要求1的方法，其中，測量時間和空間磁偏角參數包括:從一個或多個基礎地位置獲得一個或多個基礎地磁場測量結果，並基於該結果對時間和空間磁偏角參數進行內插。
4.如權利要求3的方法,其中，所述一個或多個基礎地位置與一個或多個局部地磁場測量結果在空間上分離，並且其中，所述一個或多個基礎地磁場測量結果是隨時間推移而獲得的。
5.如權利要求1的方法，其中，用一個或多個地震傳感器來獲得一個或多個地震信號包括:在船舶後面拖曳具有一個或多個地震傳感器的至少一個拖纜。
6.如權利要求5的方法，其中，測量時間和空間磁偏角參數包括:獲得船舶的全球定位系統測量結果並由此確定船舶的大地測量方位。
7.如權利要求5的方法,其中，獲得相對於一個或多個地震傳感器的一個或多個地磁場測量結果包括:獲得至少一個拖纜上的一個或多個羅盤讀數。
8.如權利要求5的方法，其中，測量時間和空間磁偏角參數包括:在地震勘測期間隨時間推移而測量船舶處的磁偏角。
9.如權利要求8的方法，其中，測量船舶處的磁偏角包括:通過在勘測區域中用磁偏計經過校準圖案來對船舶上的磁偏計進行校準。
10.如權利要求9的方法，其中，對船舶上的磁偏計進行校準包括:用從一個或多個基站內插的勘測區域的一個或多個預測磁偏角來補充校準。
11.如權利要求8的方法，其中，測量船舶處的磁偏角包括:補償船舶對一個或多個局部地磁場測量結果的至少一個鐵影響。
12.如權利要求11的方法，其中，補償包括針對地磁場中的垂直和水平平面來補償船舶的軟和硬鐵參數。
13.如權利要求12的方法，其中，針對地磁場中的垂直和水平平面來補償船舶的軟和硬鐵參數包括:在最小二乘法調整中同時地針對軟和硬鐵參數進行求解。
14.如權利要求5的方法，還包括: 至少間歇性地跟蹤至少一個拖纜的絕對位置；以及 使一個或多個已修正地磁場測量結果與該絕對位置相關聯。
15.如權利要求14的方法，其中，至少間歇性地跟蹤至少一個拖纜的絕對位置包括:將至少一個拖纜上的設備間歇性地朝著表面帶，並且在設備被朝著表面帶的同時用設備獲得至少一個拖纜的絕對位置信息。
16.如權利要求15的方法，其中，跟蹤至少一個拖纜的絕對位置包括: 在至少一個拖纜在水的表面下 面被拖曳的同時獲得該至少一個拖纜的相對位置信息；以及 使用相對位置信息和間歇性地獲得的絕對位置信息來確定至少一個拖纜的絕對位置。
17.一種可編程存儲設備，具有存儲在其上面、以用於促使可編程控制設備執行根據權利要求I所述的用於目標海洋結構的冰威脅監視方法的方法的程序指令。
18.—種地震數據獲取設備，包括: 至少一個地震傳感器，在勘測區域中測量一個或多個地震信號； 至少一個地磁航向設備，與所述至少一個地震傳感器相關並實現一個或多個局部地磁場測量； 至少一個磁力計； 控制器，可操作地耦合到所述至少一個地震傳感器、所述至少一個地磁航向設備以及所述至少一個磁力計，所述控制器被配置成: 根據用至少一個磁力計獲得的測量結果來確定時間和空間磁偏角參數； 基於磁偏角參數來修正一個或多個局部地磁場測量結果；以及 使一個或多個已修正地磁場測量結果與一個或多個地震信號相關聯。
19.如權利要求18的設備，其中，該設備包括用於執行基於陸地的地震勘測的基於陸地的設備。
20.如權利要求 18的設備，其中，該設備包括用於執行基於海洋的地震勘測的基於海洋的設備。
21.一種船舶磁偏計校準方法，包括: 用船舶在地磁場中經過一圖案； 在經過該圖案的同時獲得多個磁力計測量結果； 在經過該圖案的同時獲得多個航向測量結果； 使用磁力計測量結果和航向測量結果來計算地磁場中的磁偏角； 通過在最小二乘法調整中同時地對軟和硬鐵參數進行求解來針對船的軟和硬鐵影響進行校準；以及 基於軟和硬鐵參數來修正計算的磁偏角。
【文檔編號】G01V11/00GK103649783SQ201280033850
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月7日 優先權日:2011年5月23日
【發明者】P·羅伯特斯, R·菲斯徹, N·津恩, C·施奈德, J·R·蓋利亞迪, S·賴斯, T·A·達德利, J·格蘭特, K·辛普森 申請人:離子地球物理公司