自持式浮标地磁日变站的系统设计

自持式浮标地磁日变站的研究,是以陆用地磁日变站为基础,结合DGPS系统和浮标技术,自行设计开发数据实时采集与传输系统,形成一套可以自动在远海和大洋记录地磁场变化的浮标日变站,从而大大提高海洋地磁调查的精度。     

海洋磁力仪在某近岸海域未爆弹探测中的应用

海底小型铁磁目标探测一直是海洋工程勘察的难点,结合我国近岸某海域海底一处未爆弹的探测实例,介绍了SeaSPY2磁力仪的性能特征,阐述了海洋磁力仪探测数据采集和处理流程。通过对探测出的磁力异常区和同期多波束扫测数据的分析,推断出水下未爆弹的具体位置和大小,为引爆未爆弹提供了准确的数据。此外,根据实践经验,提出了采用木船牵引、利用定高拖曳装置固定磁力探头、选择合适的作业时间、选定合适的日变站位置等四点建议,提高海洋磁力探测精度,为类似项目的应用提供参考。     

海洋磁力测量系统误差来源分析

从海洋地磁背景场特征、测量船船体磁化规律以及测量船与磁力传感器的位置关系出发,建立了船磁影响的计算模型,通过仿真试算,解释了海洋磁力测量的系统误差来源。     

海面与海底地磁日变化差异及其对海洋磁力测量的影响

给出了海面与海底地磁日变化的计算公式,仿真分析了海面与海底地磁日变化差异,探讨了其对海洋磁力测量地磁日变改正的影响。结果表明:对于不同的地磁日变,海面与海底的地磁日变存在着较大的差异,且其随着地磁倾角的变化而变化,对磁测有一定的影响。为此,远海区海洋磁力测量中,建议联合采用地面日变站和海底日变站来减小或消除海面与海底地磁日变差异对磁测的影响,提高地磁日变改正的精度。     

地磁日变改正中磁湾磁钩等磁扰对海洋磁力资料的影响

在海洋磁力测量过程中,磁扰形态变化复杂的特性致使地磁日变的改正仍存在着许多困难。本文根据黄海、东海和南海北部十余年采集的超过10⁴ km的海洋和陆地地磁资料,利用对比分析的方法,总结了3种磁扰现象对海洋磁力资料的影响规律:1)微扰的海陆日变值持续时间短,幅度比值接近1∶ 1,对海洋磁力资料影响很小,利用低通滤波可以完全消除其影响;2)磁钩海陆日变幅值比为1~2,持续时间在1 h以内,校正后的地磁异常值仍有较大的误差,利用最小曲率法可以基本消除其影响;3)磁湾的持续时间长,海陆日变幅值变化大,无法准确消除其影响,采用最小曲率法等插值方法处理后,仍残留假异常,需要额外关注。     

深海近底三分量磁力仪设计

提出了一种新的深海海底三分量磁力仪设计思路，用于高灵敏度地磁测量调查海底矿体分布，其磁力测量探头基于各向异性磁阻传感器。详细分析了磁阻传感器的误差模型，提出用Broyden算法实现误差校正，并给出了在个人电脑上的实现结果。描述了水下系统中传感测量电路以及通信、存储功能的基本设计思路。最后给出目前的实验与测试数据，并提出了后续工作思路。     

Devising methods for geomagnetic studies in the World Ocean

The importance of geomagnetic studies in the World Ocean for deep structure research and fore-casting of mineral resources is noted. A combined method for development of a marine nuclear magnetometer is adduced. The physical background of operation of nuclear magnetometers is analyzed in order to optimize the measurements of the magnetic field. The results of the experiments on detecting nuclear precession signals against the background of ship noises are considered and the elaboration of an MM-1 nuclear magnetometer at the Shirshov Institute of Oceanology is described. A technique for magnetic survey and comprehensive geological interpretation of the anomalies and Z and H field components are presented. Examples of geomagnetic studies performed in the World Ocean with the MM-Inuclear magnetometer are assessed: for the first time in Russia, linear magnetic anomalies were identified and sea-floor spreading rates were calculated (the northern part of the Indian Ocean); a regional geomagnetic survey was carried out in the region of Iceland, which proved the spreading origin of the seafloor in this vast region. A systematic analysis of geomagnetic data obtained with the MM-1 magnetometer in the World Ocean provided the creation and development of the methodology for their tectonic and geodynamical interpretation. On the basis of the geomagnetic data obtained, new fundamental conclusions about the deep structure, kinematics and paleogeodynanics of the World Ocean floor were made.     

无人机磁矩测量方法

运载平台磁性分布研究和测量是平台选型与航磁设备加改装方案设计的前提与基础。通过无人机磁矩矢量分解及其磁场分量合成,提出一种基于总强度磁力仪的无人机磁矩测量方法,构建了相应的感应磁矩和固有磁矩计算模型,并通过实测数据的分析处理验证其有效性。     

地磁测量参考场计算软件的设计与实现

以IGRF全球地磁位模型为基础，设计地磁测量参考场计算软件，实现地磁场参数长波分量的时间域与空间域离散点计算，为野外磁力测量相关数据采集与仪器配置提供先验信息，使数据采集的作业效率及可靠性大大提高。     

基于地磁与红外双模探测的海洋浮标预警系统设计

设计了一种基于地磁检测与红外感应相结合、可对浮标周围异常目标进行探测和预警的控制系统。系统采用芯片级的微型磁感线圈,以及高集成度、低功耗的数据采集与总线技术,通过探测船体磁性对地磁场的扰动,监测船舶对浮标的靠近;采用芯片级的热释电红外传感器,通过探测人体红外辐射,监测浮标在正常工作期间未知人员的入侵。系统的预警采用声光报警和图像远程传输相结合的方式,现场采集的图像数据经过压缩编码后通过无线数传电台发送至远程岸基监测站,实现海洋浮标的远程预警与现场取证功能。     

海浪感应磁场矢量的模型研究

海水作为一种电的良导体,其在地磁场中的运动将激发感应磁场.应用电磁场的基本理论,结合海浪运动学模型,推导了海浪感应磁场的三分量模型.该模型给出了三分量的海浪感应磁场与地磁场、海水特性参数、空间位置等要素之间的关系.分析了三分量的海浪感应磁场信号的时域、频域和空间分布特征,对海浪感应磁场相关领域的研究,具有参考意义.     

海水层对地磁日变的影响

在海洋地磁测量中地磁日变的影响不可忽视,由于海底地磁日变观测站可建在测区内或附近,通常情况下能较好地反映测区范围内的地磁日变状况.但从实际观测资料对比发现,海底地磁观测站站位水深对地磁有效信息的保留存在一定的相关性.随着水深增大,其保留的信息量逐渐减少,即水层对地磁信息有着明显的衰减作用.     

总强度磁异常匹配水下导航方法研究

匹配算法是水下潜器匹配导航的核心技术,提出一种利用测量磁场与世界地磁模型(world magnet model,WMM)计算磁场之差作为匹配特征量的水下匹配导航新模式.首先引入快速傅里叶级数拟合技术建立区域的磁场模型,然后将测量地磁异常与惯导指示地磁异常之差表示成连续的解析形式,结合惯导力学编排方程建立的12维状态模型...     

海洋磁力测量中多站地磁日变改正基值归算

海洋磁力测量多站日变改正时，为了减小磁场水平差异的影响，需要进行地磁日变基值归算。分析了地磁日变化时空分布特点，研究了地磁日变基值对多站地磁日变改正时磁测的影响，提出了多站地磁日变基值归算方法。经地磁日变同步观测数据验证表明：一定空间范围内，各站地磁日变数据日平均值基本上呈同步变化，利用此方法归算得到的分站地磁日变基值稳定。     

不同方式地磁观测数据对磁测精度的影响分析

地磁日变改正数据的合理选取直接关系到海洋磁测的成果精度。通过在南海南部海域布放的一个4 000m长的地磁观测潜标及同步开展的磁力测量,并在收集周边陆域地磁台站数据的基础上,对水体中获得的地磁日变观测数据和水面磁测数据进行综合分析和研究,得到几点认识:(1)浅水海域获得的日变观测数据用于海洋磁测数据处理时,其测量准确度比深水海域的好,且与陆域地磁台站数据曲线的一致性要高;(2)船磁校正曲线是否对称与地磁日变观测数据的合理选取密切相关;(3)在远海区磁测时,为确保详尽记录局部磁扰,建议海底地磁日变观测站应布放于靠近工区、水深较浅的水体之中。     

海底地磁日变观测站安全布放技术

海底地磁日变观测站能够提供合适的地磁日变改正资料,可有效提高远海区磁测的成果精度。在海底地磁日变观测站布放过程中,对浮球、磁力仪、声学释放器及释放装置等进行必要的加固连接及改进,有助于提升整套观测系统的安全性,满足长时间自动观测和事后回收的需要。     

与海洋地磁日变改正有关的长期变化和磁扰的处理

提出地磁日变改正中需要顾及地磁长期变化和磁扰的可靠分离,保证磁力数据改正处理具有明确的基准,提高拼接整合的精度.如果日变站能够控制测区,两者可采用时间同步固定的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由日变站实测的地磁长期变化来改正,反之,对日变站和测区应分别采用时间同步变化的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由地磁正常场的地磁长期变化来改正.为此,应该明确定义与时间相关的日变改正基值为地磁正常场与地磁异常之和.通过磁静日总场观测值偏离正常场的某种形式的长期平均值,可以逼近日变站的地磁异常.磁扰的分离应保证磁扰初动和消失相对于磁静日无磁扰的连续过渡.采用综合模型一并进行日变改正、正常场及其长期变化改正,可以更好地解决目前日变改正中遇到的问题.     

基于海空磁力测量数据的向下延拓方法比较

地磁场的向下延拓是实现磁场数据空间转换的主要手段,是多源海洋磁力测量数据融合和构建三维海洋磁空间背景场模型的关键技术。在分析频域位场向下延拓方法原理基础上,分别采用了4种向下延拓方法将300 m高度磁测数据延拓至200 m高度,并与同一海区200 m高度实测数据对比,以检验各延拓方法的计算效果,为构建三维海洋磁空间背景场模型提供参考。结果表明:Tikhonov正则化法延拓结果与实测数据最接近,积分迭代法容易放大实测数据中高频噪声,延拓误差最大,迭代Tikhonov正则化法与Landweber迭代法延拓结果等值线最光滑,各方法计算误差相差不大,均在4 nT左右,但各方法计算值缺乏局部细节信息,与实测数据仍存在一定差距。     

dIdD矢量磁力仪对周围磁环境的干扰分析

在使用dIdD矢量磁力仪进行地磁测量时发现,矢量磁力仪本身也会影响磁场,并对周围其他磁力测量仪器形成干扰。为了有效验证矢量磁力仪的干扰问题,设计了专门的室外环境试验和室内环境试验,通过比较矢量磁力仪开机和关机两种状态下不同位置处测得的磁场总强度变化,得出使用dIdD矢量磁力仪时对周围0.5 m范围内地磁场影响会大于40 nT,随着距离增加干扰会逐渐减弱,距离3.5 m时影响在0.2 nT左右。建议与其他磁力仪共用时,应保持一定距离。     

A metrologic method of anomaly field amplitude bottom reduction in undersampled geomagnetic marine surveys

We show the results obtained by means of a seabed reduction technique on the intensity of geomagnetic anomaly fields applied to a synthetic case and then to the real case of a geomagnetic survey of eastern Ligurian Sea (Italy). The eastern Ligurian Sea has very intense short waves anomaly fields and a sea bed that varies greatly in depth. As a result the geomagnetic space signal is characterized by a very large spectral content; in these conditions it is not possible to obtain a full sampled marine survey and vertical continuation analytic procedures and standard numerical bottom reduction based on a single vertical incremental parameter, whichever is applicable, fails to give accurate results. The present technique, which has been fine-tuned over 4 years of experimentation in environmental researchs, aims to provide a simple and efficient means to reduce the distortion of geomagnetic anomalies field caused by the variation of distance between survey plane and magnetic outcrop source position. The compensation procedure is based on evaluation, by comparison of two measurements carried out at different altitudes, of the mean vertical increment typical of each anomaly field principal frequency component bands. The component anomaly fields are then corrected by application of the corresponding vertical increments and lastly, the anomaly geomagnetic field reduced to the sea-bed is computed as Inverse Fourier Transform of a spectrum built as synthesis of the component anomaly fields' spectra. The results obtained have shown a notable increase in definition of anomaly field intensity without the production of appreciable distortions or false geomagnetic echoes. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.